Diseño e implementación de un robot móvil con Control de trayectoria mediante principios odométricos

• Autor: Arellano Zea, Luis Alberto
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2015
• Institución: Universidad Nacional Mayor de San Marcos
• Repositorio: UNMSM-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.unmsm.edu.pe:20.500.12672/4440
• Enlace del recurso: https://hdl.handle.net/20.500.12672/4440
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Robot móvil; Odometría; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.02.01

El presente trabajo de tesis consiste en el diseño e implementación de un robot móvil de tres grados de libertad, capaz de controlar su posición y trayectoria en un plano cartesiano, además de posicionarse en lugares definidos por el usuario. El objetivo del proyecto es controlar el movimiento del robot, manipulando su traslación y rotación de manera precisa y eficiente. El móvil utiliza dos motores acoplados a llantas para su locomoción, estos motores están colocados en una configuración diferencial, haciendo que el desplazamiento y la rotación sobre su eje sea mucho más eficiente. El robot cuenta con un sistema de medición basado en dos encoders incrementales situados a los lados de los motores. Las señales generadas por estos sensores son procesadas por el móvil, el cual hará el análisis cinemático en línea empleando principios de odometría y ecuaciones en diferencia para estimar la posición y orientación relativa del robot. El resultado de esta operación es utilizado en el algoritmo de control, que consiste en dos controladores PID (proporcional, integral y derivativo) discretos [1]. El primero controla la orientación del robot, asegurando que se posicione en el ángulo correcto antes de iniciar su movimiento y durante el recorrido lineal para que el móvil no se desvíe de su trayectoria. El segundo controlador PID regula la posición lineal del robot en función de las coordenadas iniciales y finales de la trayectoria trazada. Este recorrido es planificado en línea en función a las coordenadas de puntos predefinidos en la lógica de generación de trayectorias. El robot es monitoreado en tiempo real por una computadora que a través de una interfaz gráfica desarrollada en Java permite observar los parámetros de control en cuadros de texto y gráficas dinámicas. Además, permite el envío de comandos pre configurados y secuencias de trayectorias lineales. Para establecer la conexión entre el robot y la PC se utilizó comunicación serial asíncrona bajo el estándar RS-232 y utilizando el protocolo UART. La unidad de procesamiento para la implementación de lógica y algoritmos de control fue un dsPIC30F4011 [2] (controlador digital de señales), ya que posee una alta velocidad para el procesamiento de señales y operaciones matemáticas de punto flotante. Además, cuenta con módulos especializados para el control de motores y comunicación serial, haciendo que la programación sea mucho más eficiente. Al finalizar la implementación del robot, este mostró muy buenos resultados durante las pruebas cumpliendo con los algoritmos de control de rotación y traslación, así como el monitoreo y control desde la PC. Uno de los principales aportes de este trabajo es que se demostró poder tener un control eficiente y preciso de un robot móvil empleando únicamente 2 encoders como sistema de medición.