manual del sistema pendubot

Manual del Sistema Pendubot

Descripcin del Sistema Pendubot

El pendubot como sistema fsico, es un mecanismo de 2 barras acopladas en

los extremos, la primera barra acoplada a un motor, y la segunda barra

acoplada a la primera barra sin la accin de actuador alguno, es decir, la

segunda barra posee movimiento libre en su eje de acople.

El Sistema Pendubot, incluye los sistemas elctricos, electrnicos y el

software adecuado para desarrollar estrategias de control asociadas al

Sistema Pendubot, siendo finalmente un sistema mecatrnico.

La figura 01 muestra el Sistema Pendubot durante el desarrollo de pruebas de

controladores.

(FOTO DEL SISTEMA PENDUBOT FUNCIONANDO DONDE SE MUESTRE

COMPLETAMENTE EL SISTEMA PENDUBOT)

Fig. 01 Sistema Pendubot en pleno funcionamiento.

Sistema Mecnico

En cada uno de las componentes principales del sistema mecnico estn

presentes diversos componentes, tales como pernos, rodamientos, tuercas,

etc. El sistema mecnico est constituido por tres sub-ensambles o

estructuras principales, cada una de las cuales se ensambla una con la otra.

1. Base Soporte.

La Base-Soporte es la estructura en la cual se encuentra el actuador principal

del Sistema Pendubot, el Motor-Reductor, esta estructura posee

componentes que permiten realizar el acople del Reductor hacia un eje que

finalmente se acoplar al eslabn 01. Los componentes mecnicos de la Base -

Soporte se muestran en la tabla N 01.

Tabla N 01 Componentes mecnicos que corresponden a la Base Soporte

N Cdigo Descripcin Cantidad Material

1 B_G1_EMP

Eje de Movimiento Primer

Grado de Libertad Transmisin

Motor

1 Aluminio

2 B_SRE Soporte Rodamiento Exterior 1 Acero al

carbono

3 B_SEA Soporte Eje Acople Reductor -

Motor Movimiento GDL 01 1

Acero al

carbono

4 B_STC Separador Tope Chaveta 1 Acero al

carbono

5 B_PSRM Placa Soporte Reductor -

Motor 1

Acero

Inoxidable

6 B_SL_P01 Soporte Lateral de

PENDUBOT Parte 01 1

Acero al

carbono

7 B_SL_P02 Soporte Lateral de

PENDUBOT Parte 02 1

Acero al

carbono

8 B_SPZF Separador Zona Final Carcasa 1 Acero al

carbono

9 B_SCE_P01 Sujecin lateral del Cable

Parte 01 1

Acero al

carbono

10 B_SCE_P02 Sujecin lateral del Cable

Parte 02 1

Acero al

carbono

11 SCREW M5x25 Pernos Allem M5x25 8 Acero

Inoxidable


Inoxidable


Inoxidable

14 SCREW M4x10 Pernos Allen M4x10 4 Acero

Inoxidable

15 61806-2RS Rodamiento Dim. 30mm 1 Acero


La figura 02 muestra la Base Soporte, la sujecin de la esta estructura se

puede hacer mediante prensas, en las partes laterales, y pueden sujetarse a

una mesa por ejemplo.

(FOTO DE LA BASE SOPORTE)

Fig. 02 Base Soporte del Sistema Pendubot.

El ensamble de todos los componentes de la base soporte depende

principalmente del ensamble del motor, la figura 03 muestra en detalle los

componentes en la zona de acople del eje del motor al eje de transmisin de

movimiento del primer eslabn.

(FOTO O RENDERIZADO MEJORADO DE SOLIDWORKS

Verificar el orden y la interposicin de componentes)

Fig. 03 Base Soporte detalle de ensamble.

La figura 04 muestra una vista de corte que muestra los componentes

internamente y sus respectivas ubicaciones en el ensamble de la Base

Soporte.

(VISTA DE CORTE, PARA VISUALIZAR LOS

COMPONENTES ENSAMBLADOS, en los planos XY y XZ)

Fig. 04 Vistas de Corte de la Base Soporte, en los planos XY y XZ.

Se deben considerar adems que el ensamble se lleva a cabo sin ningn tipo de

presin o fuerza adicional, los componentes mecnicos poseen tolerancias que

permiten un ensamble rpido y sin dificultades.

2. Eslabn 01.

El eslabn 01 es la estructura sobre la cual acta el motor, siendo as el nico

grado de libertad angular controlable directamente, mediante la accin de un

actuador, esta estructura adems sirve de soporte al sensor del eslabn 02

(Encoder) y tambin brinda el soporte para el ensamble del eslabn 02. Los

componentes mecnicos del eslabn 01 se muestran en la tabla N 02

Tabla N 02 Componentes mecnicos que corresponden al Eslabn 01.


