Estudio y modelado de una plataforma robótica móvil diferencial

A study and shaping of a differential mobile robotic platform

Se presenta el estudio y modelado de la plataforma robótica diferencial y las características de esta configuración. En el modelo dinámico se incluye el estudio de dos motores DC acoplados a cada rueda como actuadores del sistema y se analizan ecuaciones cinéticas con y sin coeficientes de rozamiento. Se determina un modelo cinemático directo y se compara, mediante simulaciones en Matlab®, con los modelos presentados con la herramienta HEMERO.

1. INTRODUCCIÓN

De las plataformas robóticas móviles, la configuración diferencial es la más sencilla; consiste en dos ruedas diametralmente opuestas en un eje perpendicular a la dirección del robot; cada rueda está dotada de un motor, de forma tal que el direccionamiento viene dado por la diferencia de sus velocidades. Adicionalmente, existen una o más ruedasde soporte, llamadas ruedas “locas”, para mantener la horizontalidad del robot y evitar los cabeceos al cambiar de dirección; estas ruedas no llevan asociadas ningún motor, giran libremente según la velocidad de todo el robot y pueden orientarse de acuerdo con la dirección del movimiento.

A continuación se presenta un detallado estudio de la configuración diferencial, como herramienta de apoyo para la construcción de robots móviles, y el planteamiento de estrategias de control sobre ese modelo. Se incluye en el modelo dinámico el estudio de dos motores DC como actuadores del sistema y se analizan ecuaciones cinéticas con y sin coeficientes de rozamiento; se plantean modelos cinemáticos directos y se comparan mediante simulaciones en Matlab® y HEMERO.

Este artículo se presenta como resultado explorativo del estudio y modelado de las Plataformas Robóticas Móviles dentro de las actividades realizadas como Joven Investigadora 2007 Colciencias en el Grupo de Investigación en Robótica Móvil, ROMA, de la Universidad Distrital, y el Grupo de Investigación en Robótica y Automatización Industrial, GIRA, de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

2. MODELAMIENTO DINÁMICO DE LA PLATAFORMA DIFERENCIAL

Según el modelamiento dinámico realizado en Cárdenas (2007), se considera un robot que se mueve en un plano horizontal x-y sin obstáculos; los actuadores son dos motores DC con reductor de velocidad, cada uno de los cuales hace mover una rueda del robot. Los parámetros por considerar se muestran en la tabla 1; se consideró inicialmente una fricción despreciable entre los elementos del robot y un deslizamiento nulo entre las ruedas y el piso; aunque en la sección se analiza el modelo bajo otras condiciones.