INSTITUTO TECNOLOGICO DE LALAGUNA

Division de Estudios de Posgrado e Investigacion

Maestria en Ciencias en Ingenieria Electrica

Mecatronica y Control

SEMINARIO DE INVESTIGACION I

Proyecto 1

Analisis de Artculos del Asesor

Ing. Ismael Medina LopezM1513050

Catedratico: M.C. Ramon H. Sandoval Rodriguez

Torreon, Coah. - 25 de septiembre de 2015

Seminario de Investigacion I

1er Articulo

Procedimiento de Medicion para la Friccion Viscosa y de Coulomb

25 de septiembre de 2015

a) Ano de Publicacion: 2000

b) Editorial: IEEE Operaciones en Medicion e Instrumentacion.

c) Numero de Autores: 3, Rafael Kelly1, Jesus Llamas, y Ricardo Campa.2

d) Resumen:

El articulo presentado por los doctores Kelly, Llamas y Campa ante el Instituto de IngenieraElectrica y Electronica (IEEE), expone un procedimiento de medicion para la friccion viscosay de Coulomb, sobre todo aplicado a los sistemas mecanicos equipados con sensores develocidad de alta precision. El metodo propuesto aprovecha la estructura de la respuestade velocidad predicha por varios modelos estandar de friccion cuando se aplica una fuerza opar de torsion en forma rampa. Los resultados experimentales muestran la alta precision delprocedimiento de medicion propuesto.

El funcionamiento de los mecanismos de alta precision es inherentemente afectado por lafriccion entre los cuerpos en contacto. La friccion es un fenomeno fsico inevitable presenteen los mecanismos que producen comportamientos no deseados en los sistemas de control,tales como posicionamiento y seguimiento de errores y ciclos lmite. La compensacion de lafriccion para atenuar estos efectos ha sido uno de los principales temas de investigacion enel control del mecanismo de paso de los anos.

La friccion viscosa y la friccion de Coulomb son por mucho los ingredientes mas popularesen los modelos de friccion utilizados para el control de sistemas mecanicos. Ambos producenfuerzas contra el movimiento relativo entre los cuerpos en contacto, pero la friccion viscosa esproporcional a la velocidad, mientras que la friccion de Coulomb depende del signo aplicadode velocidad. Estos componentes de la friccion son algunos de las principales limitantes enla realizacion de movimiento y posicionamiento de alta precision en los mecanismos.

Los modelos mas elaborados incorporan ademas de friccion viscosa y de coulomb tambienel efecto Stribeck, para captar mejor el comportamiento del movimiento a baja velocidad.Aunque estos modelos de friccion son simples porque establecen que la fuerza o el par defriccion depende de la velocidad instantanea, existen ademas modelos dinamicos de friccionen donde ademas de establecer la fuerza de friccion real o el par como una funcion de lavelocidad instantanea, incorporan tambien el comportamiento anterior. Para esta ultimaclase pertenece el modelo conocido como LuGre en el que se describen ademas de los efectosde la friccion viscosa y la friccion de Coulomb, el comportamiento de fricciones mas complejastales como el movimiento stick-slip, el desplazamiento presliding, los efectos Dahl y Stribeck,y el retraso de friccion.

Un enfoque basico para compensar la friccion es la compensacion basada en modelos. Estetipo de tecnica de compensacion requiere valores exactos de los parametros que intervienen

1Miembro de la IEEE2Miembro de la IEEE

1 Ing. Ismael Medina Lopez

Seminario de Investigacion I

en los modelos de friccion. Los coeficientes viscosos y de Coulomb son parametros simplessiempre presentes en modelos de friccion complejos.

El objetivo del trabajo de los doctores fue obtener un modelo o procedimiento experimentalpara medir facilmente los parametros de friccion viscosa y de Coulomb en sistemas mecanicosequipados con sensores de velocidad precisos o de alta precision.

e) Puntos de Interes:

Comentando un poco acerca del articulo con el Dr. Campa me fue interesante el saber que apesar de tratarse de un articulo expuesto hace 15 anos sobre un tema ampliamente tratadoen la literatura cientfica, este sigue siendo motivo de investigacion, y por lo tanto los temasrelacionados con friccion viscosa y de Coulomb siguen abiertos a nuevas propuestas y modelosque den mejores resultados a los ya presentados por otros investigadores. El artculo exponetres modelos de friccion propuestos con anterioridad, los cuales suponen un modelamientomatematico lo mas parecido a lo visto realmente en un sistema que presenta friccion viscosay de Coulomb, sin embargo, son modelos cuyos resultados experimentales se asemejan muypoco a lo visto realmente en un sistema fsico. A traves de estos modelos se pretende llegar aun modelo que mejore el seguimiento del patron grafico de la friccion viscosa y de Coulomb.

