Maximización de la Manipulabilidad en Control Redundante con Esquema Multitarea para Cooperación de Manipuladores Robóticos

Abstract

Un manipulador robótico se podría definir como un sistema mecánico con articulaciones que simula el movimiento de un brazo humano, este tipo de sistemas robóticos es muy usado en la edad moderna porque permite automatizar tareas repetitivas, peligrosas o pesadas que solían ser realizadas por seres humanos. Los manipuladores robóticos pueden ser más complejos dependiendo de su estructura y cantidad de articulaciones. Para realizar una tarea en el espacio cartesiano (espacio tridimensional), son necesarios 6 grados de libertad, si un manipulador robótico va a trabajar en dicho espacio, y este posee más de 6 grados de libertad, se dice que es un manipulador redundante. Los grados extra de redundancia le otorgan mayor flexibilidad para evitar obstáculos, mejorar la precisión o adaptarse a restricciones adicionales. En entornos industriales o colaborativos, es común que múltiples manipuladores trabajen en conjunto, este tipo de cooperación es esencial, por ejemplo, en la manufactura aeroespacial, ensamblaje de estructuras de gran tamaño, cirugía robótica o tareas de rescate, donde la coordinación precisa y segura entre varios robots garantiza la eficiencia y seguridad del proceso. Por tanto, el control adecuado de estos sistemas es un área de investigación crítica para el desarrollo de soluciones robóticas avanzadas. Este trabajo se enfocará en maximizar la manipulabilidad de sistemas robóticos redundantes cooperativos y coordinados, implementando un esquema jerárquico para el control multi-tarea. Para lograr este objetivo se proponen dos soluciones, ambas utilizando el indicé de manipulabilidad propuesto por Yoshikawa como función de costo. La primera solución utilizará de manera analítica las derivadas parciales del índice, siendo mucho más precisa, pero muy costosa computacionalmente. Mientras que la segunda solución será más efectiva en tiempo real, empleando el método numérico de diferenciación aproximada para estimar las derivadas parciales de dicho índice. A lo largo del trabajo se emplearán manipuladores robóticos dual-arm con distintas configuraciones, siendo la principal dos manipuladores Baxter de 7 grados de libertad. Además, se opta por añadir un controlador PID neuronal incremental que dará una mayor robustes al manipulador y eliminará la problemática del ajuste de ganancias de manera manual.