1 G1_BPM Barra Principal de Movimiento

Primer Grado de Libertad 1 Aluminio

2 G1_G2_EMP Eje de Movimiento Segundo Grado

de Libertad Transmisin Motor 1

Acero al

carbono

3 G1_G2_STC Separador Tope Chaveta Eje 02 1 Acero al

carbono

4 G1_SRF Soporte Rodamiento Frontal 1 Acero al

carbono

5 G1_SRP Soporte Rodamiento Posterior 1 Acero al

carbono


Inoxidable


Inoxidable


Inoxidable


10 CPC_SC_E2_I Soporte de Corrugado Encoder

02 Componente I 1 Aluminio

11 CPC_SC_E2_II Soporte de Corrugado Encoder

02 Componente II 1 Aluminio

La figura 05 muestra la estructura del Eslabn 01, se muestra asimismo el

eje sobre el cual gira y se acopla el eslabn 02

(FOTO DEL ESLABN 01)

Fig. 05 Eslabn 01 del Sistema Pendubot.

El ensamble del eslabn 01, es relativamente sencillo, el componente sobre el

cual se debe tener cierta consideracin es el eje sobre el cual se ensambla el

eslabn 02, sobre este mismo eje de ensambla el encoder que permite la

medicin de posicin y velocidad, la figura 06 muestra la distribucin de los

componentes mecnicos durante el ensamble del eslabn 01.

(FOTO RENDERIZADO DE ENSAMBLE DEL

ESLABN 01)

Fig. 06 Ensamble del Eslabn 01 del Sistema Pendubot.

3. Eslabn 02.

El eslabn 02 es la estructura que posee libertad de movimiento angular, est

constituido principalmente por una barra circular. El Sistema Pendubot posee

dos barras circulares diferenciadas por el material, y diversas posiciones a las

cuales se pueden ajustar, lo cual garantiza diferentes y diversos problemas de

control. Los componentes mecnicos del eslabn 02 se muestran en la tabla

N 03.

Tabla N 03 Componentes mecnicos que corresponden al Eslabn 01.


1 G2_BPM Barra Principal de Movimiento

Segundo Grado de Libertad 1 Aluminio

2 G2_BPM_Ac

Barra Principal de Movimiento

Segundo Grado de Libertad

Acero

1 Acero

Inoxidable

3 G2_CESI Bloque Conexin con Eje

Sujecin Inicial 1

Acero al

carbono

4 G2_CS Bloque Complemento de

Sujecin 1

Acero al

carbono

5 G2_BMA Bloque de Masa Adicional 1 Aluminio

6 G2_BMA_A

Bloque de Masa Adicional

para Barra Adicional de Acero

11mm Dim.

1 Acero al

carbono


Inoxidable


Inoxidable


Inoxidable

La figura 07 muestra la estructura de aluminio del eslabn 02; la alternativa

de acero es similar.

(FOTO DEL ESLABN 02)

Fig. 07 Eslabn 02, alternativa de aluminio, del Sistema Pendubot.

Caja de Control

La Caja de Control est hecha de madera, y posee compartimientos en los

cuales se ubican los componentes elctricos y electrnicos, que forman parte

del Sistema Pendubot. Los componentes elctricos y electrnicos albergados

y otros que forman parte de la caja de control se muestran en la tabla N 04

Tabla N 04 Componentes de/en la Caja de Control.

Componentes Inherentes a la Caja de Control

N Descripcin Especificaciones Cantidad

1 Cable Mellizo de alimentacin 220 V AC 1

2 Interruptor Switch Rocker

250V/11A 1

3 Porta Fusibles

1

4 Fusible 3A - 20mm 1

5 Ventilador 12V 2

6 Etiquetas de Acrlico en las puerta de la Caja de

Control

Componentes distribuidos en la Caja de Control

N Descripcin Fabricante Cantidad

1 Fuente de Poder CSS 500 TDK-Lambda 1

2 Tarjeta de Control Maxon EPOS2 Maxon Motors 1

3 Cables de: Alimentacin del Motor - USB/PC -

Alimentacin EPOS 2 Maxon Motors 3

La figura 08 muestra la Caja de Control, en pleno funcionamiento y con todos

los componentes conectados.

