Modelamiento de la cinemática y dinámica de un robot manipulador de cuatro grados de libertad tipo Scara para el diseño e implementación en simulación de un controlador lineal por retroalimentación tipo CTC (Computer torque control)

Abstract

Esta investigación muestra detalladamente el modelo cinemático de un robot tipo SCARA, basado en la determinación de la dirección del elemento terminal del robot a partir de las variables de cada junta. Una parte importante de esta sección es el uso de la representación de Denavit–Hartenberg [6]. Adicionalmente, se muestra el estudio de la relación matemática entre el movimiento del robot y las fuerzas implicadas en el mismo, lo cual representa el modelo dinámico directo e inverso del manipulador. Posteriormente se presenta la implementación de un controlador basado en el modelo de referencia, en nuestro caso el Computer Torque Control (CTC), donde el sistema dinámico se linealiza y se desacopla por realimentación, lo que transforma el sistema dinámico del manipulador a controlar en un simple par de integradores. El controlador estudiado se simulo sobre el modelo del robot SCARA con valores numéricos reales. Las simulaciones realizadas permiten valorar las respuestas del controlador CTC en seguimiento de trayectorias deseadas complejas muy comunes en los procesos de manufactura, como lo son un cambio súbito de dirección en el elemento terminal que se experimenta en la trayectoria 2, además de un cambio de dirección suave junto a una excitación muy fuerte en el eje z, como lo es la trayectoria 1. Los resultados simulados en la presente investigación se obtuvieron sobre el modelo de un robot de cuatro grados de libertad (GDL), tipo SCARA. El desempeño del controlador basado en el modelo de referencia (CTC), se midió calculando la integral absoluta del error (IAE) para dos trayectorias deseadas.