INTRODUCCION AL CONTROL INDUSTRIAL DE PROCESOS (1).pptx
Thesis Presentation
1. AUTOMATIZACIÓN DE UN BANCO DE
ENSAYOS PARA LA EVALUACIÓN DE
ARTICULACIONES ROBÓTICAS FLEXIBLES
Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Departamento Ingeniería de Sistemas y Automática - Grupo VSA
Luis Alejandro Martín Veloza
2. Índice
2
Introducción
Planteamiento del trabajo
Antecedentes
Objetivos
Timeline de desarrollo
Herramientas utilizadas para el diseño del sistema
Modos de operación de los actuadores
Implementación del software de control
Ensayos y resultados
Conclusiones
4. Introducción
4
Actuadores
flexibles
Actuadores
flexibles con
rigidez variable
Actuador flexible: ajustable a solicitudes de fuerza o par externas, a través de un movimiento de
adaptación suave, planteando la flexibilidad como una propiedad mecánica ventajosa.
Actuador flexible con rigidez variable: se podría contar con una alta rigidez durante una
operación sin peligro de colisión o al inicio de la deformación, y baja en el caso de sobrecargas o
de impacto; consiguiéndose una adaptación en función de la circunstancia.
5. Antecedentes
5
AVASTT: Capacidad para cambiar la rigidez aparente de la articulación dinámicamente. Posee un
especial mecanismo que permite variar la rigidez y adoptar también una configuración totalmente
rígida, disponiendo además de un par umbral ajustable, el cuál, evita que entre en
funcionamiento el mecanismo hasta que no se haya sobrepasado un cierto valor ejercido sobre la
articulación.
AVASTT (Actuator with Variable Stiffness and TorqueThresold)
6. MMJS: basado en una serie de muelles lineales, precargados y dispuestos de tal manera, que
incluyan los beneficios de los actuadores elásticos y que limitan el par máximo aplicable.
Antecedentes
6
MMJS (Mechanism of Multiple Joint Stiffness)
7. Planteamiento del trabajo
7
2 Prototipos actuadores con rigidez variable (AVASTT y MMJS)
Bancada para realizar ensayos
Diversos equipos electrónicos
9. Timeline
9
• Planteamiento del proyecto
• Aprendizaje de EPOS Studio
• Ensayos de los modos de
operación mediante EPOS Studio
• Aprendizaje en el uso de LabVIEW
• Desarrollo del software de
control (Maestro)
• Adquisición de
conocimiento de la
instrumentación
• Integración de
la
instrumentació
n
• Desarrollo del
sistema de
adquisición de
datos
• Ensayos
• Estudio de los
datos
Febrero-
Marzo
Abril-Mayo Junio-Julio
Agosto-
Septiembre
Octubre -
Noviembre
Diciembre -
Enero
• Desarrollo del
software (Esclavo)
• Optimización de
todo el sistema
2015 2016
2015
10. Herramientas
para el diseño del sistema 10
Permite desarrollar sistemas sofisticados de medida, pruebas y control usando íconos gráficos e
intuitivos a través de una apariencia de control del flujo de datos.
Programación intuitiva basada en el concepto de aprendizaje observado.
Permite ejecución paralelizada.
Diagrama de bloques: para el desarrollo lógico.
Panel frontal: HMI de interacción con el software
11. Herramientas
para el diseño del sistema 11
LabVIEW
Librería NI-
DAQMX
Librería
Maxon
Motors
Librería JR3
Librería
Standard
12. Modos de operación
Basados en control de posición 12
o Position Mode (PM): Dirige el actuador hacia un punto definido por el usuario. No es un
generador de trayectorias, lo que implica que al indicarle la posición deseada, no realizará una
trayectoria controlada para llegar a dicho punto, sino que se dirigirá a él con la máxima capacidad.
o Profile Position Mode (PPM): Este modo genera una trayectoria para desplazar el sistema a una
posición definida.
o Interpolated Position Mode (IPM): Éste genera trayectorias mediante la función “cubic spline
interpolation”. El operador define todos los puntos por los que el actuador pasará para conseguir
la posición final objetivo. El sistema realizará la interpolación de la trayectoria a realizar, definiendo
las velocidades y aceleraciones intermedias entre los puntos definidos.
