Control por observador de estados para actuadores elásticos series robóticos
DOI:
https://doi.org/10.24054/rcta.v2i46.3801Palabras clave:
actuador elástico serial, Control de Manipulador robótico, Modelo DinámicoResumen
Este artículo presenta los resultados obtenidos mediante la estrategia de control basada en observador de estado para un actuador elástico en serie (SEA) para cualquier extremidad robótica, con el propósito de evaluar la respuesta a la perturbación respecto a un controlador PID convencional. Mediante la implementación de un script en Matlab® el objetivo fue evaluar un controlador por observador de estado para el modelo de espacio de estados de un actuador elástico serie, en comparación con un controlador PID convencional, verificando el comportamiento de cada uno frente a la presencia de perturbaciones. Se pudieron comprobar las ventajas de la estrategia de control por observador de estado respecto al controlador PID convencional. El observador de estado asegura que el actuador elástico serie no se vea afectado por perturbaciones, presentando mejor desempeño que el PID convencional. La simulación en Matlab® del modelo dinámico en espacio de estados del actuador elástico en serie y su control por un observador de estado, mejora la respuesta dinámica en escenarios con perturbaciones y elimina su efecto sobre el proceso en estado estacionario.
Descargas
Citas
Toubar, H., Awad, M. I., Boushaki, M. N., Niu, Z., Khalaf, K., & Hussain, I. Design, modeling, and control of a series elastic actuator with discretely adjustable stiffness (seadas). Mechatronics, 86, 102863, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2022.102863
Zaki, Noureldeen M., et al. "Design, implementation and control of physical series elastic actuated robotic manipulator." International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 71.1_suppl: S157-S169, 2023. DOI: https://doi.org/10.3233/JAE-220139
Wang, Jilong, et al. "Partial-state feedback based dynamic surface motion control for series elastic actuators." Mechanical Systems and Signal Processing 160: 107837, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2021.107837
Alves, Joana, et al. "Design and dynamic modelling of an ankle-foot prosthesis for humanoid robot." 2017 IEEE International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions (ICARSC). IEEE, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/ICARSC.2017.7964064
Lee, Hyunwook, and Sehoon Oh. "Series elastic actuators-driven parallel robot with wide-range impedance realization for balance assessment and training." IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 27.6: 4619-4630, 2022. DOI: https://doi.org/10.1109/TMECH.2022.3161376
Sarkisian, Sergei V., Lukas Gabert, and Tommaso Lenzi. "Series-elastic actuator with two degree-of-freedom PID control improves torque control in a powered knee exoskeleton." Wearable Technologies 4: e25, 2023. DOI: https://doi.org/10.1017/wtc.2023.20
Robinson, David William. Design and analysis of series elasticity in closed-loop actuator force control. Diss. Massachusetts Institute of Technology, 2000.
Liu, Junming, and Huijun Yu. "Active Disturbance Rejection Control of SEA Based on Reduced Order Extended State Observer." Proceedings of the Eighth Asia International Symposium on Mechatronics. Singapore: Springer Nature Singapore, 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-19-1309-9_12
Chen, Chi-Tsong. Analog and digital control system design: transfer-function, state-space, and algebraic methods. Oxford University Press, Inc., 1995.
Liu, J., Li, Z., Lin, W., & Sun, L. Predefined Performance Torque Control for a Series Elastic Actuator Based on State Observer and Disturbance Observer. In 42nd Chinese Control Conference (CCC) (pp. 50-54). IEEE, 2023. DOI: https://doi.org/10.23919/CCC58697.2023.10240750
Liu, Yueyue, et al. "Whole body control of an autonomous mobile manipulator using series elastic actuators." IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3060033
Petrea, Razvan Andrei Budau, Roberto Oboe, and Giulia Michieletto. "Safe high stiffness impedance control for series elastic actuators using collocated position feedback." IEEJ Journal of Industry Applications 12.4: 735-744, 2023. DOI: https://doi.org/10.1541/ieejjia.22008067
Wang, Tianshuo, et al. "Design and control of a series–parallel elastic actuator for a weight-bearing exoskeleton robot." Sensors 22.3: 1055, 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/s22031055
Mustalahti, Pauli, and Jouni Mattila. "Position-based impedance control design for a hydraulically actuated series elastic actuator." Energies 15.7: 2503, 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/en15072503
Chen, Jinfeng, Yu Hu, and Zhiqiang Gao. "On practical solutions of series elastic actuator control in the context of active disturbance rejection." Advanced Control for Applications: Engineering and Industrial Systems 3.2: e69, 2021. DOI: https://doi.org/10.1002/adc2.69
Silawatchananai, Chaiyaporn, Suppachai Howimanporn, and Piyanun Ruangurai. "Development of force compliant in series elastic actuator systems." International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research 11.6: 422-428, 2022. DOI: https://doi.org/10.18178/ijmerr.11.6.422-428
Castaño G., Sergio. Control por Realimentación de Estados, Control Automático Educación . https://controlautomaticoeducacion.com/sistemas-dinamicos-lineales/control-por-realimentacion-de-estados/, consultado mayo 2025.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2025 Frank Nixon Giraldo Ramos

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.