Diseño y construcción a escala de una plataforma Stewart para la enseñanza de control de movimientos en robots paralelos
En este documento se puede encontrar el procedimiento y elaboración de una plataforma Stewart, partiendo desde el diseño y análisis matemático, hasta su construcción y pruebas de funcionamiento a fin de obtener así una herramienta de aprendizaje que buscará implementarse en las clases prácticas de l...
- Autores:
-
Torres Contreras, Juan Pablo
Aparicio Niño, Catalina
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/17653
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/17653
- Palabra clave:
- Mechatronic
Steward platform
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Automation
Automatic control
Mecatrónica
Robot
Productos de alta tencología
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Control automático
Plataforma stewart
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En este documento se puede encontrar el procedimiento y elaboración de una plataforma Stewart, partiendo desde el diseño y análisis matemático, hasta su construcción y pruebas de funcionamiento a fin de obtener así una herramienta de aprendizaje que buscará implementarse en las clases prácticas de las asignaturas Teoría de control, Robótica y Control avanzado en la Universidad Autónoma de Bucaramanga. El robot paralelo busca ser de ayuda en el entendimiento de cinemática inversa de un robot y diseño de estrategias de control para una planta específica, cuyo objetivo principal se centra en el control de movimientos de una plataforma móvil de seis grados de libertad donde se desplaza una bola roja hacia una posición previamente establecida, haciendo uso de retroalimentación de coordenadas por medio de tratamiento de imágenes realizado con una webcam ubicada en la parte superior de la estructura. Las estrategias de control que se realizaron para el estudio e implementación del sistema, fueron estrategias ya trabajadas en los semestres anteriores, tal como PID y LQR. Todo el desarrollo del funcionamiento de la plataforma Stewart se trabajó en el software de estudio Matlab, el cual es el software trabajado en las clases mencionadas anteriormente. |
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[1] CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA. (8°: 23-25 de octubre 2007: Cusco). Aplicaciones actuales de los robots paralelos. Pamplona, Navarra, España: Universidad Pública de Navarra. 2007. 8. [2] AMUSEMENT DEVICE. Inventor: GWINNETT, James E. Estados Unidos. Patente de diseño. US1789680. 20, enero, 1931. [3] POSITION-CONTROLLING APARATUS. Inventor: POLLARD, Willard L. Estados unidos, patente de diseño. US2286571. 16, junio, 1942. [4] STEWART, D. Una Plataforma con 6 grados de libertad. En: Proceedings of the Institution of mechanical engineers, Vol. 180, Pt. 1, Nº 15, pp. 371-386, 196566 [5] MOTION SIMULATOR, Inventor: CAPPEL, Klaus L. Estados Unidos. Patente de diseño y construcción. US3295224. 3, enero, 1967. [6] GHOBAKHLOO, Amir; EGHTESAD, Mohammad y AZADI, Mohammad. Control robusto y adaptativo de la plataforma Stewart Gough como un robot paralelo de seis DOF. En: Congreso Mundial de Automatización. Budapest, Hungría, Julio 24-26, 2006. 6 p. [7] HAJIMIRZAALIAN, Hamidreza; MOOSAVI, Hasan y MASSAH, Mehdi. Análisis dinámico y simulación de la plataforma Stewart de robots paralelos. En: Segunda Conferencia Internacional sobre Ingeniería en Computación y Automatización (ICCAE). Febrero 26-28, 2010. P 472 – 477. [8] KUMAR, P. Ramesh; BANDYOPADHYAY, B. Estabilización de la plataforma stewart utilizando el controlador de modo deslizante de segundo orden suave. En: IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Mayo 28-31, 2013. P 1 – 6. [9] GONZÁLES ALVAREZ, Natalia X; REINOSO MENDOZA, Efren P. Estudio, diseño y construcción de una plataforma robótica didáctica tipo Stewart aplicada al estudio de controladores difusos. Trabajo para optar por el título de ingeniera electrónica e ingeniero electrónico. Universidad politécnica Salesiana. Facultad de Ingenierías. Departamento de ingeniería electrónica, 2011 [10] SCOZZINA, Facundo E; DELGADO GONZALES, ÁNGEL D. Generación dinámicas de secuencias para robots Paralelos Plataforma de Stewart gough. Trabajo para optar por el título de ingeniero electrónico industrial y automático. Universidad de la Laguna. Facultad de Ingenierías. Departamento de ingeniería electrónica industrial y automática. 2016. [11] MIRANDA COLORADO, Roger. Cinemática y dinámica de robots manipuladores. 1 edición. México. Alfaomega, grupo editor, 2016. 384 p. ISBN978-607-622-048-1. [12] DUARTE, Katherin; BORRÁS, Carlos. Generalidades de robots paralelos. Visión electrónica. Vol. 10. Bogotá: Universidad distrital Francisco José de Caldas, enero – junio, 2015. [13] JAZAR, Reza N. Theory of applied robotics: kinematics, dynamics, and control. 