Control de la posició i balanceig d’una bola sobre un pla emprant una plataforma Gough-Stewart

Abstract

El treball que es presenta a continuació consisteix en el plantejament, disseny i construcció d’un robot paral·lel amb 6 graus de llibertat del tipus Gough-Stewart per controlar, mitjançant un control PID, la posició d’una bola situada a sobre de la seva plataforma mòbil. La detecció de la bola s’ha realitzat mitjançant un sistema de visió, amb una càmera en posició zenital enfocant la part superior de la plataforma mòbil del robot. S’ha procurat assegurar una resposta ràpida, amb la màxima precisió possible per part del robot, i fins i tot atractiva ja que el conjunt es vol fer servir per diferents jocs interactius. El projecte involucra múltiples àrees de coneixement i precisa de l’ús d’una gran diversitat d’eines de programació, de càlcul i de construcció. El disseny del llaç de control, i fins i tot la pròpia estructura del projecte a nivell informàtic, s’ha realitzat amb Simulink® donada la seva capacitat per programar sistemes dinàmics directament a nivell de diagrames de blocs. En la programació de les rutines incloses en l’esquema de blocs s’hi troba codi programat en llenguatge Matlab® i, amb l’ajut de l’eina Legacy code, s’hi han inclòs blocs amb rutines que fan servir llibreries de C i C#. Aquestes llibreries contenen les eines de comunicació amb els motors a través d’un adaptador de port sèrie USB2Dynamixel. S’han emprat els motors de contínua DynamixelTM AX-12+ de tipus servo, que inclouen una memòria i un control intern programable. El procés de visió també fa servir eines de Matlab® i codi en aquest mateix llenguatge. Per una programació àgil de les transformacions en coordenades homogènies s’ha emprat les possibilitats de càlcul simbòlic de Matlab® i la llibreria “Robotics Toolbox”. Els apartats corresponents al disseny i construcció del prototipus i del robot final, així com de l’estructura de suport de la càmera, han incorporat l’ús del programa de disseny assistit per ordinador SolidWorks® per així generar models que poguessin posteriorment ser impresos a les impressores 3D del laboratori. Finalment, l’ajustament del controlador mitjançant el mètode de Ziegler-Nichols pel llaç tancat, amb un conjunt de refinaments, va fer possible la resposta desitjada. S’ha arribat així a un prototipus que compleix els requeriments que es varen establir inicialment i que, en permetre ajustar l’eix instantani de gir de la plataforma mòbil –tret que no era present inicialment– és capaç de fer traçar trajectòries arbitraries a la pilota. Aquests resultats aplanen el camí per fer servir aquest tipus de robots paral·lels en tot un seguit de aplicacions com ara la estabilització de sistemes subjectes a moviments arbitraris, jocs interactius, etc. Aquest treball s’ha realitzat al laboratori de robots paral·lels de d’Institut de Robòtica i Informàtica Industrial a l’edifici de la Facultat de Matemàtiques i Estadística de la UPC.