(FOTO DE LA CAJA DE CONTROL)

Fig. 08 Caja de Control

El procedimiento de encendido es a partir del interruptor, que apenas

conectada la caja de control a 220 V, se encender, habilitar el paso de

corriente mediante el interruptor, y si no hay ningn tipo de falla (fusible en

optimas condiciones), se encendern focos leds verdes, primero de la fuente

CSS500 y posteriormente de la tarjeta electrnica EPOS2, dichos focos leds

verdes encendidos implican que tanto la fuente CSS500 y la tarjeta EPOS2

estn listas y funcionando normalmente.

La Caja de Control posee un compartimiento oculto en el cual estn ubicados

los cables del Sistema Pendubot, relacionados a la conexin con la tarjeta

EPOS2, y tambin el cable mellizo externo de corriente alterna, que alimenta la

fuente de poder CSS500. El compartimiento es no visible debido a una placa de

madera que adems sirve de soporte de la fuente CSS500, dicha placa posee

cavidades en los extremos, cavidades por las cuales salen cables con las

medidas necesarias para realizar las conexiones en la tarjeta EPOS2 y la

fuente de poder CS500.

Fuente de Poder o Alimentacin del Sistema Pendubot

La fuente de poder empleada en el Sistema Pendubot es el modelo CSS500-30

del fabricante TDK-LAMBDA, las especificaciones mas importantes se

muestran en la tabla N 05, las caractersticas completas y el manual de uso

se encuentran en la pgina web del fabricante (us.tdk-

lambda.com/lp/products/css-series.htm).

Tabla N 04 Especificaciones Bsicas de la Fuente CSS500

Especificaciones Valores - Unidades

Rango de Voltaje de Entrada 90 - 264VAC (47 - 63Hz)

Mxima Corriente de Entrada

As mismo el diagrama de conexiones dado por el fabricante y bajo el cual se

realizaron las conexiones en el Sistema Pendubot, se muestra en la figura N

10.

Fig. 10 Diagrama de conexiones (cortesa TDK-LAMBDA)

Electrnica de Potencia

La electrnica de potencia del Sistema Pendubot est constituida por la

tarjeta electrnica EPOS2, que se encarga de controlar el Motor-Reductor

Maxon, de acuerdo a los requerimientos de los controladores de alto nivel, en

caso del Sistema Pendubot, la tarjeta EPOS2 realiza un control de corriente,

tambin ofrece la posibilidad de conectar nicamente el motor reductor,

mediante el software EPOS Studio, de modo que se puedan calibrar los

parmetros del controlador de corriente, asimismo dicho software permite el

monitoreo de todos los parmetros de la tarjeta electrnica EPOS2.

La figura 11 muestra la tarjeta EPOS2 con todas las conexione necesarias

ubicada dentro de la caja de control.

(FOTO DE LA TARJETA EPOS2 Y SUS

CONEXIONES)

Fig. 11 Tarjeta EPOS2 y sus conexiones en pleno funcionamiento.

Los cables empleados para la conexin con la tarjeta EPOS2, se muestran en

la tabla N 05, el detalle de las especificaciones y los manuales

correspondientes a la tarjeta EPOS2 se encuentran en el CD del fabricante y

en su pagina web (www.maxonmotor.com).

Tabla N 05 Cables de conexin para la EPOS2

Cable Descripcin

EPOS Power Cable (275829) Connector J1 / J1A

Establece la conexin entre la Fuente de

Poder CSS500 y la tarjeta EPOS2.

EPOS Motor Cable (275851) Connector J2

Establece la conexin entre la tarjeta EPOS2

y el motor Maxon.

Cable de Poder EPOS (2756829)

Las especificaciones de este cable se muestran en la tabla N 06.

Tabla N 06 Especificaciones Cable de Poder EPOS

Seccin de Cable 2 x 0.75 mm2

Longitud 3 m

Conector A

Molex Mini-Fit Jr. 2 polos (39-01-2020)

Molex Mini-Fit Jr. terminales hembra (44476-xxxx)

Conector B Cable final descubierto 0.75 mm2

Designacin de Conectores - Pines

Cable Conector A Pines Conector B Pines Seal Descripcin

Negro 1 - GND Tierra de la Fuente de Alimentacin

Negro 2 + +VCC Voltaje de la fuente de Poder

La figura 12 muestra el cable de poder EPOS.

Fig. 12 Cable de Poder EPOS2

EL conector A debe ser conectado a la Tarjeta EPOS2, el conector B debe ser

conectado a la fuente de poder CSS500. La sealizacin que indica la correcta

conexin es un led verde en la tarjeta EPOS2, que indica adems que la tarjeta est

lista y puede interactuar con el software EPOS Studio.

Cable de Motor EPOS (275851)

Las especificaciones del cable de motor se muestran en la tabla N 07.

