Active rejection of terrain disturbances for hydraulically actuated mobile manipulators

Abstract

El desacople entre el movimiento del extremo efector y la base móvil es especialmente importante para manipuladores móviles en minería que atraviesan terrenos disparejos, donde el derrame de material desde excavadoras y cargadores frontales reduce la productividad y enlentece las operaciones debido a un incremento en los tiempos de limpieza y mantención. Por ello, este trabajo propone un método activo de control para la reducción de perturbaciones propagadas a través de las ruedas y brazo manipulador de la máquina sobre el extremo efector de manipuladores móviles robóticos con actuadores hidráulicos. El controlador propuesto se basa en la combinación de una prealimentación calculada en tiempo real con una estrategia de control H1, que considera tanto la dinámica de los actuadores hidráulicos, como las fuerzas de reacción sobre los puntos de contacto de la base móvil. Los resultados experimentales obtenidos de simulaciones y pruebas utilizando un cargador compacto industrial semi-autónomo muestran la efectividad de la estrategia propuesta al ser comparada con estrategias de control alternativas, tales como control proporcional-derivativo (PD) clásico y Active Disturbance Rejection Control (ADRC), con y sin prealimentación. Los resultados demuestran que la estrategia propuesta es capaz de reducir perturbaciones cercano a un 74% conduciendo sobre una rampa a un 25% de la velocidad máxima del vehículo, y por más de un 23% conduciendo sobre resaltos ubicados en el camino para replicar el efecto de piedras. Por ello, en el contexto de la industria minera, la estrategia propuesta para la atenuación de perturbaciones debiese ayudar a mejorar la maquinaría autónoma existente, que es capaz de conducirse por galerías mineras con poca supervisión de un operador, pero no es capaz de evadir material en el terreno que genera perturbaciones o la irregularidad característica del terreno en minería.