Fundamentos del Control Cinemático en Robótica: Trayectorias y Movimiento

Objetivos del Control Cinemático

El control cinemático tiene como propósitos fundamentales:

• Establecer las trayectorias que debe seguir cada articulación del robot a lo largo del tiempo para lograr los objetivos del usuario: punto de destino, trayectoria del elemento terminal y tiempo invertido.
• Selección de trayectorias en función de las restricciones físicas de los actuadores y criterios de calidad.
• Garantizar la suavidad en el movimiento.
• Asegurar la precisión en la ejecución.

Funciones del Control Cinemático

1. Convertir la especificación del movimiento dada en el programa en una trayectoria analítica en el espacio cartesiano.
2. Muestrear la trayectoria cartesiana, obteniendo un número finito de puntos de dicha trayectoria (x, y, z, α, β, γ).
3. Utilizando el modelo cinemático inverso, convertir cada punto en su coordenada articular (q1, q2, q3, q4, q5, q6).
4. Interpolación de los puntos articulares obtenidos, generando para cada variable una expresión qi(t) que se aproxime a la especificada por el usuario.
5. Muestreo de la trayectoria articular para generar referencias al control dinámico.

Tipos de Trayectorias

Para realizar una tarea, el robot debe moverse desde un punto inicial a otro final, lo cual se puede realizar mediante infinitas trayectorias espaciales. Las más comunes son:

1. Trayectorias punto a punto (PTP)

Cada articulación evoluciona desde su posición inicial a la final sin tener en cuenta el estado del resto de articulaciones. Cada actuador trata de llevar su articulación al punto de destino con la máxima velocidad. Son típicas de robots simples y pueden ser:

• Movimiento eje a eje: Solo se mueve un eje a la vez. Cuando la primera articulación termina de moverse, comienza la segunda y así sucesivamente. Este tipo de movimiento da lugar a un elevado tiempo de ciclo (tiempo necesario para completar una tarea), aunque con un bajo consumo de potencia por los actuadores.
• Movimiento simultáneo de ejes: Todas las articulaciones comienzan a moverse a la vez, pero cada una acabará en un instante diferente. El tiempo de ciclo se reduce, aunque aumenta el consumo de potencia.

2. Trayectorias coordinadas

Todas las articulaciones comienzan a moverse a la vez y, ralentizando los ejes más rápidos, se consigue que acaben al mismo tiempo. El tiempo de ciclo es el menor posible y coincide con el de la articulación más lenta. No se exigen esfuerzos inútiles a los ejes más rápidos.

3. Trayectorias continuas

La trayectoria del extremo es conocida (línea recta, arco de círculo, etc.). Cada articulación sigue un movimiento aparentemente caótico con continuos cambios de dirección y velocidad, sin coordinación aparente con el resto de articulaciones. Son características de robots de gama alta.