Pid brazo robotico

Brazo Robótico con controlador PID analógico.
Antecedentes
Los brazos robóticos de primera generación son dispositivos que actúan como "esclavo" mecánico de un hombre, quien provee mediante su intervención directa el control de los órganos de movimiento. Esta transmisión tiene lugar mediante servomecanismos actuados por las extremidades superiores del hombre, caso típico de manipulación demateriales radiactivos, obtención de muestras submarinas, etc.

Configuración angular (o de brazo articulado):
Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolación porarticulación, tanto rotacional como angular.

Aplicaciones
Seguridad: trabajos peligrosos e insalubres.

Descripción del proyecto
Objetivo: Controlar un brazo robótico con 3 grados de libertad y una pinza para sujetar objetos mediante 3 PIDs análogos. Se usará una especie de guante en todo el brazo del usuario, con potenciómetros en las articulaciones disponiendo así los movimientos a seguir delbrazo robótico.
Los potenciómetros estarán colocados en el hombro, el codo y la muñeca del usuario; a su vez, estarán conectados directamente en el eje de rotación de cada articulación del brazo robótico los potenciómetros que proveerán la retroalimentación sobre el ángulo que se encuentra cada articulación.
Teoría de control
El control automático desempeña un papel importante en los procesos demanufactura, industriales, navales, aeroespaciales, robótica, económicos, biológicos, etc.
El control automático va ligado a, prácticamente, todas las ingenierías eléctrica, electrónica, mecánica, mecatrónica, sistemas, industrial, química, entre otras. Se elaboro un servosistema de posición con elementos de fácil adquisición en el mercado local. Posteriormente, nos familiarizamos con elfuncionamiento del sistema, se halló el modelo matemático del mismo por métodos experimentales. Con la ayuda del software MATLAB llegamos al Lugar de las Raíces del sistema, el cual nos da información importante sobre la dinámica del mismo. El conocimiento del funcionamiento del sistema junto con el análisis de la función de transferencia de lazo abierto y del Lugar de las Raíces nos dio las basenecesaria para seleccionar el controlador, el cual se construyó con elementos igualmente de fácil adquisición en el mercado local y de muy bajo costo.
Se requirió diseñar y construir un controlador PID para regular la posición de un servomotor de corriente directa. La figura 1 muestra el diagrama de bloques del sistema controlado, en donde:
* La señal de salida, y, corresponde a la salida delterminal móvil del potenciómetro. Si éste se alimenta con 5 voltios en sus terminales fijos (a y b), producirá un voltaje en su terminal móvil (c) equivalente a su posición. Podemos decir entonces que cuando produce 0 voltios está en la posición equivalente a 0 grados, 1.25 voltios corresponderá a 90 grados, 2.5 voltios a 180 grados, etc.
* La señal de referencia, r, corresponde a la posicióndeseada. Es decir, si queremos que el motor alcance la posición 180 grados debemos colocar una referencia de 2.5 voltios, si queremos 270 grados colocamos referencia de 3.75 voltios, etc.
* La señal de error, e, corresponde a la diferencia entre la señal de referencia y la señal de salida. Por ejemplo, si queremos que el motor alcance la posición de 90 grados colocamos una señal de referencia de1.25 voltios y esperamos dónde se ubica exactamente. Si se posiciona en 67.5 grados el potenciómetro entregará una señal de salida de 0.9375 voltios y la señal de error, e, será de 0.3125 voltios (22.5 grados).
* La señal de control, u, corresponde al voltaje producido por el controlador para disminuir o anular el error. Si la señal de error es positiva indica que la referencia es mayor que la...