Desarrollo del control de equilibrio y cinemática de un robot autobalanceado

Abstract

Este proyecto se ha llevado a cabo con la intención de mejorar y completar el sistema de control de un prototipo de robot balancín desarrollado en proyectos anteriores. Se espera poder utilizar los resultados en futuros desarrollos de aplicaciones que involucren la tecnología de robots autobalanceados.

Este trabajo ha consistido en el estudio de las características del prototipo y en el desarrollo de un sistema de control de equilibrio y cinemática. El sistema de control de equilibrio sirve para la conservación del equilibrio y la posición en superficies de cualquier tipo. El sistema de control de cinemática permite controlar acciones del robot relacionadas con desplazamiento, pero también aumenta la efectividad del control de equilibrio, haciendo posible la estabilidad en superficies inclinadas.

Para la realización de los sistemas de control se ha escogido un control proporcional, integral y derivativo (PID), muy extendido para el control de una variable en procesos industriales y comerciales. Ambos sistemas de control funcionan conjuntamente en un PID en cascada en el que uno (el control de cinemática, denominado externo) controla el valor deseado del otro (el control de equilibrio, denominado interno).

Al final del desarrollo se han cumplido satisfactoriamente todas las metas propuestas al inicio del proyecto, dentro del alcance definido. Se ha obtenido un control de equilibrio robusto y estable y un control de cinemática efectivo, sin sacrificar características del equilibrio. El robot es capaz de permanecer inmóvil en la misma posición, tanto en planos horizontales como inclinados, compensar perturbaciones externas, recuperar su posición y desplazarse y maniobrar sobre la superficie de apoyo.

El control PID de cinemática en cascada ha sido la gran clave para la implementación de las características avanzadas de equilibrio, haciendo posible la estabilidad en planos inclinados y otras funcionalidades mixtas de equilibrio y locomoción. Gracias a este se han completado la mayoría de las metas del proyecto. Por otro lado, el control PID de equilibrio es la base del control de cinemática, por lo que su correcta programación y calibrado han resultado fundamentales, tomando gran parte del desarrollo.