Implementación de un controlador para robot de tipo péndulo invertido
DOI:
https://doi.org/10.47187/perspectivas.6.2.222Palabras clave:
Péndulo invertido, software de control, LQRResumen
En la robótica móvil de interiores sobresalen los robots con ruedas porque su mecánica es más simple y requiere menor trabajo de mantenimiento comparados con los robots articulados de piernas. En este trabajo se describen las fases para la implementación de un software de control para un robot péndulo invertido usando el algoritmo regulador cuadrático lineal (LQR, por sus siglas en inglés). La arquitectura del software se puede descomponer por grandes bloques de abstracción, combinando bibliotecas de software embebido y piezas de software desarrolladas especialmente para el proyecto. La gran mayoría de proyectos con el péndulo invertido utilizan un control PID, principalmente debido a la simplicidad de su implementación. Este método es funcional, pero poco escalable, consume tiempo y, aunque algunas implementaciones presentan un excelente rechazo a perturbaciones externas, no existe una garantía de estabilidad si algún parámetro del robot cambia. El prototipo desarrollado podría servir como base de experimentación para futuras investigaciones sobre robótica móvil o control automático.
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Citas
P. Frankovský, L. Dominik, A. Gmiterko, and I. Virgala,
“Modelling of two-wheeled self-balancing robot driven by
gearmotors” International Journal of Applied Mechanics and
Engineering, vol.22, 2017.
E. Olguín-Díaz, “3D Motion of Rigid Bodies:
A Foundation for Robot Dynamics Analysis”, ser.
Studies in Systems, Decision and Control. Springer
International Publishing, 2018. [Online]. Available:
https://books.google.com.mx/books?id=9vt9DwAAQBAJ.
G. Rigatos, K. Busawon, J. Pomares, and M. Abbaszadeh,
“Nonlinear optimal control for the wheeled inverted pendu-
lum system” Robotica, vol. 38, no. 1, pp. 29–47, 2020.
S. Kim and S. Kwon, “Dynamic modeling of a two-wheeled
inverted pendulum balancing mobile robot” International
Journal of Control, Automation and Systems, vol. 13, no. 4,
pp. 926–933, 2015.
C.-F. Hsu and W.-F. Kao, “Double-loop fuzzy motion control
with cog supervisor for two-wheeled self-balancing assistant
robots” International Journal of Dynamics and Control, pp.
–16,2020.
H. Ahmadi Jeyed and A. Ghaffari, “A nonlinear optimal
control based on the sdre technique for the two-wheeled self-
balancing robot” Australian Journal of Mechanical Enginee-
ring, pp.1–9, 2020.
R. D. Huerta Gil, “Control de un p ́endulo invertido sobre
dos ruedas de tres grados de libertad” Thesis, Universidad
Nacional Autónoma de México, 2014.
M. Fauziyah, Z. Amalia, I. Siradjuddin, D. Dewatama, R. P.
Wicaksono, and E. Yudaningtyas, “Linear quadratic regulator
and pole placement for stabilizing a cart inverted pendulum
system” Bulletin of Electrical Engineering and Informatics,
vol. 9, no. 3, pp. 914–923, 2020.
M. R. Bageant, “Balancing a two-wheeled segway robot”
Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2011.
F. Grasser, A. D’arrigo, S. Colombi, and A. C. Rufer, “Joe: a
mobile, inverted pendulum” IEEE Transactions on industrial
electronics, vol. 49, no. 1, pp. 107–114, 2002.
V. Mudeng, B. Hassanah, Y. T. K. Priyanto, and O. Saputra,
“Design and simulation of two-wheeled balancing mobile ro-
bot with pid controller” International Journal of Sustainable
Transportation, vol. 3, no. 1, pp. 12–19, 2020.
H. Nabil, “Supervised neural network control of real-time two
wheel inverted pendulum” Journal of Advanced Engineering
Trends, vol. 38, no. 2, pp. 131–146, 2020.
O. E. Aburas and A. H. Ahmed, “A guide to implement a two
wheeled robot using pole-placement on arduino” The Inter-
national Journal of Engineering and Information Technology
(IJEIT), vol. 6, 2020.
M. Velazquez, D. Cruz, S. Garcia, and M. Bandala, “Velocity
and motion control of a self-balancing vehicle based on a
cascade control strategy” International Journal of Advanced
Robotic Systems, vol. 13, Apr. 2016.
H. Hellman and H. Sunnerman, “Two-wheeled self-balancing
robot,” Thesis, KTH Royal Institute of Technology, 2015.
C. Dengler and B. Lohmann, “Adjustable and adaptive control
for an unstable mobile robot using imitation learning with
trajectory optimization” Robotics, vol. 9, no. 2, p. 29, 2020.
R. P. M. Chan, K. A. Stol, and C. R. Halkyard, “Review
of modelling and control of two-wheeled robots” Annual
Reviews in Control, vol. 37, pp. 89–103, Apr. 2013.
J. Morantes, D. Espitia, O. Morales, R. Jiménez, and O. Avi-
les, “Control system for a segway” International Journal of
Applied Engineering Research (IJAER), vol. 13, 2018.
D. M Abd-elaziz, “Conventional fuzzy logic controller for ba-
lancing two-wheel inverted pendulum” Journal of Advanced
Engineering Trends, vol. 38, no. 2, pp. 107–119, 2020.
M. Moness, D. Mahmoud, and A. Hussein, “Real-time
mamdani-like fuzzy and fusion-based fuzzy controllers for
balancing two-wheeled inverted pendulum” Journal of Am-
bient Intelligence and Humanized Computing, pp. 1–17, 2020.
T. Johnson, S. Zhou, W. Cheah, W. Mansell, R. Young, and
S. Watson, “Implementation of a perceptual controller for an
inverted pendulum robot,” Journal of Intelligent & Robotic
Systems, pp. 1–10, 2020.
Pololu, “Gearmotor 4752” Accedido en 01-10-2019 a
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