Tabla N 07 Especificaciones Cable de Poder EPOS

Seccin de Cable 3 x 0.75 mm2 apantallado

Longitud 3 m

Conector A

Molex Mini-Fit Jr. 4 polos (39-01-2040)

Molex Mini-Fit Jr. Terminales hembra (44476-xxxx)

Conector B Cable final descubierto 0.75 mm2


Cable Conector A Pines Conector B

Pines Seal Descripcin

Blanco 1

Motor (+M) Motor DC:

Motor +

Caf 2

Motor (-M) Motor DC:

Motor -

Verde 3

N.C. -

Negro 4

N.C. -

La figura N 13 muestra el cable de motor EPOS.

Fig. 13 Cable de Motor EPOS2

El conector A debe ser conectado a la tarjeta electrnica EPOS2, y e conector

B debe ser conectado a un molex que nicamente emplee los pines 1 y 2 que

son los que corresponden al motor DC, dicho molex tiene una salida con 2

cables y 2 cocodrilos respectivamente que permitirn una fcil conexin con

los bornes del motor.

Sensores

Los sensores empleados en el Sistema Pendubot, son aquellos que permite la

medicin de posicin y velocidad angular, dado que el Sistema Pendubot posee

2 grados de libertad, se tienen dos encoders

El primer encoder asociado al eslabn 01 est directamente montado en el

motor, lo cual implica que se debe tener en cuenta el ndice de reduccin del

reductor ensamblado al motor para determinar correctamente la posicin

angular del eslabn 01.

El segundo encoder asociado al eslabn 02 debe ser ensamblado

completamente, posee algunos componentes que deben ser ensamblados de

forma fija al eslabn 01, y otros componentes mviles que deben ser

ensamblados al eje sobre el cual gira el eslabn 02 conformando el segundo

grado libertad.

Ambos encoders poseen como salida de seal el mismo tipo de conector, e

inclusive la misma asignacin de pines en dichos conectores.

Existen mayores caractersticas asociadas a los sensores en las pginas web

de los fabricantes (Maxon Motor y US Digital), en esta seccin se ofreceb

solamente las caractersticas relevantes para el Sistema Pendubot.

Encoder HEDS 5540 (Primer Grado de Libertad Eslabn 01)

El encoder mediante el cual se realiza la medicin del primer grado de libertad,

es el que est asociado directamente al motor, dicho encoder se muestra en

la figura 14.

Fig. 14 Encoder primer grado de libertad.

Las caractersticas del encoder se muestran en la tabla N 08

Tabla N 08 Especificaciones del Encoder HEDS 5540


Nmero de pulsos por vuelta 500

Nmero de canales 3

Mx. frecuencia de funcionamiento (kHz) 100

Mx. velocidad (rpm) 12000

El conector empleado para realizar la lectura de seales del encoder se

muestra en la figura 15.

Fig. 15 Conector empleado para la lectura de seales del encoder.

Los pines asociados al encoder y el cable conector con sus caractersticas

correspondientes se muestran en la tabla N 09.

Tabla N 09 Caractersticas de conexin Encoder Conector.

Pin Descripcin Color Cable Conector

1 Tierra (GND) Negro

2 Canal I Verde

3 Canal A Blanco

4 +5 VDC Rojo

5 Canal B Marrn

Encoder E6-2500-236-I-S-D-D-B (Segundo Grado de Libertad Eslabn 02)

El encoder mediante el cual se realiza la medicin angular y de velocidad del

segundo grado de libertad, requiere del ensamble de algunos componentes del

encoder al eje del segundo grado de libertad, el encoder empleado se muestra

en la figura 16.

Fig. 16 Encoder segundo grado de libertad.

Las caractersticas del encoder E6 se muestran en la tabla N 10

Tabla N 10 Especificaciones del Encoder E6


Nmero de pulsos por vuelta 2500

Nmero de canales 3

Mx. frecuencia de funcionamiento (kHz) 100

Mx. velocidad (rpm) 2400

El conector empleado para realizar la lectura de seales, es el mismo conector

empleado en el encoder del primer grado de libertad mostrado en la figura 15,

de igual forma los pines asociados al encoder y el conector son los mismos que

se muestran en la tabla N09.

Conexin Opcional HEDS 5540 EPOS2

La conexin de cualquier encoder con la tarjeta EPOS2 se realiza mediante el

cable EPOS Encoder Cable (275934) Connector J4, el cual se muestra en

la figura 17, en el caso particular del Sistema Pendubot el encoder opcional a

conectar es el correspondiente al primer grado de libertad (HEDS 5540).

