Identificación de Fricción de Juntas Basada en MEMS en Tiempo Real para un Rendimiento Dinámico Mejorado en Aplicaciones Robóticas
Autores: Righettini, Paolo; Legnani, Giovanni; Cortinovis, Filippo; Tabaldi, Federico; Santinelli, Jasmine
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Identificación de Fricción de Juntas Basada en MEMS en Tiempo Real para un Rendimiento Dinámico Mejorado en Aplicaciones Robóticas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Diseño mecatrónico
Robótica
Fricción
Sistemas de actuadores
IMUs MEMS
Rendimiento de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
El enfoque de diseño mecatrónico para la robótica utiliza, entre otros, herramientas de ingeniería de diseño mecánico ampliamente disponibles que, junto con técnicas de producción estándar, permiten la cuantificación precisa de las propiedades de masa del sistema. Si bien esto permite la síntesis de controladores centralizados basados en modelos, la fricción aún limita el rendimiento dinámico alcanzable, ya que su predicción en la etapa de diseño se ve obstaculizada por complejas dependencias de cargas, temperatura, desgaste y lubricación. Otras incertidumbres que afectan a los dispositivos mecatrónicos provienen de los sistemas de actuación, cuyos parámetros son especificados por el fabricante con una precisión relativamente laxa. Estos desafíos se abordan aquí a través de un método basado en IMUs MEMS para la estimación en tiempo real tanto de los efectos de fricción como de los parámetros inciertos del actuador. El modelo resultante, que incluye la dinámica sin fricción, se aplica en un lazo cerrado para mejorar el rendimiento del control. Una comparación experimental con reguladores descentralizados y no adaptativos destaca reducciones múltiples en los errores de seguimiento; también se muestra la capacidad de rastrear variaciones de fricción dependientes de la temperatura. A partir de este trabajo, se puede concluir que el uso de sensores MEMS, junto con algoritmos de identificación y control adaptativo, aumenta de manera significativa el rendimiento dinámico de los sistemas robóticos. Las propiedades en tiempo real del método también permiten futuras investigaciones en temas como diagnósticos basados en MEMS y mantenimiento predictivo.
Descripción
El enfoque de diseño mecatrónico para la robótica utiliza, entre otros, herramientas de ingeniería de diseño mecánico ampliamente disponibles que, junto con técnicas de producción estándar, permiten la cuantificación precisa de las propiedades de masa del sistema. Si bien esto permite la síntesis de controladores centralizados basados en modelos, la fricción aún limita el rendimiento dinámico alcanzable, ya que su predicción en la etapa de diseño se ve obstaculizada por complejas dependencias de cargas, temperatura, desgaste y lubricación. Otras incertidumbres que afectan a los dispositivos mecatrónicos provienen de los sistemas de actuación, cuyos parámetros son especificados por el fabricante con una precisión relativamente laxa. Estos desafíos se abordan aquí a través de un método basado en IMUs MEMS para la estimación en tiempo real tanto de los efectos de fricción como de los parámetros inciertos del actuador. El modelo resultante, que incluye la dinámica sin fricción, se aplica en un lazo cerrado para mejorar el rendimiento del control. Una comparación experimental con reguladores descentralizados y no adaptativos destaca reducciones múltiples en los errores de seguimiento; también se muestra la capacidad de rastrear variaciones de fricción dependientes de la temperatura. A partir de este trabajo, se puede concluir que el uso de sensores MEMS, junto con algoritmos de identificación y control adaptativo, aumenta de manera significativa el rendimiento dinámico de los sistemas robóticos. Las propiedades en tiempo real del método también permiten futuras investigaciones en temas como diagnósticos basados en MEMS y mantenimiento predictivo.