Comparación entre dos estrategias de recuperación de equilibrio para un robot bípedo en fase de bipedestación estática

Abstract

Este trabajo se realiza con el objetivo de comparar dos estrategias de recuperación de equilibrio basadas en ZMP (Zero Moment Point), con el fin de determinar bajo qué condiciones cada una de ellas posee mejor comportamiento frente a la otra. Con esto en mente, se procede a desarrollar una nueva placa de control y adquisición de datos de bajo costo y software libre a fin de sustituir la arquitectura del controlador que posee actualmente la plataforma Bioloid Premium Kit. El nuevo sistema de control hace uso de sensores de presión resistivos para obtención de ZMP, medido-res de voltaje y corriente, al igual que una comunicación inalámbrica por medio de un módulo Bluetooth. Seguidamente, se obtienen modelos matemáticos simplificados a fin de disminuir la carga computacional al momento de realizar la simulación de la dinámica del robot, con base en estos se obtiene un controlador PID simulado en tiempo continuo para cada estrategia, discretizando dichos controladores con el objetivo de ser implementados en la tarjeta de control arduino. Sin embargo, al ejecutar los algoritmos de control de forma discreta estos se sintonizan de forma manual debido a que los modelos obtenidos no representan fielmente la dinámica del robot real. Posteriormente se expresan los resultados en términos de los indicadores de comparación, además de la metodología a seguir al momento de realizar las pruebas de funcionamiento para garantizar que estas se desarrollen de forma uniforme, lo que permite evaluar, por medio de herramientas estadísticas, el comportamiento de cada estrategia según las características como la tasa de cambio en cada indicador.

This work is carried out with the objective of comparing two equilibrium recovery strategies based on ZMP (Zero Moment Point), in order to determine under what conditions each of them has better behavior compared to the other. With this in mind, a new low-cost, free software control and data acquisition board is developed to replace the controller architecture currently supported by the Bioloid Premium Kit platform. The new control system makes use of sensors resistive pressure sensors to obtain ZMP, voltage and current meters, as well as wireless communication through a bluetooth module. Next, simplified mathematical models are obtained in order to reduce the computational load when simulating the dynamics of the robot, based on these a simulated PID controller is obtained in continuous time for each strategy, discretizing said controllers with the objective of be implemented on the arduino control board. However, when executing the control algorithms in a discrete way, they are tuned manually because the models obtained do not faithfully represent the dynamics of the real robot. Subsequently, the results are expressed in terms of the comparison indicators, in addition to the methodology to be followed when carrying out the performance tests to ensure that they are carried out in a uniform manner, which allows the evaluation of the behavior of the performance by means of statistical tools. each strategy according to characteristics such as the rate of change in each indicator.