2 edición. Estados Unidos. Springer Science & Business Media, 2010. 694 P. ISBN: 978-1-4419-1750-8 [14] POVEDA GALVIS, Leidy Tatiana; MÁRTINEZ VELASCO, José David. Diseño e implementación de un control óptimo LQR con la tarjeta Raspberry Pi. Trabajo de grado para optar por el título de ingeniero en control. Bogotá, Colombia: Universidad distrital Francisco José de Caldas. Facultad de ingeniería. 2016 [15] BRIONES LEÓN, Juan Antonio. Diseño, análisis y construcción de un robot paralelo traslacional. Trabajo de grado para obtener el grado de maestro en tecnología avanzada. Querétaro, México: Instituto Politécnico Nacional. Centro de investigación en ciencia aplicada y tecnología avanzada. 2009 [16] GROS AINOZA, Sergio. Diseño y simulación de plataforma de Stewart para uso de base de una antena. Trabajo fin de grado. Zaragoza, España: Escuela Universitaria Politécnica La Almunia. 2017. [17] NIEVES BELMAR, Diego. Diseño e implementación de una plataforma Stewart. Trabajo final del Máster universitario en Ingeniería Mecatrónica. Valencia, España: Universidad Politécnica de Valencia. 2020 |
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El robot paralelo busca ser de ayuda en el entendimiento de cinemática inversa de un robot y diseño de estrategias de control para una planta específica, cuyo objetivo principal se centra en el control de movimientos de una plataforma móvil de seis grados de libertad donde se desplaza una bola roja hacia una posición previamente establecida, haciendo uso de retroalimentación de coordenadas por medio de tratamiento de imágenes realizado con una webcam ubicada en la parte superior de la estructura. Las estrategias de control que se realizaron para el estudio e implementación del sistema, fueron estrategias ya trabajadas en los semestres anteriores, tal como PID y LQR. Todo el desarrollo del funcionamiento de la plataforma Stewart se trabajó en el software de estudio Matlab, el cual es el software trabajado en las clases mencionadas anteriormente.1. | INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 11 2. | DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................................... 12 3. | JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................ 13 4. | OBJETIVOS ................................................................................................................................. 14 4.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... 14 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................... 14 5. | ESTADO DEL ARTE .................................................................................................................. 15 6. | MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 19 7. | METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 22 7.1 |PROCESO DE SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES ...................................................................... 23 7.2 |COMPONENTES SELECCIONADOS .............................................................................................. 31 8. | CINEMÁTICA INVERSA ......................................................................................................... 34 8.1 |CINEMÁTICA INVERSA APLICADA A LA PLATAFORMA STEWART DISEÑADA .......................... 45 9. | DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN ................................................................................................. 47 9.1 |DISEÑO MECÁNICO ................................................................................................................... 47 9.2 |ANÁLISIS DINÁMICO ................................................................................................................. 48 9.3 |CÁLCULO DEL ESPACIO DE TRABAJO ......................................................................................... 51 9.4 |CONSTRUCCIÓN DE LA PLATAFORMA ....................................................................................... 55 10. | IDENTIFICACIÓN DE LA PLANTA ..................................................................................... 58 11. | ESTRATEGIAS DE CONTROL ............................................................................................... 66 11.1 |CONTROL PID ............................................................................................................................. 66 11.2 |CONTROL LQR ........................................................................................................................... 69 11.2.1 |DISEÑO DE OBSERVADORES ........................................................................................ 70 11.3 |SIMULACIÓN EN SIMULINK ....................................................................................................... 