Comparación de 2 técnicas de control aplicadas a la formación de robots móviles cooperativos
En los albores del siglo XXI, la humanidad se encuentra ad portas de una nueva transformación económica, la Industria 4.0 o “Cuarta Revolución Industrial”. Esta evolución en los modelos de producción trae consigo la digitalización e interconexión de todas las unidades productivas en una economía [1]...
- Autores:
-
Forero González, Carlos Adolfo
- Tipo de recurso:
- Investigation report
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Manipulators (Mechanisms)
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En los albores del siglo XXI, la humanidad se encuentra ad portas de una nueva transformación económica, la Industria 4.0 o “Cuarta Revolución Industrial”. Esta evolución en los modelos de producción trae consigo la digitalización e interconexión de todas las unidades productivas en una economía [1], permitiendo una adaptación constante a la demanda de productos y servicios que presenta el mundo globalizado de hoy día. Para satisfacer dicha demanda, enfocándonos únicamente en los productos, no basta sólo con optimizar los tiempos de producción y entrega, también se debe garantizar un máximo en la rentabilidad y la eficiencia de los procesos de las ahora llamadas “Fábricas Inteligentes” [2]. Para ese fin, una de las propuestas de la Industria 4.0, es el aumento en el grado de integración de la robótica en sus unidades productivas [3] mediante la incorporación de nueva maquinaria “colaborativa” que apoye los procesos ya existentes. A modo de ejemplo, podemos mencionar a la compañía Amazon.com, la cual, después de incorporar robots móviles cooperativos en sus procesos de acomodación, redujo el tiempo de su ciclo “Click to Ship” (recoger, empacar y enviar) de 75 minutos a 15 minutos, además de incrementar en un 50% la capacidad de inventario de los almacenes equipados con esa tecnología [4]. Si bien es cierto que esta recomendación proporciona grandes ventajas, esta también conlleva a la necesidad de desarrollar estrategias de control que les permitan a los robots implementados adaptarse efectivamente a los requerimientos del medio circundante. |
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Esta evolución en los modelos de producción trae consigo la digitalización e interconexión de todas las unidades productivas en una economía [1], permitiendo una adaptación constante a la demanda de productos y servicios que presenta el mundo globalizado de hoy día. Para satisfacer dicha demanda, enfocándonos únicamente en los productos, no basta sólo con optimizar los tiempos de producción y entrega, también se debe garantizar un máximo en la rentabilidad y la eficiencia de los procesos de las ahora llamadas “Fábricas Inteligentes” [2]. Para ese fin, una de las propuestas de la Industria 4.0, es el aumento en el grado de integración de la robótica en sus unidades productivas [3] mediante la incorporación de nueva maquinaria “colaborativa” que apoye los procesos ya existentes. A modo de ejemplo, podemos mencionar a la compañía Amazon.com, la cual, después de incorporar robots móviles cooperativos en sus procesos de acomodación, redujo el tiempo de su ciclo “Click to Ship” (recoger, empacar y enviar) de 75 minutos a 15 minutos, además de incrementar en un 50% la capacidad de inventario de los almacenes equipados con esa tecnología [4]. Si bien es cierto que esta recomendación proporciona grandes ventajas, esta también conlleva a la necesidad de desarrollar estrategias de control que les permitan a los robots implementados adaptarse efectivamente a los requerimientos del medio circundante.1. MARCO GENERAL .......................................................................................... 1 1.1 SINOPSIS .................................................................................................. 1 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Y SU JUSTIFICACIÓN EN TÉRMINOS DE NECESIDADES Y PERTINENCIA ........... 2 1.3 INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 3 1.4 OBJETIVOS .............................................................................................. 4 1.4.1 Objetivo general ................................................................................... 4 1.4.2 Objetivos específicos ........................................................................... 4 1.5 ESTADO DEL ARTE ................................................................................. 4 1.6 DISEÑO METODOLÓGICO ...................................................................... 9 2. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 14 2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS ....................................................... 14 2.1.1 Robots móviles ................................................................................... 15 2.1.1.1 Robots móviles con ruedas.......................................................... 15 2.1.1.2 Cinemática de un robot móvil ...................................................... 17 2.2 SISTEMAS DE CONTROL ...................................................................... 18 2.2.1 Control de velocidad ........................................................................... 18 2.2.1.1 Controlador Proporcional Integrativo Derivativo – PID ................ 19 2.2.2 Control de formación .......................................................................... 20 2.3 VISIÓN ARTIFICIAL ................................................................................ 21 2.3.1 Espacios o modelos de color ............................................................. 21 2.3.1.1 Modelo de color RGB .................................................................. 22 2.3.1.2 Modelo de color HSV ................................................................... 22 2.3.2 Filtros espaciales................................................................................ 23 2.3.2.1 Filtro gaussiano ........................................................................... 24 2.3.3 Segmentación por umbral (threshold) ................................................ 25 2.3.4 Transformaciones morfológicas ......................................................... 26 2.3.4.1 Erosión ........................................................................................ 26 2.3.4.2 Dilatación ..................................................................................... 