Author: JOSE ALBERTO VILLALOBOS TORRES

Diseño, modelado y regulación de un mecanismo con grado de subactuación 2

Design, model and regulate a mechanism with an underactuation degree of 2

JOSE ALBERTO VILLALOBOS TORRES (2020)

En este trabajo de tesis se aborda el problema del modelado y control de un mecanismo de cinco barras con un péndulo esférico de cuatro grados de libertad, con 2 grados de subactuación. Se obtuvo un modelo dinámico completo considerando el mecanismo desacoplado porque es de cadena cinemática cerrada, posteriormente se aplicaron las restricciones holonómicas para reducir el número de ecuaciones de estado al de grados de libertad. También se obtuvo un modelo dinámico del mecanismo, mediante identificaciones paramétricas de la fricción presente en las articulaciones actuadas. Para cumplir con el objetivo de control de regulación se proponen dos controladores. Primero se hace el análisis para un control lineal del tipo LQR, utilizando una aproximación lineal, alrededor del punto de interés del modelo dinámico obtenido. También se propone un controlador no lineal con compensación de incertidumbre en las articulaciones actuadas. Finalmente, se validan estos controladores de manera numérica para el mecanismo de cuatro grados de libertad, realizándose también una implementación experimental mediante un mecanismo de cinco barras con un péndulo compuesto, siendo este último sistema de 3 grados de libertad, con grado de subactuación de uno.

The present thesis addresses the modeling and control problem of a five-link mechanism with a spherical pendulum, four degrees of freedom, with an underactuated degree of two. The complete dinamic model was obtained considering the decoupled mechanism as it is a closed kinematic chain, afterward holonomic restrictions were applied to reduce the number of equation-of-state equal to the degrees of freedom. Also, the dinamic model was obtained, through parametric identifications of the registered friction in the actuated articulations. To satisfy the regulation objective, two controllers are proposed. First, an analysis for a linear control of LQR type is made, making a linear approximation of the point of interest to the obtained dynamic model. Also, a nonlinear controller unit is proposed, with uncertainty compensation of the actuated joints. Finally, both controller units are numerically validated for the four degrees of freedom mechanism, performing as well an experimental implementation through the five-link mechanism with an integrated pendulum, this last one having 3 degrees of freedom and an underactuation degree of one.

Master thesis

Modelo dinámico, sistema subactuado, mecanismo de cinco barras, péndulo esférico, identificación paramétrica Dynamic model, underactuated system, five link mechanism, sp- herical pendulum, parameter identification INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LA INSTRUMENTACIÓN INGENIERÍA DE CONTROL INGENIERÍA DE CONTROL