73 12. | IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA .................................................................................... 77 12.1 | TRATAMIENTO DE IMÁGENES .................................................................................................. 77 12.2 | SERVOMOTORES EN ARDUINO ................................................................................................. 79 12.3 | ESTRATEGIA DE CONTROL EN ARDUINO .................................................................................. 81 12.4 | INTERFAZ HMI ........................................................................................................................... 82 13. | RESULTADOS OBTENIDOS .................................................................................................. 85 14. | CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 89 15. | BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 85 16. | ANEXOS .......................................................................................................................................93PregradoIn this document you can find the procedure and development of a Stewart platform, starting from the design and mathematical analysis, to its construction and testing in order to obtain a learning tool that will seek to be implemented in practical classes of the subjects Control Theory, Robotics and Advanced Control at the Autonomous University of Bucaramanga. The parallel robot seeks to be of help in the understanding of inverse kinematics of a robot and design of control strategies for a specific plant, whose main objective focuses on the control of movements of a mobile platform of six degrees of freedom where a red ball moves to a previously established position, using coordinate feedback through image processing performed with a webcam located on top of the structure. The control strategies used for the study and implementation of the system were strategies already worked in previous semesters, such as PID and LQR. All the development of the operation of the Stewart platform was worked in the Matlab study software, which is the software worked in the classes mentioned above.application/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_abf2Diseño y construcción a escala de una plataforma Stewart para la enseñanza de control de movimientos en robots paralelosDesign and scale construction of a Stewart platform for teaching movement control in parallel robotsIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicSteward platformLearning toolPractical classesWebcamHigh technology productsMechanical movementsAutomationAutomatic controlMecatrónicaRobotProductos de alta tencologíaMovimientos mecánicosAutomatizaciónControl automáticoPlataforma stewartHerramienta de aprendizajeClases prácticasCámara web[1] CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA. (8°: 23-25 de octubre 2007: Cusco). Aplicaciones actuales de los robots paralelos. Pamplona, Navarra, España: Universidad Pública de Navarra. 2007. 8.[2] AMUSEMENT DEVICE. Inventor: GWINNETT, James E. Estados Unidos. Patente de diseño. US1789680. 20, enero, 1931.[3] POSITION-CONTROLLING APARATUS. Inventor: POLLARD, Willard L. Estados unidos, patente de diseño. US2286571. 16, junio, 1942.[4] STEWART, D. Una Plataforma con 6 grados de libertad. En: Proceedings of the Institution of mechanical engineers, Vol. 180, Pt. 1, Nº 15, pp. 371-386, 196566[5] MOTION SIMULATOR, Inventor: CAPPEL, Klaus L. Estados Unidos. Patente de diseño y construcción. US3295224. 3, enero, 1967.[6] GHOBAKHLOO, Amir; EGHTESAD, Mohammad y AZADI, Mohammad. Control robusto y adaptativo de la plataforma Stewart Gough como un robot paralelo de seis DOF. En: Congreso Mundial de Automatización. Budapest, Hungría, Julio 24-26, 2006. 6 p.[7] HAJIMIRZAALIAN, Hamidreza; MOOSAVI, Hasan y MASSAH, Mehdi. Análisis dinámico y simulación de la plataforma Stewart de robots paralelos. En: Segunda Conferencia Internacional sobre Ingeniería en Computación y Automatización (ICCAE). Febrero 26-28, 2010. P 472 – 477.[8] KUMAR, P. Ramesh; BANDYOPADHYAY, B. Estabilización de la plataforma stewart utilizando el controlador de modo deslizante de segundo orden suave. En: IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Mayo 28-31, 2013. P 1 – 6.[9] GONZÁLES ALVAREZ, Natalia X; REINOSO MENDOZA, Efren P. Estudio, diseño y construcción de una plataforma robótica didáctica tipo Stewart aplicada al estudio de controladores difusos. Trabajo para optar por el título de ingeniera electrónica e ingeniero electrónico. Universidad politécnica Salesiana. Facultad de Ingenierías. Departamento de ingeniería electrónica, 2011[10] SCOZZINA, Facundo E; DELGADO GONZALES, ÁNGEL D. Generación dinámicas de secuencias para robots Paralelos Plataforma de Stewart gough. 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