Optimización de manipulabilidad y consumo eléctrico mediante el Algoritmo Heurístico de Kalman en manipuladores seriales

Optimization of Manipulability and Electricity Consumption Through the Heuristic Kalman Algorithm in Serial Manipulators

En el presente trabajo se plantea una metodología de planeación de trayectorias para manipuladores seriales antropomórficos de seis grados de libertad y muñeca esférica enfocada en la minimización del consumo eléctrico y maximización de la manipulabilidad. Para lograr tal fin se expone un algoritmo de optimización el cual tiene como base el Algoritmo Heurístico De Kalman (AHK), cuya finalidad es encontrar la trayectoria óptima según la función multi-objetivo propuesta dentro de un espacio esférico simplificado propuesto. El algoritmo de optimización se evalúa mediante el análisis del comportamiento de dos trayectorias en el manipulador PUMA 560,simuladas en un programa desarrollado en la aplicación de Visual Basic Perteneciente al software Autodesk Inventor.

1 INTRODUCCIÓN

Los robots manipuladores son herramientas idóneas para automatizar muchos de los procesos productivos, gracias a que estos aumentan la productividad y calidad, y disminuyen los costos de producción y mano de obra [1]. Sin embargo, para garantizar un aumento en la productividad el rendimiento de los manipuladores debe ser maximizado. Esto puede ser realizado mediante una adecuada planeación de la trayectoria del robot, utilizando técnicas de optimización de alguna función objetivo o de sus parámetros[2].

La eficiencia con la cual los desplazamientos articulares de un robot se convierten en movimientos de su órgano terminal, llamado índice de manipulabilidad, es un criterio usado para cuantificar este desempeño. Uno de los métodos más comunes encontrados en la literatura para medir la manipulabilidad es el propuesto por Yoshikawa [3] y ha sido usado como base en trabajos que desarrollan métodos para planeación de trayectorias en manipuladores robóticos [4],[5],[6].

Planear la trayectoria del manipulador usando el criterio de minimización del consumo eléctrico como función genera trayectorias suaves, que son fáciles de rastrear y reducen los esfuerzos en los actuadores y la estructura del manipulador. Adicionalmente este criterio permite considerar la pérdida de energía resistiva en el bobinado del motor, al igual que la perdida de energía debido a las variaciones en las velocidades del actuador. Estas variaciones afectan los requerimientos de corriente y por lo tanto inducen fuerzas electromotrices en los actuadores [7].

Entre las investigaciones que usan este criterio como función objetivo para la planeación de trayectorias se encuentra el enfoque propuesto por [8] en el cual desarrollan un algoritmo genético para robots planos de tres grados de libertad buscando la minimización de la energía consumida por cada motor del brazo robótico durante la trayectoria. Esta investigación se basa en un método de en un solo criterio.