27 2.3.4.3 Apertura ....................................................................................... 28 2.3.4.4 Cierre ........................................................................................... 28 2.3.5 Características geométricas ............................................................... 29 2.3.5.1 Área ............................................................................................. 29 2.3.6 Características estáticas de forma ..................................................... 30 2.3.6.1 Centroide ..................................................................................... 30 2.3.6.2 Momentos .................................................................................... 31 3. DESARROLLO DE LA PLATAFORMA ROBÓTICA ....................................... 32 3.1 SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN DEL ROBOT MÓVIL ............... 32 3.2 INSTRUMENTACIÓN .............................................................................. 33 3.2.1 Selección de la rueda ......................................................................... 34 3.2.2 Selección del motor ............................................................................ 34 3.2.3 Selección de la instrumentación restante ........................................... 38 3.3 DISEÑO DE LA PLATAFORMA ROBÓTICA ........................................... 40 3.3.1 Diseño eléctrico .................................................................................. 40 3.3.2 Diseño mecánico ................................................................................ 47 3.3.2.1 Validación por análisis de elementos finitos ................................ 53 3.3.3 Diseño estructural .............................................................................. 60 3.3.4 Diseño del control de velocidad de las ruedas de la plataforma robótica ........................................................................................................... 61 4. ESTRATEGIA DE CONTROL APLICADA A LA FORMACIÓN DE ROBOTS MÓVILES COOPERATIVOS ................................................................................. 66 4.1 TÉCNICA DE CONTROL CLÁSICA ........................................................ 66 4.2 TÉCNICA DE CONTROL INTELIGENTE ................................................ 70 4.3 ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS DOS TÉCNICAS DE CONTROL PROPUESTAS ................................................................................................... 73 5. ESTRATEGIA DE ASIGNACIÓN DE PUNTOS OBJETIVOS ......................... 81 5.1 PUNTOS ALEATORIOS – ROBOTS ALEATORIOS (PA-RA) ................. 82 5.2 PUNTOS FIJOS – ROBOTS ALEATORIOS (PF-RA) .............................. 85 6. SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE FORMACIONES ............... 88 6.1 TRAYECTORIA CON PRESENCIA DE OBSTÁCULOS ......................... 88 6.2 MEJOR CRITERIO DE ASIGNACIÓN DE PUNTOS OBJETIVOS .......... 91 7. DESARROLLO DEL SISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL ............................... 93 8. DISEÑO DE LA INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO .................................... 96 9. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE FORMACIONES EN LAS PLATAFORMAS DESARROLLADAS .......................................................... 101 10. VALIDACIÓN DEL SISTEMA ....................................................................... 105 10.1 LÍNEA RECTA ....................................................................................... 105 10.2 RECTÁNGULO ...................................................................................... 105 10.3 TRIÁNGULO .......................................................................................... 105 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 110 ANEXOS .............................................................................................................. 117At the dawn of the 21st century, humanity is on the brink of a new economic transformation, Industry 4.0 or the "Fourth Industrial Revolution". This evolution in production models brings with it the digitization and interconnection of all productive units in an economy [1], allowing constant adaptation to the demand for products and services presented by today's globalized world. To satisfy this demand, focusing solely on the products, it is not enough just to optimize production and delivery times, it is also necessary to guarantee maximum profitability and efficiency of the processes of what are now called "Smart Factories" [2]. To this end, one of the proposals of Industry 4.0 is the increase in the degree of integration of robotics in its production units [3] through the incorporation of new "collaborative" machinery that supports existing processes. By way of example, we can mention the company Amazon.com, which, after incorporating cooperative mobile robots in its accommodation processes, reduced its "Click to Ship" cycle time to 75 minutes. to 15 minutes, in addition to increasing the inventory capacity of warehouses equipped with this technology by 50% [4]. Although it is true that this recommendation provides great advantages, it also leads to the need to develop control strategies that allow the implemented robots to effectively adapt to the requirements of the surrounding environment.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Comparación de 2 técnicas de control aplicadas a la formación de robots móviles cooperativosComparison of 2 control techniques applied to robot training cooperative mobilesResearch reportinfo:eu-repo/semantics/workingPaperInforme de investigaciónhttp://purl.org/coar/resource_type/c_18wshttp://purl.org/coar/resource_type/c_18ghhttp://purl.org/coar/resource_type/c_8042info:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/INFUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería MecatrónicaManipulators (Mechanisms)Machine theoryArtificial intelligenceAutomationAutomatic controlMobile robotsSimulationMathematical modelsIntelligent controlCommunications systemManipuladores (Mecanismos)Teoría de las máquinasInteligencia artificialAutomatizaciónControl automáticoModelos matemáticosRobots móvilesSimulaciónControl inteligenteSistema de comunicaciones[1] BERRET, Marcus. 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