Control de posición utilizando un servomotor inteligente en modo voltaje y considerando fricción: Tutorial

Abstract

[EN] This article, as a tutorial, details the analysis of the position control of an intelligent servomotor that has been modified to be able to program its control action in voltage mode. It is important to highlight that the analysis carried out considers the friction (inherent in all mechanical system). The intelligent servomotor, object of study, is the Dynamixel AX-12 from the Korean company Robotis; a servomotor widely used for the design and construction of advanced robots with entertainment and research applications. First, both static and dynamic friction models are studied. Then, based on the theoretical analysis, a fairly accessible procedure is shown to estimate all the servomotor parameters. Subsequently, using Lyapunov's Stability Theory, a rigorous analysis of the proportional action in the position control of the robotic system is carried out. Finally, a control with disturbance observer is designed, which does not require velocity measurements, to asymptotically lead the position error to zero. Each simulation is compared to satisfactory real-time experiments with a constant sampling period of 0.001 (s).

[ES] El presente artículo, a manera de tutorial, detalla el análisis del control de posición de un servomotor inteligente que ha sido modificado para poder programarle su acción de control en modo voltaje. Es importante destacar que el análisis realizado considera la fricción (inherente a todo sistema mecánico). El servomotor inteligente, objeto de estudio, es el Dynamixel AX-12 de la empresa coreana Robotis; un servomotor muy utilizado para el diseño y construcción de robots avanzados con aplicaciones de entretenimiento y de investigación. Primero se estudian tanto los modelos estáticos como dinámicos de fricción. Luego, basándose en el análisis teórico, se muestra un procedimiento bastante accesible para estimar todos los parámetros del servomotor. Posteriormente, utilizándose la Teoría de Estabilidad de Lyapunov, se realiza un análisis riguroso de la acción proporcional en el control de posición del sistema robótico. Finalmente, se diseña un control con observador de perturbaciones, que no necesita de la medición de la velocidad, para llevar asintóticamente el error de posición a cero. Cada simulación es comparada con experimentos satisfactorios de tiempo real con un periodo de muestreo constante de 0.001 (s).