13. Modos de operación
Basados en control de velocidad 13
o Velocity Mode (VM): Mueve el actuador con una velocidad definida. No es un generador de
trayectorias, por lo tanto, no realizará una trayectoria controlada para alcanzar dicha velocidad
objetivo, sino que alcanzará la velocidad definida con los máximos valores posibles.
o Profile Velocity Mode (PVM): Genera una trayectoria para conseguir la velocidad deseada. El
sistema se encargará de crear el perfil de velocidad y aceleración óptimo para conseguir dicha
velocidad final.
14. Modos de operación
Basados en control de corriente 14
o Current Mode (CM): El actuador operan en base a la corriente medida. El actuador se moverá
siempre y cuando no se supere el parámetro máximo de corriente definido previamente.
o *Homing Mode (HM): Este modo sirve para encontrar/establecer el cero (0) del sistema en
posición.
Existen varias formas de encontrar o definir el cero (0):
Current Threshold Positive & Index, Current Threshold Negative & Index, Current
Threshold Positive Speed…. (15 métodos diferentes).
16. Implementación del software
Esquema y descripción general 16
INICIO
PC Maestro PC Esclavo
Fin del
programa
Maestro
Menú Principal
Configuración de
parámetros de manera
manual (comunicación y
motores)
Selección de archivo de
configuracióna cargar
Configurar
sensores a utilizar
Configurar controlador
y modos de operación
de los motores
Cargar las
configuraciones
Acciones y
movimientos
Configurar parámetros
delmovimientoa realizar
Iniciar modo de
operación (movimiento)
Monitorizar
Parar
¿Cambiar modo de op.
con configuración de
motores?
¿Reiniciar modo?
Salir del modo
de operación
¿Salir del programa?
Esperar laorden
delPC Maestro
Configurar parámetros de lectura
delsensor fuerza/par
Orden del PC Maestro
para realizar lecturas y
monitorizar
Parar
monitorización
¿Se recibe la orden de
salir?
Fin del
programa
Esclavo
FIN
No
No
No
NoSí
Sí
Sí
Sí
Comunicación en línea
Comunicación en línea
Comunicación en línea
o El operador maneja en todo
momento la estación Maestra.
Configura y define todos los
parámetros (monitorización,
sensores, modo de operación, etc.)
o La estación Esclava siempre se
mantiene bajo el gobierno de la
estación Maestra. El operador no
debe interactuar con ella.
17. 17
INICIO
PC Maestro PC Esclavo
Fin del
programa
Maestro
Menú Principal
Configuración de
parámetros de manera
manual (comunicación y
motores)
Selección de archivo de
configuracióna cargar
Configurar
sensores a utilizar
Configurar controlador
y modos de operación
de los motores
Cargar las
configuraciones
Acciones y
movimientos
Configurar parámetros
delmovimientoa realizar
Iniciar modo de
operación (movimiento)
Monitorizar
Parar
¿Cambiar modo de op.
con configuración de
motores?
¿Reiniciar modo?
Salir del modo
de operación
¿Salir del programa?
Esperar laorden
delPC Maestro
Configurar parámetros de lectura
delsensor fuerza/par
Orden del PC Maestro
para realizar lecturas y
monitorizar
Parar
monitorización
¿Se recibe la orden de
salir?
Fin del
programa
Esclavo
FIN
No
No
No
NoSí
Sí
Sí
Sí
Comunicación en línea
Comunicación en línea
Comunicación en línea
19. Implementación del software
Controlador 19
o Selector de tres posiciones (posición, velocidad o corriente)
o Automáticamente “Modo de operación” permitirá elegir entre aquellos modos de operación
que se ajusten al principio de funcionamiento seleccionado.