Fig. 17 Cable conector Encoder EPOS2

Las especificaciones de este cable se muestran en la tabla N 11

Tabla N 11 Especificaciones del Cable de Encoder EPOS

Seccin de Cable 10xAWG28

Longitud 3.2 m

Conector A Conector hembra DIN 41651 de 10 pines.

Conector B Conector DIN 41651 de 10 pines.


Cable Conector

A Pines

Conector

B Pines

Par

Trenzado Seal Descripcin

Marrn 1 1

1

N.C. No Conectar

Blanco 2 2 +5 VDC Voltaje de Alimentacin Encoder

Rojo 3 3

2

GND Tierra (GND)

Blanco 4 4 N.C. No Conectar

Naranja 5 5

3

Canal A\ Canal A Complemento

Blanco 6 6 Canal A Canal A

Amarillo 7 7

4

Canal B\ Canal B Complemento

Blanco 8 8 Canal B Canal B

Verde 9 9

5

Canal I\ Canal I Complemento

Blanco 10 10 Canal I Canal I

Teniendo en cuenta que el encoder HEDS 5540 nicamente posee 5 pines, y no

los 10 requeridos para la conexin con la tarjeta EPOS2 (basado en la norma

tcnica RS 422), esto implica la necesidad de implementar una tarjeta

electrnica adicional que cumpla los requerimientos de la tarjeta EPOS2, para

lo cual se debe tener en cuenta algunas restricciones:

La tarjeta EPOS2 nicamente provee como fuente de alimentacin para el

encoder +5 VDC y 100mA como mximo.

La corriente mxima requerida por el encoder HEDS 5540 es 5mA por cada

canal, implicando un requerimiento mximo de 15mA.

La fuente CSS 500 posee el terminal CN2 con capacidad de proveer +5

VDC y 250mA como mximo en caso de inhibicin de la fuente.

Adaptar las seales del encoder HEDS 5540 requiere de un differential line

driver. La recomendacin de Maxon Motor es utilizar el circuito integrado

AM26C31, el cual posee como mximo valor de corriente 200mA, pero en

condiciones normales el consumo se sita en 20mA.

Teniendo en cuenta las restricciones, se debe disear una tarjeta electrnica

que posea la posibilidad de cambiar la fuente de alimentacin de la tarjeta, un

jumper en dicha tarjeta debera ser suficiente, de forma que se pueda

seleccionar para el circuito integrado AM26C31 si se energiza mediante la

tarjeta EPOS2 o desde la fuente CSS 500.

La figura 18 muestra las conexiones recomendadas por Maxon Motor para el

circuito integrado AM26C31.

VERIFICAR PREVIEMENTE EN UN PROTOBOARD

LAS CONEXIONES Y LA INTEGRACIN CON LA

TARJETA EPOS2 (MODIFICAR ESTA SECCIN A

FUTURO CUANDO SE TENGA LA TARJETA

IMPLEMENTADA)

Fig. 18 Diagrama de conexiones para el circuito integrado AM26C31

Actuadores

El Sistema Pendubot posee 2 grados de libertad, de los cuales slo el primer

grado de libertad posee un actuador, mediante el cual se puede controlar

directamente la posicin y velocidad. En el caso del Sistema Pendubot al cual

hace referencia este manual, dicho actuador es un motor con un reductor

ensamblado, de la marca Maxon:

Motor DC Maxon RE 35 90W 35mm, Escobillas de grafito, 90W.

(Cdigo de producto: Articulo N 273753)

Reductor Planetario Maxon GP 42 C 42mm 3 15Nm (Cdigo de

producto: Articulo N 203119)

La tabla N 12 muestra las caractersticas mas importantes del Motor-

Reductor.

Tabla N 12 Datos del Motor - Reductor

DATOS MOTOR

Valores a Tensin Nominal

Tensin nominal V 30

Velocidad en vaco rpm 7220

Corriente en vaco mA 123

Velocidad nominal rpm 6420

Par nominal (mx. par permanente) mNm 92.4

Corriente nominal (mx. corriente en continuo) A 2.5

Par de arranque mNm 949

Corriente de arranque A 24.4

Mx. rendimiento % 84

Caractersticas

Resistencia en bornes 1.23

Inductancia en bornes mH 0.34

Constante de par mNm / A 38.9

Constante de velocidad rpm / V 246

Relacin velocidad / par rpm / mNm 7.76

Constante de tiempo mecnica ms 5.5

Inercia del rotor gcm2 67.6

DATOS REDUCTOR

Reduccin 26:1

Reduccin absoluta 26

Momento de inercia gcm2 6.1

Dimetro mx. del eje del motor mm 8

Nmero de etapas 2

Mx. par permanente Nm 7.5

Mx. par admisible de forma intermitente Nm 11.3

Mx. rendimiento % 81

Holgura media en vaco 0.8

Informacin a mayor detalle de estos productos Maxon se pueden encontrar

en su pagina web (www.maxonmotor.com).

