Controlador PI2 para las velocidades de un robot agrícola evaluado usando Hardware en el lazo (HIL)
La agricultura es considerada como una de las actividades más esenciales para el ser humano debido a que por medio de esta se obtienen los alimentos. Con el objetivo de aumentar la producción y de mejorar el estado de los alimentos se han empezado a usar diferentes robots, en la agricultura de precisión. Con este fin se desarrolló el robot para agricultura Ceres, diseñado y construido para asistir cultivos de hortalizas. En este documento, se el desarrollo para lograr el seguimiento de las velocidades lineales y angulares por parte del robot mediante el uso de un controlador dinámico. En primer lugar, se muestra la modelación matemática del robot y la identificación de los diferentes parámetros del modelo. Posteriormente, se encuentra la li... Ver más
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Electron. Agric., vol. 100, pp. 41–50, Jan. 2014, doi:10.1016/j.compag.2013.10.005. [5] Avital Bechar, “Robotics in horticultural field production,” Stewart Postharvest Rev., vol. 6, no. 3, pp. 1–11, 2010, doi:10.2212/spr.2010.3.11. [6] D. Ball et al., “Vision-based Obstacle Detection and Navigation for an Agricultural Robot,” J. F. Robot., vol. 33, no. 8, pp. 1107–1130, Dec. 2016, doi:10.1002/rob.21644. [7] L. Grimstad and P. From, “The Thorvald II Agricultural Robotic System,” Robotics, vol. 6, no. 4, p. 24, Sep. 2017, doi:10.3390/robotics6040024. [8] M. Quigley, B. Gerkey, and W. D. Smart, Programming Robots with ROS: A Practical Introduction to the Robot Operating System. O’Reilly Media, 2015. [9] J. Khan, “A Standardized Process Flow for Creating and Maintaining Component Level Hardware in the Loop Simulation Test Bench,” 2016. [10] R. D. Ahmad Abu Hatab, “Dynamic Modelling of Differential-Drive Mobile Robots using Lagrange and Newton-Euler Methodologies: A Unified Framework,” Adv. Robot. Autom., vol. 02, no. 02, 2013, doi:10.4172/2168-9695.1000107. [11] G. M. Andaluz Ortiz, “Modelación, identificación y control de robots móviles,” QUITO/EPN/2011, 2011. [12] J. Espinoza, “Síntesis Sistemas de Control,” Apunt. Curso, Univ. Concepción, Chile, 2003. [13] J. R. Espinoza C., Apuntes Síntesis de Sistemas de Control - 547 504, Ninth. 2009. [14] E. S. Saborío and V. M. A. Ruiz, “Sintonización de controladores PI y PID utilizando modelos de polo doble más tiempo muerto,” Rev. Ing., vol. 16, no. 2, pp. 23–31, 2006. Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0. Ingenierías USBMed - 2021 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 Español https://revistas.usb.edu.co/index.php/IngUSBmed/article/view/4662 Ingenierías USBMed Universidad San Buenaventura - USB (Colombia) Publication 12 La agricultura es considerada como una de las actividades más esenciales para el ser humano debido a que por medio de esta se obtienen los alimentos. Con el objetivo de aumentar la producción y de mejorar el estado de los alimentos se han empezado a usar diferentes robots, en la agricultura de precisión. Con este fin se desarrolló el robot para agricultura Ceres, diseñado y construido para asistir cultivos de hortalizas. En este documento, se el desarrollo para lograr el seguimiento de las velocidades lineales y angulares por parte del robot mediante el uso de un controlador dinámico. En primer lugar, se muestra la modelación matemática del robot y la identificación de los diferentes parámetros del modelo. Posteriormente, se encuentra la linealización el modelo y dado el acoplamiento entre velocidad lineal y angular, el diseño de desacopladores dinámicos en un punto de operación determinado por las referencias a seguir. Finalmente, se utiliza un controlador PI con doble acción integral y se programa en un sistema embebido verificando su desempeño mediante pruebas de hardware en el lazo (HIL). Los resultados muestran tiempos de estabilización y seguimientos adecuados para futuras integraciones con la planta real y controladores de trayectoria. Sánchez Herrera, Guillermo Riveros Guevara, Adriana Solaque Guzman, Leonardo Enrique Robótica control modelación Hardware in the loop identificación 2 Núm. 2 , Año 2021 : Ingenierías USBMed Artículo de revista Controlador PI2 para las velocidades de un robot agrícola evaluado usando Hardware en el lazo (HIL) Journal article Agriculture is considered as one of the most essential activities for human beings, mainly because food is obtained through it. With the aim of increasing production and improving the state of food and even the health of farmers, different robots have started to be used, in what is currently known as precision agriculture. With this purpose the Ceres agricultural robot was designed and built to mainly assist vegetable crops. In this document, the different steps that were developed to achieve the tracking of linear and angular velocities by the robot using a dynamic controller are shown. First, the mathematical modeling of the robot and the identification of the model parameters are shown. Subsequently, the linearization of the model is found, and given the coupling between linear and angular velocities, the design of dynamic decouplers at an operating point determined by the references to follow. Finally, a PI controller with an integral double action is used and it is programmed in an embedded system in order to verify the controller performance using hardware in the loop (HIL) tests. The results show stabilization times and an adequate input following for future integrations with the real plant and trajectory controllers. https://doi.org/10.21500/20275846.4662 2021-10-11T17:08:18Z 41 48 10.21500/20275846.4662 https://revistas.usb.edu.co/index.php/IngUSBmed/article/download/4662/4133 2027-5846 2021-10-11 2021-10-11T17:08:18Z |
