- Comparación de ambos sistemas: modelo y observador, y obtención de la estimación de las fuerzas y pares de contacto.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una hoja única de planos en la que con carácter ilustrativo y no limitativo y en su única figura, se ha representado de forma esquemática y en alzado lateral los distintos elementos que participan en el dispositivo para la estimación de fuerzas y pares de contacto realizado de acuerdo con el objeto de la invención.
Realización preferente de la invención
A la vista de la figura reseñada puede observarse como en el dispositivo para la estimación de fuerzas que se preconiza, aplicable a cualquier tipo de robot industrial manipulador (1) , participa un sensor de fuerza/par (2) que se establece entre la muñeca (3) del brazo (4) del robot manipulador (1) y la herramienta (5) de que se trate, en el que se establece un sistema de referencia (OFXFYFZF) , así como un sensor inercial, (6) en el que se establece un sistema de referencia (OAXAYAZA) , dotado de sensores inerciales lineales así como angulares, que registran tanto las aceleraciones lineales como las velocidades o aceleraciones angulares, que puede estar instalado indistintamente sobre la muñeca (3) del robot (1) , o sobre la herramienta de trabajo (5) , tal como muestra la figura.
La estructura anteriormente descrita se complementa con una serie de sensores de posición (7) , cuyo número variará en función de la arquitectura del brazo robot, concretamente del número de articulaciones del mismo, y a través de los cuales, a partir del modelo cinemático o dinámico del brazo del robot permiten determinar la posición de la herramienta, así como de los dos sistemas de referencia (OFXFYFZF) y (OAXAYAZA) , respecto a un sistema de referencia (OWXWYWZW) estático.
Tal y como se ha mencionado anteriormente, las distintas medidas registradas por los distintos sensores son tratadas mediante un determinado software, que incluye técnicas de fusión sensorial, en las que se diseña un estimador formado por el modelo dinámico completo de la herramienta (5) definido a partir de las ecuaciones de Newton-Euler y cuyas entradas son las medidas de los sensores numerados anteriormente, salvo en el caso de los sensores articulares de posición, que son transformadas al espacio cartesiano a través del modelo cinemática/dinámico correspondiente. También se considera como entrada las fuerzas y pares de contacto.
Igualmente el estimador incluye un observador de estado para el modelo anterior, con la salvedad de que este segundo sistema no tiene en cuenta las fuerzas y pares de contacto, teniendo un comportamiento definido a través de una serie de parámetros de configuración del estimador.
A través del citado software se compara la dinámica del modelo del sistema con la dinámica del observador obteniéndose una estimación de las fuerzas y pares de contacto con una respuesta adecuada.
Para modelar correctamente la dinámica del estimador se utilizan distintas técnicas de diseño tales como el filtro Kalman o por ubicación de polos. En cuanto a las ganancias de los sensores, offsets, ganancias del observador, masas, inercias, y demás parámetros configurables, el aparato cuenta con un procedimiento de auto-calibración en el que, tras aplicar una serie de movimientos predefinidos, éstos parámetros son identificados.
De acuerdo con lo anteriormente expuesto, el procedimiento de implementación del dispositivo sería el siguiente:
En primer lugar se procede a la colocación de un sensor (2) de fuerza/par de seis grados de libertad entre la muñeca (3) del robot manipulador (1) y la herramienta (5) de éste.
Seguidamente se procede a la colocación de uno o varios sensores inerciales (6) , hasta completar los seis grados de libertad, sobre la herramienta del robot (1) que permitan medir tanto la aceleración lineal, como la aceleración o velocidad angular.
Opcionalmente el sensor de fuerza/par puede incorporar un sensor inercial, de manera que los dos pasos anteriores queden agrupados en uno.
Las medidas de posición de las articulaciones tomadas por los sensores se convierten a las medidas de posición y orientación de la herramienta en el espacio cartesiano.
A continuación se procede a la auto calibración que consiste en la aplicación, por parte del robot manipulador (1) , de unos movimientos predefinidos donde la herramienta se orienta de distinta forma con respecto al campo gravitacional y donde además se aplican una serie de aceleraciones conocidas. Este procedimiento permite identificar los parámetros de configuración de los sensores excepto para el sensor de fuerza y par que ya viene calibrado de fábrica y se utiliza como sensor de referencia. Mediante este proceso se puede obtener también la masa y las inercias de la herramienta.
Posteriormente se procede a transformar las medidas de los sensores al sistema de referencia adecuado utilizando las matrices de transformación homogéneas que definen la relación entre los distintos sistemas de referencia.
A continuación se procede a diseñar la ganancia del observador utilizando técnicas de diseño como el filtro de Kalman o por ubicación de polos.
Seguidamente se procede a resolver, tanto el modelo identificado de la herramienta como el observador propuesto, donde en ambos casos las entradas son las medidas de los sensores.
Finalmente se comparan ambos sistemas (restan) , el modelo identificado y el observador, obteniéndose una estimación precisa y real de las fuerzas y pares de contacto.
