Lo que aprenderás
- Nueva Actualización!! Ahora usa ESP32 para construir tu robot
- Hay más próximamente Aplicaciones: Robot mesero.
- Armar tu propio robot tipo diferencial o uniciclo
- Manejo de encoders de cuadratura (Odometría)
- Modelamiento dinámico de motores
- Control en lazo cerrado PID para motores
- Sintonía de controladores PID (Método Lambda)
- Modelamiento cinemático de un robot diferencial
- Simulación de robots en Python con un novedoso simulador 3D
- Control de posición con y sin orientación final basado en Lyapunov
- Control de seguimiento de trayectoria basado en Lyapunov
- Control de seguimiento de camino basado en Lyapunov
- Análisis de estabilidad de controladores por el método de Lyapunov
Descripción
El objetivo de este curso es diseñar algoritmos de control basados en el modelo cinemático del robot para tareas de posicionamiento, seguimiento de trayectoria y seguimiento de camino utilizando Python y Arduino.
SECCIÓN 1: COMPONENTES DE UN ROBOT
En esta sección se revisa cada uno de los componentes que conforman un robot. Repasaremos el papel que juega cada uno de los componentes, sensores, actuadores, sistemas de control, alimentación, comunicación y la estructura del robot. Revisaremos los diferentes elementos que podemos encontrar, así como la elección de cada elemento que vamos a utilizar para construir nuestro robot autónomo.
SECCIÓN 2: ENSAMBLAJE DEL ROBOT
En esta sección se revisa el ensamblado y programación de cada uno de los componentes del robot. Repasaremos el uso de enconders de cuadratura para determinar la velocidad angular de cada motor, se obtendrá el modelo dinámico de cada motor basado en la respuesta de un sistema de primer orden y mediante este modelo se implementa un algoritmo de control PID sintonizado mediante un novedoso método de sintonía llamado LAMBDA. También revisaremos el uso correcto de los otros componentes como la batería y la comunicación inalámbrica mediante bluetooh. Todos los componentes serán controlados por el cerebro del robot (Arduino) y finalmente montaremos todos los componentes en una estructura impresa en 3D.
SECCIÓN 3: MODELO CINEMÁTICO Y SIMULACIÓN
En esta sección se obtiene la posición y orientación del robot con respecto a un sistema de referencia mediante odometría y la cinemática directa del robot. Específicamente revisaremos el modelo cinemático directo diferencial, jacobiano y modelos con otro punto operacional o de interés, todos los modelos serán puestos a prueba mediante simulación y pruebas experimentales. La simulación se realiza en un novedoso entorno 3D diseñado en Python muy fácil de utilizar y se puede usar los modelos 3D proporcionados en el área de recursos (archivos descargables) o si prefieres importar tus propios diseños 3D realizados en un software CAD como Sketchup, FreeCad, Solidworks. (Ojo en este curso no se muestra como diseñar en los softwares mencionados, es decir, ya debe tener listo su diseño). Para las pruebas experimentales se va a utilizar el robot móvil tipo diferencial ensamblado en la sección anterior.
SECCIÓN 4: SIMULADOR DE ROBOTICA EN UNITY
En esta sección te muestro un nuevo simulador de robótica basado en el potente motor de juegos Unity. Este simulador abre un mundo de posibilidades, ingresar cualquier cantidad de objetos en el entorno, modificar el entorno a tu gusto y muchas mas funcionalidades.
SECCIÓN 5: DISEÑO DE CONTROLADORES MEDIANTE LYAPUNOV
En esta sección el alumno aprenderá a diseñar algoritmos de control para resolver los problemas fundamentales de control de movimiento, posición, seguimiento de trayectoria y seguimiento de camino. Los algoritmos de control son diseñados desde cero mediante la teoría de Lyapunov. Además, se demuestra matemáticamente que los errores convergen asintóticamente a cero y finalmente para verificar el rendimiento, todos los controladores son testeados de manera simulada y experimental
SECCIÓN 6: DISEÑO DE CONTROLADORES MEDIANTE MÉTODOS NUMÉRICOS
En esta sección el alumno aprenderá a diseñar algoritmos de control utilizando Métodos Numéricos. Para diseñar el algoritmo de control, el modelo cinemático se aproxima mediante métodos numéricos (Método de Euler). Entonces, las acciones de control son obtenidas mediante la simple inversión de la matriz jacobiana. Además, el análisis de estabilidad se demuestra mediante el enfoque de métodos numéricos. Los resultados simulados muestran la eficacia del algoritmo de control propuesto sobre el robot móvil tipo diferencial.
¿Para quién es este curso?
- Estudiantes de ingeniería robótica, mecatrónica y electrónica en curso o graduados
- Estudiantes de postgrado
- Tesistas
- Docentes en el área de robótica, mecatrónica y electrónica
- Investigadores en el área de robótica
Requisitos
- Conocimientos de programación
- Conocimientos básicos de Python
- Conocimientos básicos de matrices
- Conocimientos básicos de derivadas
Comentarios de los estudiantes
Fernando Cid –
El curso está muy bien si buscas conocer los fundamentos de la robótica con toda la matemática y los algoritmos para el control del robot diferencial y el seguimiento de trayectorias y de caminos. Si sólo quieres construir un juguete, búscate otro curso más sencillo.
Quizás le falta desarrollar con más detalle el cálculo diferencial e integral que utiliza, tanto en el controlador en Arduino, como en los diversos módulos que desarrolla en Python. La parte cinemática y su trigonometría está bien explicada.
Para mi gusto, falta una visión general (apoyada en algún diagrama) sobre todo el proceso de diseño del controlador PID sintonizado con Lambda y la Sintonía fina posterior: yo no tengo experiencia en el mundo del control y me ha costado bastante entender todo el proceso. He visto que es algo muy común para la gente acostumbrada a los PLCs.