Desarrollo e implementación de un sistema de control para robot cuadrúpedo con manipulador de 5DOF

Abstract

Títol alternatiu emprat a la intranet docent de l'EPSEVG: "Control de un brazo robot sobre plataforma móvil cuadrúpeda"

Aquest treball presenta el desenvolupament integral d'un sistema de control avançat per a un manipulador robòtic de 5 graus de llibertat (DOF) muntat sobre una plataforma quadrúpeda. per a ambdós sistemes el quadrúpede i el manipuladorintegrats mitjançant ROS2, amb algoritmes robusts per optimitzar la sincronització i eficiència energètica. en maquinari real, mostrant resultats satisfactoris en termes d'estabilitat i precisió operacional. Aquest desenvolupament obre noves possibilitats per a aplicacions industrials, exploració i rescat en entorns complexos, destacant la viabilitat i el potencial del sistema dissenyat.

Este trabajo presenta el desarrollo integral de un sistema de control avanzado para un manipulador robótico de 5 grados de libertad (DOF) montado sobre una plataforma cuadrúpeda. El objetivo central es garantizar estabilidad, precisión en la locomoción y efectividad operativa mediante un patrón de marcha estático (static gait), que minimiza perturbaciones dinámicas y asegura una adecuada distribución del peso del robot. Se desarrolla un modelo matemático cinemático y dinámico para ambos sistemas el cuadrúpedo y el manipuladorintegrados mediante ROS2, con algoritmos robustos para optimizar la sincronización y eficiencia energética. Se implementa una arquitectura de control distribuida, utilizando una placa embebida Orange Pi para adquisición y procesamiento de datos inerciales y un microcontrolador Arduino Mega para el control en tiempo real de los actuadores. La validación del sistema se realiza mediante simulaciones en CoppeliaSim y pruebas experimentales en hardware real, mostrando resultados satisfactorios en términos de estabilidad y precisión operacional. Este desarrollo abre nuevas posibilidades para aplicaciones industriales, de exploración y rescate en entornos complejos, destacando la viabilidad y el potencial del sistema diseñado.

This work presents the comprehensive development of an advanced control system for a 5-degree-of-freedom (DOF) robotic manipulator mounted on a quadruped platform. The central objective is to ensure stability, locomotion precision, and operational effectiveness through a static gait pattern, which minimizes dynamic disturbances and ensures adequate weight distribution of the robot. A kinematic and dynamic mathematical model is developed for both systems the quadruped and the manipulator integrated using ROS2, with robust algorithms to optimize synchronization and energy efficiency. A distributed control architecture is implemented, using an Orange Pi embedded board for inertial data acquisition and processing and an Arduino Mega microcontroller for real-time control of the actuators. The system is validated through CoppeliaSim simulations and experimental tests on real hardware, showing satisfactory results in terms of stability and operational precision. This development opens new possibilities for industrial, exploration, and rescue applications in complex environments, highlighting the viability and potential of the designed system.