CONTROL DE FUERZA DEL

ROBOT DE REHABILITACIÓN UHP

Aitziber Mancisidor, Asier Zubizarreta y Itziar Cabanes

Programa de Doctorado en Ingeniería de Control, Automatización y Robótica

Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática

Escuela de Ingeniería de Bilbao, UPV/EHU

12 de Julio de 2016

UPV/EHUko I. Doktorego Jardunaldiak

I Jornadas Doctorales de la UPV/EHU

15millones de

ataques/añoSobreviven

2/3

60% sufre alguna

minusvalía

La rehabilitación es

imprescindible120.000

en España

MOTIVACIÓN DEL TRABAJO 1.Motivación

2. UHP

3. Controlador

4. Validación

5. Conclusiones El Ictus: Una de las enfermedades más comunes.

I Jornadas Doctorales de la UPV/EHU

Robots de rehabilitación

Mayor precisión y frecuencia

Capacidad de medir y evaluar

Incremento de motivación

Se precisa un control

adecuado y robusto

Se presenta un Controlador de Fuerza para el

robot UHP

UHP: Robot de rehabilitación de los miembros superiores.

0

XCont

FCont

XTrans

FTrans

ROBOT HÁPTICO UHP1. Motivación

2.UHP

3. Controlador

4. Validación

5. Conclusiones

I Jornadas Doctorales de la UPV/EHU

SISTEMA DE ACCIONAMIENTO SEA

PANTÓGRAFO

AGARRE

CONTROL DE FUERZA

CONTROL DE POSICIÓN

CONTROL DE VELOCIDAD

ESTIMADOR DE qm

COMPESACIÓN NO LINEAL DE LA

DINÁMICA DE LOS MOTORES

ESTIMADOR DE FUERZA

FRef qEs qEs τEs τm

FUsuario

FCont XTrans qm qm τCm

XTrans, nM

XTrans nM

FDes

CONTROLADOR1. Motivación

2. UHP

3.Controlador

4. Validación

5. Conclusiones

I Jornadas Doctorales de la UPV/EHU

UHP

SW DE REHABILATACIÓN

CONTROLADOR

Diseño

Implementación

Validación

0 5 10 15-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

Time (s)

Forc

e (

N)

FTr

x

P. Wrist model

FTr

y

P. Wrist model

FTr

x

SEA model

FTr

y

SEA model0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-30

-20

-10

0

10

20

30

Positio

n (

mm

)

Time (s)

xCn

real

yCn

real

xCn

model

yCn

model

FDes

xCont

τm

xTrans

nM

qm

Es imprescindible poseer un controlador adecuado y robusto.

CONTROLADOR1. Motivación

2. UHP

3.Controlador

4. Validación

5. Conclusiones

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Para el diseño del controlador se precisa un modelo.

MODELO DEL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO SEA

MODELO DEL PANTÓGRAFO

Modelo de los Actuadores

Modelo de los Muelles

FTr

XTr

FCn

XCn

τm

Dinámica del Punto de Transmisión

qm

nMA

nMB

τm

FTr

XTr

SISTEMA DE ACCIONAMIENTO PANTÓGRAFO

PTr

x

y

CONTROL DE FUERZA

CONTROL DE POSICIÓN

CONTROL DE VELOCIDAD

ESTIMADOR DE qm

COMPESACIÓN NO LINEAL DE LA

DINÁMICA DE LOS MOTORES

ESTIMADOR DE FUERZA

FRef qEs qEs τEs τm

FUsuario

FCont XTrans qm qm τCm

XTrans, nM

XTrans nM

FDes

Se diseña un controlador en cascada: Control de Velocidad (PI) con compensación de la

dinámica de los motores. Control de Posición (P). Control Fuerza (PI) con estimaciónde 𝑭𝑪𝒐𝒏𝒕 y 𝒒𝒎.

DISEÑO DEL CONTROLADOR1. Motivación

2. UHP

3.Controlador

4. Validación

5. Conclusiones

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τmFDes

SIMULACIÓN DE LA ITERACIÓN

CONTROL CTC

CONTROL DE FUERZA

FUsuario

XUsuario

XTrans

XTrans, qm, nM

MODELO DEL UHP

VALIDACIÓN DEL CONTROLADOR1. Motivación

2. UHP

3. Controlador

4.Validación

5. Conclusiones Se realizan diferentes simulaciones (Matlab/Simulink)

y ensayos experimentales (Prototipo real):

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-6

-4

-2

0

Tiempo (s)

Fu

erz

a (

N)

FDesx

FContx

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

1

2

3

4

Tiempo (s)

Fu

erz

a (

N)

FDesy

FConty

CONCLUSIONES1. Motivación

2. UHP

3. Controlador

4. Validación

5. Conclusiones Se ha diseñado una nueva estructura de Control de Fuerza para el robot de rehabilitación UHP.

Se basa en una arquitectura en cascada: Las ecuaciones no lineales del SEA están desacopladas utilizando un

enfoque de retroalimentación no lineal. La posición de los actuadores se controla a través de dos lazos de

velocidad y posición. El ángulo de rotación deseada de los motores y la fuerza de contacto

real se estiman a partir del modelo dinámico del robot.

Cumple con los requisitos de controladores de

Robots de Rehabilitación

Sigue a la referencia de Fuerza

Con error medio de 0.1N

Sin sobreimpulsos

Sin movimientos bruscos

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CONTROL DE FUERZA DEL

ROBOT DE REHABILITACIÓN UHP

Aitziber Mancisidor, Asier Zubizarreta y Itziar Cabanes

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