Control PID para los robots Hibou y LapBot

Abstract

En la Universidad del Cauca, el grupo de I+D en Automática Industrial cuenta con dos robots construidos físicamente (Lapbot para cirugía laparoscópica y el robot porta endoscopio Hibou). La construcción de estos robots se llevó a cabo tras varios años de investigación y diversas tesis de pregrado y maestría en la Universidad del Cauca. Estos robots tienen una estructura mecánica bien diseñada, sin embargo existe una obsolescencia tecnológica en el software de control, simulación y el hardware de adquisición de datos. En este proyecto se realiza el diseño e implementación de controladores PID paralelos para los robots con el fin de verificar su movilidad en un espacio operacional manteniendo un punto fijo en el espacio (trocar), y así validar el sistema teniendo como parámetro el error cartesiano. Para realizar el control, adquisición de datos y comunicación serial con el computador se realiza el diseño de una tarjeta electrónica, la cual cuenta con un Arduino Mega2560. Los controladores PID son simulados en Matlab para verificar su desempeño frente a consignas geométricas. Los sensores y motores de los robots son caracterizados realizando modificaciones al hardware y configuraciones para mejorar su rendimiento y se implementan y sintonizan los controladores PID paralelos en la tarjeta electrónica. El software RELAS Robotic Environment for Laparoscopic Surgery” permite visualizar los robots en un entorno tridimensional realizando movimientos generados a partir de consignas geométricas o por medio del joystick, los robots se mueven mediante los datos realimentados de la tarjeta electrónica y se dispuso de ventanas gráficas para observar los errores articulares y cartesianos. Se concluye que el controlador PID sigue siendo una alternativa funcional para el control de robots, este tuvo buen desempeño en el seguimiento de posiciones, conllevando a que el primer prototipo de los robots Hibou y Lapbot cumplan el objetivo de mostrar su capacidad de realizar movimientos en un entorno quirúrgico bajo ciertas especificaciones.

At the University of Cauca, the research and development group of Industrial Automa-tion has two robots physically built (Lapbot for laparoscopic surgery and robotic endoscope holder Hibou). The construction of these robots is conducted after several years of research and several undergraduate and master’s thesis at the University of Cauca. These robots have a well-designed mechanical structure, but there is a technological obsolescence in the control software, simulation and data acquisition hardware. In this project the design and implementation of a parallel PID controller for the robots in order to verify their mobility in an operating room while maintaining a fixed point in the operational space, and thus validate the system taking as performed parameter the Cartesian error. For controling, data acquisition and serial communication with the computer, the de-sign of an electronic board has been made having on it an Arduino Mega2560 . The PID controller is simulated in Matlab to verify its performance in tracking geome-tric trajectories. Sensors and motors’robots are characterized making changes to hardware and configurations to improve performance. On the electronic board a parallel PID con-troller is implemented and tuned. The software RELAS Robotic Environment for Laparoscopic Surgery allows viewing of robots in three-dimensional environment by performing movements generated from geometric trajectories or through a joystick, robots move through the data feedback from the control board and additional observing graphic windows to analyze the joint and cartesian errors. Concluding that the PID controller is still a functional alternative for the control of robots, this had a great performance in tracking of positions, leading the first prototype of the Hibou and Lapbot robots to reach its target of showing their ability to perform movements in a surgical environment under certain specifications.