Robótica/Planificación de trayectorias

Es claro que una de las finalidades del robot y otras que se basan en esta, es alcanzar tal objeto para su manipulación o incluso movimientos del robot para alcanzar alguna posición definida.

La importancia de la planificación de trayectorias radica en la búsqueda y obtención de estrategias de control para obtener del robot trayectorias adecuadas, seguras y que posean la mayor calidad en su desplazamiento.

Para poder llevar a cabo la planificación de trayectorias resulta fundamental conocer o ser capaz de obtener el modelo cinemática y también dinámico del robot que se pretenda controlar. La trayectoria posible, depende de las características físicas del robot así como de sus articulaciones, porque solo será posible realizar aquellos movimientos alcanzables por el robot y que no requieran de desplazamientos al límite de lo imposible. Además dependiendo de las características de operación definidas por el usuario (destino, trayectoria cartesiana de efectores y el tiempo en que se desee que se ejecute el movimiento) y la aplicación, será proyectado el trabajo, lo anterior es básicamente precisión, restricciones de tipo de movimiento (suave, rudo), etc.

La planificación de trayectorias presenta dos puntos fundamentalmente, estos son: planificación del movimiento y control del movimiento. El primero de estos puntos parte de llevar al brazo o al robot a las posiciones idóneas para la manipulación y el segundo punto se fundamenta en controlar cada uno de esos desplazamientos para que el efector final llegue con éxito y precisión al punto requerido.

Descripciones en el espacio cartesiano versus espacio de las articulaciones

Principalmente la diferencia radica en que el estudio de las trayectorias en el espacio Cartesiano toma en cuenta el movimiento del efector final sin importar lo que tengan que hacer las articulaciones para lograrlo. En el caso del estudio de trayectorias en el espacio de las articulaciones, se trabaja independiente cada como trabajara cada articulación, sin importar el comportamiento de las demás. Es claro que se cuida la posición final.

Bases de planificación de trayectorias

Para planificación de trayectorias el control cinemática debe ser capaz de :

1. Conversión de la especificación de movimiento a un plano cartesiano.
2. Obtener una cantidad de puntos finitos que correspondan a la trayectoria.
3. Utilizando la Cinemática inversa, obtener la posición de las articulaciones dependiendo de la posición final de efector.
4. Interpolación de los puntos de la articulación obtenidos del análisis anterior, para generar puntos o expresiones realizables. Aquí se genera una trayectoria cartesiana lo más próxima a lo surgido del análisis anterior.
5. Se muestrea la trayectoria para generar referencias de control dinámico.

Planificación de trayectorias en el espacio de las articulaciones

Los robots al realizar alguna tarea deben ejecutar determinada trayectoria, principalmente podemos suponer un punto de inicio y un punto de llegada. El planteamiento anterior conlleva una enorme cantidad de posibles movimientos para alcanzar determinado punto. Es claro que algunas de ellas son las mejores, sea por simplicidad, limitantes geométricas o espaciales, o por el tipo de operación. Para determinar las trayectorias existen tres posibilidades:

Trayectorias punto a punto

La esencia es llevar cada articulación de un punto inicial a un punto final, aquí el control de las articulaciones es independiente pues cada actuador lleva a su articulación al punto donde debe estar a la máxima velocidad posible o en el menor tiempo posible. Se puede realizar el movimiento de un eje a la vez o de manera simultánea.

Trayectorias coordinadas o isócronas

Tiene la finalidad de llevar a todas las articulaciones al final de su carrera de manera simultánea. Para ello se realizan cálculos para que todos los actuadores trabajen al mejor desempeño posible y adecuándose a las velocidades y movimientos del actuador que tenga que ir más lento. Se busca también que no forzar los actuadores y evitar tiempos largos provenientes de la espera que se tiene que hacer hasta que cada uno de los actuadores mueva su articulación para que el siguiente trabaje.

Trayectorias continuas

Cuando la trayectoria del extremo del robot es conocida por el usuario. Esta se tiene que obtener mediante cálculos continuos para cada articulación. Al observar después de esta análisis las articulaciones se puede denotar un movimiento posiblemente ilógico, descontrolado , sin sentido de estas yt posiblemente al límite; pero si se realiza una observación al efector final, podremos notar como el extremo realiza la trayectoria que se le pidió siguiendo todos los puntos, de ser posible.

Trayectorias en el espacio cartesiano

Cuando se realiza una trayectoria es fundamental indicar de donde parte y a donde debe llegar, pero también es importante agregar información como: velocidades, instantes de paso y tipos de trayectorias, todo esto en el intervalo de los puntos principales. Por lo anterior se deben agregar puntos intermedios siguiendo coordenadas cartesianas para que se realice la trayectoria deseada y con precisión.

Para la localización de puntos intermedios se utiliza la interpolación, teniendo en cuenta que cada coordenada evoluciona a velocidad constante (más común).