La figura 19 muestra el actuador del Sistema Pendubot

FOTO DEL MOTOR REDUCTOR MAXON

Fig. 19 Motor- Reductor Maxon

Tarjeta de Adquisicin de Datos

El procesamiento de las seales de los sensores (encoders), se realiza

mediante la DAQ PCIe 6363 que se muestra en la figura 20, el conector de la

DAQ empleado es el CONNECTOR 0 (AI 0-15), ya que este se encuentran

los contadores (Counter Timing Signals).

Fig. 20 DAQ PCIe 6363

Los accesorios necesarios para la DAQ PCIe 6363 son los siguientes:

Cable SHC69-68-EPM

Bornera SCB-68

La figura 21 muestra ambos accesorios, cabe mencionar que la DAQ PCIe

6363 posee muchas caractersticas para la adquisicin de seales y el

procesamiento de las mismas, pero solo es necesario un cable y una bornera

para la implementacin del Sistema Pendubot.

Fig. 21 Cable y bornera, accesorios complementarios a la DAQ PCIe 6363.

Informacin detallada de la instalacin y uso de la DAQ PCIe y sus accesorios

se encuentra en la pgina web de Nationals Instruments (www.ni.com), la

utilizacin de estos equipos debe estar precedida de la lectura sus manuales

correspondientes. Para la lectura de las seales de los encoder se usan 2

contadores de la DAQ PCIe (PFI Counters), los cuales procesan completamente

la seal de los encoders, las conexiones a efectuar mediante cables desde

cada encoder a la bornera se muestran en la tabla N 13.

Tabla N 13 Conexin Encoder DAQ PCIe 6363

Primer Grado de Libertad

Encoder HEDS 5540

Segundo Grado de Libertad

Encoder E6

Pin.

DAQ Encoder

Cable Acople

DAQ

Pin.

DAQ Encoder

Cable Acople

DAQ

13 Negro Negro 4 Negro Negro

37 Blanco Blanco 42 Blanco Blanco

14 Rojo Rojo 8 Rojo Rojo

45 Caf Amarillo 46 Caf Amarillo

3 Verde Verde 41 Verde Verde

Instalacin del Sistema Pendubot

La instalacin del Sistema Pendubot comprende el ensamble mecnico de

todos los componentes que incluyen la instalacin de los sensores, actuadores

y el cableado correspondiente hasta la caja de control.

El procedimiento de instalacin del encoder E6, se encuentra detallado su

manual correspondiente y en la pgina web del fabricante (www.usdigital.com).

Ensamble Mecnico (Sub-Ensambles)

El Sistema Pendubot esta diseado para ensamblar primero sub-ensambles,

para finalmente integrar estos sub-ensambles en el ensamble total del

Sistema Pendubot.

Ensamble Soporte Base

El componente principal de este sub-ensamble es el motor, a continuacin se

describen los pasos para el ensamble respectivo.

1. Fijar el motor a la placa B_PSRM con los pernos M4x10.

Fig. 22 Ensamble motor placa B_PSRM.

2. Fijar el soporte del eje de acople B_SEA a la placa B_PSRM con los

pernos M5x12.

Fig. 23 Ensamble soporte B_SEA placa B_PSRM.

3. Ensamblar el eje B_G1_EMP, el componente B_STC y el rodamiento

61807-2RS al eje del motor, dentro de la cavidad del soporte B_SEA,

se debe tener en cuenta la coincidencia de la chaveta del motor y su

respectiva cavidad en el eje B_G1_EMP.

Fig. 24 Ensamble eje motor eje B_G1_EMP.

4. Colocar el rodamiento 61806-2RS en la zona libre del eje B_G1_EMP, el

rodamiento posee la tolerancia suficiente para deslizar suavemente en

el eje.

Fig. 25 Ensamble rodamiento 61806-2RS eje B_G1_EMP.

5. Fijar el soporte exterior B_SRE en el soporte del eje de acople B_SEA,

con los pernos M5x25.

Fig. 26 Ensamble soporte B_SRE soporte B_SEA.

6. Fijar los soportes laterales B_SL_P01 y B_SL_P02 al soporte B_SEA

mediante los pernos M5x10.

Fig. 27 Ensamble soportes laterales.

7. Fijar el separador final B_SPZF a los soportes laterales B_SL_P01 y

B_SL_P02, mediante los pernos M5x10. Durante este procedimiento se

debe verificar tambin el correcto alineamiento con las placas laterales,

el separador final posee tolerancia adecuada para realizar el

procedimiento de alineacin.

