Modelado de Gráficos de Bond y Diseño de Observador de Filtro de Kalman para un Exoesqueleto de Soporte Posterior Industrial
Autores: Shojaei Barjuei, Erfan; Caldwell, Darwin G.; Ortiz, Jesús
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Modelado de Gráficos de Bond y Diseño de Observador de Filtro de Kalman para un Exoesqueleto de Soporte Posterior Industrial
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Enfoque
Modelo de gráfico de vínculos
Observador de filtro de Kalman
Exoesqueleto
Modelado dinámico
Simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un enfoque versátil para la síntesis y diseño de un modelo de gráfico de enlaces y un observador de filtro de Kalman para un exoesqueleto industrial de soporte posterior. En realidad, el propósito principal de desarrollar un modelo de gráfico de enlaces es investigar y comprender mejor la dinámica del sistema. Por otro lado, el diseño del observador de Kalman siempre debe basarse en un modelo que proporcione una descripción adecuada de la dinámica del sistema; sin embargo, cuando se consideran exoesqueletos de soporte posterior, la síntesis de un observador de estado se vuelve muy desafiante, ya que solo se pueden adoptar modelos no lineales para reproducir la respuesta dinámica del sistema con la precisión adecuada. La modelización dinámica de la plataforma robótica del exoesqueleto, utilizada en este trabajo, comprende un motor de corriente continua sin escobillas, transmisión de engranajes, sensor de torque y tronco humano (modelo biomecánico). Sobre esta base, se presenta un modelo de diagrama de bloques del sistema dinámico y se ha llevado a cabo una prueba experimental para identificar los parámetros del sistema en consecuencia. Tanto el diagrama de bloques como los modelos dinámicos de gráfico de enlaces se simulan a través de MATLAB y el software 20-sim (software de simulación de gráfico de enlaces) respectivamente. Además, se investiga la posibilidad de emplear el observador de filtro de Kalman junto con un modelo lineal adecuado. Posteriormente, se evalúa el rendimiento del observador de Kalman propuesto en un escenario de tarea de levantamiento con el uso de un controlador de regulador cuadrático lineal (LQR) con acción integral doble. Finalmente, se presentan y discuten los resultados de simulación más importantes.
Descripción
Este documento presenta un enfoque versátil para la síntesis y diseño de un modelo de gráfico de enlaces y un observador de filtro de Kalman para un exoesqueleto industrial de soporte posterior. En realidad, el propósito principal de desarrollar un modelo de gráfico de enlaces es investigar y comprender mejor la dinámica del sistema. Por otro lado, el diseño del observador de Kalman siempre debe basarse en un modelo que proporcione una descripción adecuada de la dinámica del sistema; sin embargo, cuando se consideran exoesqueletos de soporte posterior, la síntesis de un observador de estado se vuelve muy desafiante, ya que solo se pueden adoptar modelos no lineales para reproducir la respuesta dinámica del sistema con la precisión adecuada. La modelización dinámica de la plataforma robótica del exoesqueleto, utilizada en este trabajo, comprende un motor de corriente continua sin escobillas, transmisión de engranajes, sensor de torque y tronco humano (modelo biomecánico). Sobre esta base, se presenta un modelo de diagrama de bloques del sistema dinámico y se ha llevado a cabo una prueba experimental para identificar los parámetros del sistema en consecuencia. Tanto el diagrama de bloques como los modelos dinámicos de gráfico de enlaces se simulan a través de MATLAB y el software 20-sim (software de simulación de gráfico de enlaces) respectivamente. Además, se investiga la posibilidad de emplear el observador de filtro de Kalman junto con un modelo lineal adecuado. Posteriormente, se evalúa el rendimiento del observador de Kalman propuesto en un escenario de tarea de levantamiento con el uso de un controlador de regulador cuadrático lineal (LQR) con acción integral doble. Finalmente, se presentan y discuten los resultados de simulación más importantes.