2 Ing. Ismael Medina Lopez

Seminario de Investigacion I

2do Articulo

Modelado y Control de un Pendulo Esferico Invertido sobre unMecanismo de Cinco Barras

25 de septiembre de 2015

Figura 1: Pendulo esferico invertido en un mecanismo de cinco barras.

a) Ano de Publicacion: 2014

b) Editorial: Revista Internacional de Sistemas Roboticos Avanzados.

c) Numero de Autores: 2, Israel Soto y Ricardo Campa.

d) Resumen:

El trabajo presentado por los doctores Soto y Campa describe el modelo cinematico y dinami-co de un sistema mecanico que consiste en un pendulo invertido esferico cuya base esta mon-tada sobre un mecanismo planar paralelo, mejor conocido como mecanismo de cinco barras.Todo el mecanismo tiene 4 grados de libertad, pero solo cuenta con dos actuadores y porlo tanto es un sistema subactuado. El modelo dinamico no lineal del sistema completo seobtiene usando un conjunto mnimo de coordenadas generalizadas, y luego se calcula unmodelo equivalente reducido. Para validar este enfoque, el modelo reducido es linealizado yse llevan a cabo simulaciones, que muestran la estabilizacion del sistema con un controladorLQR sencillo mejor conocido como Regulador o Controlador Lineal Cuadratico.

El problema de balanceo de un pendulo invertido a atrado la atencion de los investigadores decontrol en los ultimos anos. Existen una amplia variedad de sistemas tipo pendulo invertidotales como el pendubot, el acrobot, el pendulo sobre un carro, pendulo tipo rueda y el pendulode Futura. Todos estos sistemas son subactuados, esto es , hay sistemas con menos actuadores

3 Ing. Ismael Medina Lopez

Seminario de Investigacion I

que grados de libertad. El trabajo presentado por los doctores detalla el modelado y controlde un pendulo esferico invertido (SIP) el cual es otro miembro de la familia e sistemas tipopendulo invertido.

e) Puntos de Interes:

Los principales puntos de interes que puedo destacar de este ultimo artculo son la obten-cion del modelo cinematico y dinamico del respectivo sistema, puesto que como lo detallael artculo existen una gran variedad de mecanismos tipo pendulo invertido estudiados conaterioridad, sin embargo, el sistema pendulo invertido esferico en un mecanismo 5 barrases reciente su estudio y por lo tanto pueden existir formas diferentes ve obtener sus res-pectivos modelos cinematico y dinamico para una determinada representacion del diagramaesquematico del sistema o bien los diferentes controladores que logren estabilizarlo de formaque a ciertas perturbaciones externas el sistema responda de manera favorable. Cabe men-cionar que los parametros para el modelado son mnimos y es utilizado un controlador oregulador tipo LQR (Regulador Lineal Cuadratico) con el cual se obtienen buenos resultadosal momento de realizar pruebas simuladas.

f) Grado de Complejidad con Respecto al Primer Artculo:

La complejidad entre el primer y ultimo artculo es notoria, para comenzar esta el numero depaginas que expone cada uno, con un total de 5 para el primero y 16 para el segundo. Ademasde reducir el numero de autores de tres a solo dos. En el ultimo artculo presentado por elDr. Campa hay un mayor interes por el area de la robotica en cuento a modelado y control,siendo esta la linea de investigacion mas reciente del Dr., por lo tanto la complejidad deltrabajo presentado se hace evidente en la formulacion matematica, cuerpo del artculo y porsu puesto en los resultados experimentales, ademas hay una mayor citacion y referencias delsegundo con respecto al primero, lo cual hace de este ultimo un artculo con mayor relevanciay mayor interes cientfico en el area de investigacion que se estudia.

g) Apoyo Grafico:

En cuanto a graficas, figuras tablas y ecuaciones, el segundo artculo expone un mayor con-tenido. En este se muestran, por ejemplo, el sistema mecanico realizado en CAD, el sistemafsico real, el diagrama esquematico del sistema, las graficas obtenidas de los resultados ex-perimentales y por supuesto las ecuaciones y modelado matematico que se obtienen duranteel desarrollo del contenido del artculo.

h) Fuentes Bibliograficas:

La cantidad de fuentes bibliograficas o referencias en este articulo es mayor, contando conun total de 12 para el primer artculo y 28 para el ultimo.

i) Citas Propias:

El artculo solo realiza una cita propia de un trabajo presentado en el ano 2009 en la IEEEsobre control de un robot manipulador usando diferentes representaciones.

4 Ing. Ismael Medina Lopez