Thesis:

Modelamiento y calibración de un manipulador robótico continuo, mediante localización 3D utilizando sensores magnéticos

El presente trabajo de tesis aborda un problema de modelado de un manipulador robótico continuo (MRC), dispositivo de reciente generación alternativo a los tradicionales manipuladores robóticos articulados rígidos, los cuales presentan un espacio de trabajo complejo de determinar a partir de la cinemática directa de sus componentes debido a que se basa en la deformación de compartimientos flexibles provocada por un fluido, y más complejo aún es determinar la deformación necesaria de cada compartimiento para conseguir una posición y/o trayectoria determinada del elemento final del brazo robótico aplicando cinemática inversa, por lo que en la actualidad este tipo de manipuladores se utiliza en modo asistido por operador, lo cual motiva el desarrollo de un modelo cinemático que haga posible la teleoperación y/o la automatización de la manipulación de objetos con mayor precisión y repetibilidad que la obtenible por operación manual; el aporte de esta tesis consiste en la calibración y validación experimental de un modelo cinemático del manipulador MRC disponible en el Laboratorio de Sistemas Mecatrónicos, ajustando sus parámetros mediante cuadrados mínimos no lineales, para lo cual se construye un sistema de medición magnética externo de carácter no invasivo para medir la posición del elemento final sin alterar la posición del brazo robótico, otorgando una medición confiable para una adecuada calibración del modelo cinemático, y una vez calibrado el modelo se aplica una estrategia de control en lazo cerrado que requiere definir la elongación de cada compartimiento a partir de la posición deseada del elemento final del manipulador, obtenida mediante un modelo cinemático inverso aproximado por una red neuronal artificial; el MRC disponible es un robot móvil RobotinoXT equipado con sensores para monitorear la presión y la elongación en cada una de sus seis cámaras deformables por aire comprimido.

The present work of thesis approaches a modeling problem of a Continuous Robotic Manipulator (MRC), a device of recent generation alternative to traditional rigid robotic manipulators, where the MRC presents a complex workspace to determine from the direct kinematics of its components because it is based on the deformation of flexible compartments caused by a fluid, and even more complex is determining the necessary deformation of each compartment to obtain a position and/or trajectory of the final element of the robotic arm by applying inverse kinematics; therefore, these types of manipulators are currently used in operator‑assisted mode, which motivates the development of a kinematic model that enables teleoperation and/or automation of object manipulation with greater precision and repeatability than what is possible by manual operation, and the contribution of this thesis consists of the calibration and validation of a kinematic model of the MRC manipulator available in the Mechatronic Systems Laboratory, adjusting its parameters through nonlinear least squares, for which an external non‑invasive magnetic measurement system is constructed to measure the position of the final element without altering the position of the robotic arm, providing reliable measurement for appropriate calibration of the kinematic model; once calibrated, a closed‑loop control strategy is applied, which requires defining the elongation of each compartment from the desired position of the manipulator’s final element through an inverse kinematic model approximated by an artificial neural network, and the available MRC is a mobile robot RobotinoXT equipped with sensors to monitor pressure and elongation in each of its six deformable chambers pressurized with compressed air.