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La agricultura es considerada como una de las actividades más esenciales para el ser humano debido a que por medio de esta se obtienen los alimentos. Con el objetivo de aumentar la producción y de mejorar el estado de los alimentos se han empezado a usar diferentes robots, en la agricultura de precisión. Con este fin se desarrolló el robot para agricultura Ceres, diseñado y construido para asistir cultivos de hortalizas. En este documento, se el desarrollo para lograr el seguimiento de las velocidades lineales y angulares por parte del robot mediante el uso de un controlador dinámico. En primer lugar, se muestra la modelación matemática del robot y la identificación de los diferentes parámetros del modelo. Posteriormente, se encuentra la linealización el modelo y dado el acoplamiento entre velocidad lineal y angular, el diseño de desacopladores dinámicos en un punto de operación determinado por las referencias a seguir. Finalmente, se utiliza un controlador PI con doble acción integral y se programa en un sistema embebido verificando su desempeño mediante pruebas de hardware en el lazo (HIL). Los resultados muestran tiempos de estabilización y seguimientos adecuados para futuras integraciones con la planta real y controladores de trayectoria.
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Agriculture is considered as one of the most essential activities for human beings, mainly because food is obtained through it. With the aim of increasing production and improving the state of food and even the health of farmers, different robots have started to be used, in what is currently known as precision agriculture. With this purpose the Ceres agricultural robot was designed and built to mainly assist vegetable crops. In this document, the different steps that were developed to achieve the tracking of linear and angular velocities by the robot using a dynamic controller are shown. First, the mathematical modeling of the robot and the identification of the model parameters are shown. Subsequently, the linearization of the model is found, and given the coupling between linear and angular velocities, the design of dynamic decouplers at an operating point determined by the references to follow. Finally, a PI controller with an integral double action is used and it is programmed in an embedded system in order to verify the controller performance using hardware in the loop (HIL) tests. The results show stabilization times and an adequate input following for future integrations with the real plant and trajectory controllers.
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J. Wirtz et al., “Brave new world: service robots in the frontline,” 2018. [2] S. L. Hendriks, “The food security continuum: a novel tool for understanding food insecurity as a range of experiences,” Food Secur., vol. 7, no. 3, pp. 609–619, 2015, doi:10.1007/s12571-015-0457-6. [3] M. Karkee and Q. Zhang, “Mechanization and automation technologies in specialty crop production,” Resour. Mag., vol. 19, no. 5, pp. 16–17, 2012. [4] S. A. Hiremath, G. W. A. M. van der Heijden, F. K. van Evert, A. Stein, and C. J. F. ter Braak, “Laser range finder model for autonomous navigation of a robot in a maize field using a particle filter,” Comput. Electron. Agric., vol. 100, pp. 41–50, Jan. 2014, doi:10.1016/j.compag.2013.10.005. [5] Avital Bechar, “Robotics in horticultural field production,” Stewart Postharvest Rev., vol. 6, no. 3, pp. 1–11, 2010, doi:10.2212/spr.2010.3.11. [6] D. Ball et al., “Vision-based Obstacle Detection and Navigation for an Agricultural Robot,” J. F. Robot., vol. 33, no. 8, pp. 1107–1130, Dec. 2016, doi:10.1002/rob.21644. [7] L. Grimstad and P. From, “The Thorvald II Agricultural Robotic System,” Robotics, vol. 6, no. 4, p. 24, Sep. 2017, doi:10.3390/robotics6040024. [8] M. Quigley, B. Gerkey, and W. D. Smart, Programming Robots with ROS: A Practical Introduction to the Robot Operating System. O’Reilly Media, 2015. [9] J. Khan, “A Standardized Process Flow for Creating and Maintaining Component Level Hardware in the Loop Simulation Test Bench,” 2016. [10] R. D. Ahmad Abu Hatab, “Dynamic Modelling of Differential-Drive Mobile Robots using Lagrange and Newton-Euler Methodologies: A Unified Framework,” Adv. Robot. Autom., vol. 02, no. 02, 2013, doi:10.4172/2168-9695.1000107. [11] G. M. Andaluz Ortiz, “Modelación, identificación y control de robots móviles,” QUITO/EPN/2011, 2011. [12] J. Espinoza, “Síntesis Sistemas de Control,” Apunt. Curso, Univ. Concepción, Chile, 2003. [13] J. R. Espinoza C., Apuntes Síntesis de Sistemas de Control - 547 504, Ninth. 2009. [14] E. S. Saborío and V. M. A. Ruiz, “Sintonización de controladores PI y PID utilizando modelos de polo doble más tiempo muerto,” Rev. Ing., vol. 16, no. 2, pp. 23–31, 2006. |
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