25. Implementación del software
Monitorización estación Maestra 25
o Automáticamente el sistema conduce al operador al modo de operación cargado en el
controlador.
o El operador puede modificar los parámetros de operación previo a la ejecución.
26. Implementación del software
Monitorización estación Esclava 26
o Dedicada exclusivamente a la monitorización del sensor fuerza/par.
o Responde ante los cambios realizados en la estación Maestra.
27. Ensayos y resultados
Control con AVASTT 27
Control en Posición (PM).
Acorde con los parámetros definidos por el operador.
28. Ensayos y resultados
Control con AVASTT 28
Control en Posición (PPM).
Acorde con los parámetros definidos por el operador.
29. Ensayos y resultados
Control con AVASTT 29
Control en Posición (IPM).
Acorde con los parámetros definidos por el operador.
30. Ensayos y resultados
Control con AVASTT 30
Control en Velocidad (PVM)
Acorde con los parámetros definidos por el operador.
31. Ensayos y resultados
Control con AVASTT 31
Control en Corriente (CM).
Acorde con los parámetros definidos por el operador.
32. Ensayos y resultados
Colisión MMJS 32
Impactar contra el dummy en diferentes configuraciones de ensayo:
Dinámica natural
Seguridad elástica
Seguridad para colisiones dinámicas
33. Ensayos y resultados
Colisión MMJS – Dinámica natural 33
masa de 2,30 kg acoplada
0,60 m de distancia desde el eje de rotación
oscilado siguiendo una señal sinusoidal
El primer experimento confirmó la capacidad MMJS para conseguir una
reducción del consumo de energía durante movimientos periódicos.
34. Ensayos y resultados
Colisión MMJS – Seguridad elástica 34
brazo permanece en contacto con la superficie circular del impactador.
par motor se aumenta lentamente hasta intensificar la fuerza de contacto entre el
brazo y el impactador.
La rigidez inicial es causado por el muelle principal de precarga, pero una vez que el
primer umbral de par se sobrepasa, se produce un cambio en la rigidez como
resultado de la compresión de estos mismos muelles. Después de superar el segundo
umbral, la rigidez se reduce drásticamente.
35. Ensayos y resultados
Colisión MMJS – Seguridad colisiones dinámicas 35
brazo colisiona contra la superficie circular del impactador.
se hace girar todo el actuador a 2,70 rad/s, lo que representa tasa de 1,90 m/s en el punto de
contacto
La rigidez puede cambiar rápidamente de un valor medio a un valor de baja rigidez al
superarse el segundo umbral de par. Esto se traduce en una reducción del máximo pico de
fuerza en choque y un acrecentamiento del tiempo de reacción antes de una posible colisión
con consecuencias mayores.
36. Conclusiones
36
Sistema de control, captura y monitorización datos, responde perfectamente a los
parámetros definidos por el operador para cada ensayo.
Los test de verificación demostraron que el sistema es capaz de controlar el actuador en
posición, velocidad y corriente, siguiendo diferentes perfiles.
En todos los casos se respetaron los parámetros de control definidos, sin generar
errores o perdidas de control.
MMJS: Una primera zona de operación de alta rigidez se mantiene siempre que existan
pares externos más pequeños que el primer par umbral. Esto facilita la precisión en el
posicionamiento, y su valor puede ser configurado a través de los muelles principales de
precarga.
MMJS: Existe una segunda área de operación de rigidez media, donde el sistema flexible
reduce el consumo de energía en movimientos cíclicos, siendo ésta una ventaja
exportable en ciertos ámbitos.
MMJS: La rigidez puede cambiar rápidamente de un valor medio a un valor de baja
rigidez al superarse el segundo umbral de par. Esto se traduce en una reducción del
máximo pico de fuerza en choque y un acrecentamiento del tiempo de reacción antes de
una posible colisión con consecuencias mayores.
