Diseño de un Prototipo del Robot Handle" de Boston Dynamics con Recurdyn y Mathematica."

Abstract

[ES] Un modelo bidimensional simplificado del robot Handle de Boston Dynamics será desarrollado utilizando herramientas computacionales de amplia aplicación en la industria.

Como punto de partida, se ensamblará un modelo virtual en el entorno de SolidWorks. Utilizando el complemento COSMOSMotion, el modelo se modificará para obtener un sistema mecánico autoalineador sin restricciones en exceso. Mathematica y el complemento MechanicalSystems proporcionarán las herramientas necesarias para desarrollar un modelo matemático del cual se podrá obtener la solución cinemática, obteniendo las expresiones de las coordenadas generalizadas y las propiedades inerciales del modelo en función de sus grados de libertad.

Las ecuaciones dinámicas del movimiento del modelo se obtendrán asemejando el modelo a un sistema de péndulo invertido sobre carro. El sistema no lineal obtenido se linearizará alrededor del punto de equilibrio y esquemas de control en bucle cerrado se desarrollarán para mantener el equilibrio del sistema. Controladores PID y de retroalimentación de estados se desarrollarán utilizando técnicas de colocación de polos y LQR. Los controladores diseñados se implementarán en RecurDyn y SystemModeler para comparar su funcionamiento y la similitud de los resultados en las dos herramientas computacionales de simulación dinámica multicuerpo.

[EN] A simplified 2-dimensional model of Boston Dynamics' Handle robot will be developed using industry-leading computational tools.

As a starting point, a virtual model will built and designed in the SolidWorks environment. Using COSMOSMotion add-in, the model will be adequately modified in order to obtain a self-aligned mechanical system with no redundant constraints. Mathematica with the MechanicalSystems package will provide the necessary tools to build a mathematical model and obtain its kinematic solution, obtaining the expressions of all the generalized coordinates and the inertial properties of the model in terms of its degrees of freedom.

The dynamic equations of motion of the model will be obtained by reducing the model to an inverted pendulum on cart system. The resulting nonlinear model will be linearized around the equilibrium point and closed-loop control schemes will be developed to maintain the balance of the system. PID and state feedback controllers will be developed using pole placement and LQR techniques. The designed controllers will be implemented in RecurDyn and SystemModeler to compare their performance and the resemblance of the results in both multibody dynamics simulation software.