Diseño, construcción e implementación de un control PID Digital a una plataforma Stewart Gough

Abstract

RESUMEN: En este documento se presenta el diseño de un control PID digital para una plataforma Stewart-Gough, delimitada por seis grados de libertad (GDL) que permiten al efector final tener desplazamiento en los ejes XYZ y rotación con restricciones de alabeo, cabeceo y guiñada. Comprende el estudio y resolución de las cinemáticas directa e inversa de la plataforma, así como el espacio de trabajo descrito por el efector final y su correspondiente simulación de movimientos y articulaciones para estudiar puntos extremos y posibles singularidades. A partir de la definición de características, el diseño CAD generado a partir del modelo matemático generalizado de dominio público y la selección general de materiales para la construcción del prototipo funcional, se genera un estudio de fuerzas aplicadas para observar los puntos con concentradores de esfuerzos, el factor de seguridad y posibles deformaciones. También se considera la estimación del periodo de muestreo para la selección del microcontrolador y una definición aproximada del tiempo de respuesta. El desarrollo de este prototipo y su documentación se plantean como material didáctico para el estudio, diseño y control de mecanismos paralelos. ABSTRACT: This document presents the design of a digital PID control implemented on a Stewart-Gough platform, delimited by six degrees of freedom (DOF), i.e., displacement on the XYZ axis and rotation with constraints of roll, pitch, and yaw.

It covers the study and solution of kinematics, forward and inverse, correspondent to angular actuators, as well as the workspace described by the end-effector and its respective simulation for articulation motions to study extreme points and possible singularities.

A forces analysis is generated based on applied forces to observe stress concentrators, security factor and possible deformations. The definition of features and CAD design are generated from a math model taken from public domain and the general selection of materials to construct a functional prototype are presented.

An estimation of sampling period is also considered to select the microcontroller and an approached definition for time response.

The development of this prototype and its documentation are proposed as educational material for the study, design and control of parallel mechanisms and digital control.