Fig. 28 Ensamble separador B_SPZF soportes laterales.

Finalmente el ensamble de la base se muestra en la figura N 29.

Fig. 29 Sub-ensamble Base finalizado.

Ensamble Eslabn N 01

El componente ms importante es el eje sobre el que gira el segundo eslabn,

a continuacin se describen los pasos para realizar este sub-ensamble.

1. Posicionar adecuadamente el rodamiento 61802-2RS en el eje

G1_G2_EMP, separado por el componente G1_G2_STC.

Fig. 30 Ensamble rodamiento 61802-2RS eje G1_G2_EMP.

2. Ubicar el anterior bloque (G1_G2_EMP - G1_G2_STC - 61802-2RS) en

la cavidad del soporte de rodamiento posterior G1_SRP.

Fig. 31 Ensamble con el soporte G1_SRP.

3. Fijar la barra principal G1_BPM al soporte G1_SRP mediante los pernos

M5x12.

Fig. 32 Ensamble barra principal G1_BPM soporte G1_SRP.

4. Ubicar el segundo rodamiento 61802-2RS en el eje G1_G2_EMP,

posteriormente fijar el soporte de rodamiento frontal G1_SRF al

soporte de rodamiento posterior G1_SRP, mediante los pernos M5x12.

Fig. 33 Ensamble de soporte G1_SRF.

5. Fijar el encoder E6 al soporte G1_SRP, de acuerdo al manual del

encoder.

Fig. 34 Ensamble del encoder E6.

Finalmente se tiene el ensamble del eslabn 01.

Fig. 35 Sub-ensamble Eslabn 01 finalizado.

Ensamble Eslabn N 02

El componente principal es la barra circular G2_BPM, la masa adicional

G2_BMA se fija en el extremo correspondiente como muestra la figura 36.

Fig. 36 Ensamble de la masa adicional G2_BMA.

Mientras no se realice el ensamble con el eslabn 01, los componentes

asociados a establecer dicha conexin (), pueden ser parcialmente

ensamblados de la forma que se muestra en la figura 37.

Fig. 37 Ensamble parcial de los componentes asociados a establecer la conexin

con el eslabn 01.

Parcialmente el sub-ensamble eslabn 02 se muestra en la figura 38.

Fig. 38 Ensamble parcial del Sub-ensamble Eslabn 02.

Cables, diagrama y conexin de Componentes Elctricos - Electrnicos

El cableado del sistema Pendubot est asociado a las conexiones entre los

sensores, actuadores, con la caja de control y la conexin de los componentes

situados en la caja de control (Tarjeta EPOS2, fuente de poder CSS 500).

A continuacin se describen los cableados asociados a cada componente.

Cableado asociado a Encoder E6

El encoder E6 mostrado en la figura 39, se conecta con la DAQ PCIe 6363

mediante un par de cables, la identificacin de los pines correspondientes es

de acuerdo al diagrama mostrado.

Fig. 39 Encoder E6 y su respectivo diagrama de pines.

La conexin desde el encoder a la DAQ PCIe 6363 requiere la utilizacin inicial

del cable apantallado CA-FC5-SH-NC de 2.5 m, el cual posee un conector como

se muestra en la figura 40, dicho conector posee ranuras que coinciden con la

forma de ingreso adecuada al encoder.

Fig. 40 Cable apantallado CA-FC5-SH-NC.

El otro extremo del cable est unido a un conjunto de cables protegidos por un

corrugado de plstico, mostrados en la figura 41, dichos cables se conectan

a la DAQ PCIe 6363.

Fig. 41 Acople del cable CA-FC5-SH-NC y los cables para la DAQ.

La figura 42 muestra a los cables protegidos por el corrugado y la conexin

realizada con la bornera SCB-68.

Fig. 42 Conexin de los cables protegidos mediante el corrugado de plstico con la

bornera SCB-68.

La tabla N 14 muestra las conexiones de acuerdo a los pines del encoder E6 y

de la bornera SCB-68.

Tabla N 14 Conexin Encoder E6 Cables DAQ PCIe 6363 (Bornera SCB-68)

Encoder Cable

CA-FC5-SH-NC

Cable

Acople DAQ

DAQ PICe6363 - Bornera

SCB-68

Seal Pin Pin Seal

GND 1 Negro Negro 4 D GND

Canal I 2 Verde Verde 41 CTR 1 Z (PFI 4)

Canal A 3 Blanco Blanco 42 CTR 1 A (PFI 3)

+5VDC 4 Rojo Rojo 8 +5V

Canal B 5 Marrn Amarillo 46 CTR 2 B (PFI 11)

El cable CA-FC5-SH-NC es protegido por un corrugado de plstico, a su vez

este corrugado est ubicado dentro de 2 bloques de aluminio (CPC_SC_E2_I y

CPC_SC_E2_II) que posteriormente permiten fijar parte del cable a la barra

principal del eslabn 01 mediante los pernos M3x12, como se muestra en la

figura 43.

