Control de un servomotor Dynamixel mediante una placa compatible con Arduino para uso académico.

Abstract

[ES] Los servomotores son actuadores rotativos o lineales que permiten el funcionamiento de diferentes dispositivos gracias a su control de la posición, velocidad o aceleración de mecanismos. Es de vital importancia para el alumnado saber utilizar correctamente estos dispositivos ya que tiene aplicaciones en una gran cantidad de ámbitos y situaciones, desde aplicaciones industriales y robóticas hasta la aviónica. Para ello, el fin de este proyecto es servir como apoyo en las sesiones de prácticas donde se enseñe las diferentes formas de controlar un servomotor para que el alumnado pueda comprobar de forma real las acciones de los diferentes tipos de controladores. Para lograr este objetivo, la realización de este trabajo consiste en la configuración de un servomotor de bajo coste en sus diferentes modos (posición, velocidad, tensión y corriente) para luego implementar diferentes formas de control: PID, compensación de rozamiento, de gravedad, etc. Para la implementación se ha usado servomotor Dynamixel XL330-M288-T, un dispositivo de bajo coste que consigue hacer una fuerza inesperada para sus dimensiones al mismo tiempo que resulta sencillo en su programación. Para llevar esta a cabo se ha seleccionado la placa OpenRB-150, que está preparada especialmente para los servomotores de Dynamixel además de ser compatible con ARDUINO IDE. Para completar el circuito se ha usado la etapa de alimentación U2D2 Power Hub Board. Además, para una cómoda implementación durante las sesiones académicas, se han diseñado las diferentes partes del prototipo para ver las capacidades del robot de forma sencilla y se ha creado una interfaz mediante Matlab App Designer para hacer la comunicación entre servomotor-humano.

[EN] Servomotors are rotary or linear actuators that enable the operation of various devices thanks to their control over the position, speed, or acceleration of mechanisms. It is vital for students to learn how to use these devices correctly as they have applications in a wide range of fields and situations, from industrial and robotic applications to avionics. Therefore, the goal of this project is to support practical sessions where different ways to control a servomotor are taught so that students can understand the actions of different types of controllers in real scenarios. To achieve this objective, this work consists of the configuration of a low-cost servomotor in its different modes (position, speed, voltage, and current) and then implementing different control methods: PID, friction compensation, gravity compensation, etc. For the implementation, it was used the Dynamixel XL330-M288-T servomotor, a low-cost device that achieves unexpected force for its size while being easy to program. Regarding programming, the OpenRB-150 board, which is specially prepared for Dynamixel servomotors and compatible with the ARDUINO IDE, was selected. To complete the circuit, the U2D2 Power Hub Board power stage has been used. Additionally, for comfortable implementation during academic sessions, the different parts of the prototype have been designed to easily demonstrate the robot's capabilities. Finally, an interface has been created using Matlab App Designer to facilitate communication between the servomotor and the user.

[CA] Els servomotors són actuadors rotatius o lineals que permeten el funcionament de diferents dispositius gràcies al seu control de la posició, velocitat o acceleració de mecanismes. És de vital importància per a l'alumnat saber utilitzar correctament aquests dispositius ja que tenen aplicacions en una gran quantitat d'àmbits i situacions, des d'aplicacions industrials i robòtiques fins a l'aviònica. Per això, la finalitat d'aquest projecte és servir com a suport en les sessions de pràctiques on s'ensenye les diferents formes de controlar un servomotor perquè l'alumnat puga comprobar de manera real les accions dels diferents tipus de controladors. Per a aconseguir aquest objectiu, la realització d'aquest treball consisteix en la configuració d'un servomotor de baix cost en els seus diferents modes (posició, velocitat, tensió i corrent) per a després implementar diferents formes de control: PID, compensació de fricció, de gravetat, etc. Per a la implementació s'ha utilitzat el servomotor Dynamixel XL330-M288-T, un dispositiu de baix cost que aconsegueix fer una força inesperada per a les seues dimensions al mateix temps que resulta senzill en la seua programació. Para dur a terme aquesta tasca s'ha seleccionat la placa OpenRB-150, que està preparada especialment per als servomotors de Dynamixel a més de ser compatible amb ARDUINO IDE. Per a completar el circuit s'ha utilitzat l'etapa d'alimentació U2D2 Power Hub Board. A més, per a una còmoda implementació durant les sessions acadèmiques, s'han dissenyat les diferents parts del prototip per a veure les capacitats del robot de manera senzilla i s'ha creat una interfície mitjançant Matlab App Designer per a fer la comunicació entre servomotor-humà.