Diseño, implementación y verificación de un controlador para robots educativos

Abstract

This project briefly analyzes the scope and applications of Industrial Robotics, as well as the importance that this technical discipline has gained in the past decades. In addition, it proposes a modern platform to assist in teaching this discipline in colleges and universities. This new educational platform for the teaching of Industrial Robotics is based on the robotic systems from Rhino Robotics Ltd., using the existing robotic arms and replacing the control electronics by a newer, modern and yet backwards-compatible controller. In addition to the controller, this platform also provides new, up-to-date software utilities that are more intuitive than those provided with the old system. The work to be done consists essentially in receiving commands from a personal computer which the controller must interpret in order to control the motors of the robotic arm. The controller itself will be implemented as an embedded system based on microcontrollers. This requires the implementation of a communication protocol between the personal computer and the microcontroller, the design of a command interpreter, the design of the electronics for motor control using PWM and H-bridges, and the implementation of control techniques (more precisely, PID control). Hence, this project combines software and hardware design and integration techniques with motor control techniques and feedback control methods from Control Engineering, along with the kinematic analysis of the Rhino XR-4 robotic arm.

En el presente proyecto se analiza brevemente el alcance y las aplicaciones de la Robótica Industrial y la importancia que esta disciplina de la técnica tiene en la actualidad, y se propone una plataforma moderna para asistir en la docencia de dicha disciplina en centros universitarios. Esta nueva plataforma educativa para la enseñanza práctica de la Robótica Industrial se basa en los sistemas robóticos de la empresa Rhino Robotics Ltd., aprovechando los brazos robóticos existentes, y reemplaza la electrónica de control por un nuevo controlador más moderno y, a la vez, retrocompatible. Además del controlador, esta plataforma también aporta nuevas utilidades software más modernas e intuitivas que las del sistema original. El trabajo consiste fundamentalmente en la recepción de órdenes desde un ordenador personal que el controlador deberá interpretar para controlar los motores del brazo robótico. El controlador en sí mismo estará implementado como un sistema embebido basado en microcontroladores. Ello implica la implementación de un protocolo de comunicación entre el ordenador personal y el microcontrolador, el diseño de un intérprete de órdenes, el diseño de la electrónica de control de motores usando PWM y puentes en H, y la implementación de técnicas de control (en concreto, control PID). Por tanto, en este proyecto se combinan técnicas de diseño e integración de software y hardware para el desarrollo de sistemas embebidos, con técnicas de control de motores y métodos de control realimentado extraídos de la Ingeniería de Control, junto con el estudio cinemático del brazo robótico Rhino XR-4.