Fig. 43 Ensamble del Corrugado con los bloques de aluminio CPC_SC_E2_I y

CPC_SC_E2_II.

Cableado asociado a Encoder HEDS 5540

El encoder HEDS 5540 mostrado en la figura 44 se conecta de similar forma

que el encoder E6, requiere de un par de cables intermedios para conectarse

con la DAQ PCIe 6363.

Fig. 44 Encoder HEDS 5540 y su respectivo diagrama de pines.

La conexin desde el encoder a la DAQ PCIe 6363 requiere la utilizacin inicial

del cable apantallado CA-FC5-SH-NC de 25 cm, el cual posee un conector

como se muestra en la figura 45, la conexin con el encoder HEDS 5540 debe

hacerse teniendo en cuenta el diagrama de pines.


El otro extremo del cable est unido a un conjunto de cables protegidos por un

corrugado de plstico, mostrados en la figura 46, dichos cables se conectan

a la DAQ PCIe 6363.


La figura 47 muestra a los cables protegidos por el corrugado y la conexin

realizada con la bornera SCB-68.

Fig. 47 Conexin de los cables protegidos mediante el corrugado de plstico con la

bornera SCB-68.

La tabla N 15 muestra las conexiones de acuerdo a los pines del encoder

HEDS 5540 y de la bornera SCB-68.

Tabla N 15 Conexin Encoder HEDS 5540 Cables DAQ PCIe 6363

(Bornera SCB-68)

Encoder Cable

CA-FC5-SH-NC

Cable

Acople DAQ

DAQ PICe6363 - Bornera

SCB-68

Seal Pin Pin Seal

GND 1 Negro Negro 13 D GND

Canal I 2 Verde Verde 3 CTR 0 Z (PFI 9)

Canal A 3 Blanco Blanco 37 CTR 0 A (PFI 8)

+5VDC 4 Rojo Rojo 14 +5V

Canal B 5 Marrn Amarillo 45 CTR 0 B (PFI 10)

Cableado asociado a la tarjeta EPOS 2

La tarjeta EPOS2 50/5, mostrada en la figura48, se encuentra ubicada en la

caja de control.

Fig. 48 Tarjeta EPOS2 50/5

Posee 3 cables con los cuales se conecta:

1. EPOS Power Cable (275829) Connector J1 / J1A

2. EPOS Motor Cable (275851) Connector J2

3. EPOS2 USB-COM Cable (350392) Connector J9

La figura 49 muestra la tarjeta EPOS2 y sus conexiones dentro de la caja de

control.

Fig. 49 Tarjeta EPOS2 50/5 y los 3 cables a quienes se conecta.

El cable de alimentacin (Connector J1/J1A), proviene de la fuente de

alimentacin CSS 500, la mayor parte del cable se encuentra en la cavidad

inferior. El cable del motor (Conector J2) antes de conectar con el motor

tambin pasa por la cavidad inferior como se muestra en la figura 50.

Fig. 50 Cables en la cavidad inferior de la Caja de Control.

El cable USB pasa por una cavidad en la pare posterior de la caja de control,

antes de conectarse con la PC, como se muestra en la figura 51.

Fig. 51 Cable USB para conexin con la PC.

Ensamble del Sistema Pendubot

Una vez ensamblados todos los componentes en sub-ensambles previamente

explicados, se procede al ensamble del Sistema Pendubot incluyendo el

cableado. El procedimiento de ensamble se muestra a continuacin:

1. El sub-ensamble de la Base debe ser fijado mediante abrazaderas tipo C

a una mesa de la forma en la que se muestra en la figura N 52, los

soportes laterales y la ubicacin de estos determina que tan prximo al

borde de la mesa se establecern los eslabones 01 y 02, se debe tener en

cuenta una distancia mnima de 15mm y mxima de 25mm entre la lnea de

la mesa y las caras salientes de los soportes laterales, la distancia

recomendad es de 20mm, esta distancia garantiza la fluidez de movimiento

de los eslabones, evitando posibles choques con la mesa.

Fig. 52 Fijacin de la base a una mesa, mediante abrzaderas tipo C.

2. El cableado asociado al encoder E6, correspondiente a la medicin de

posicin y velocidad angular del segundo eslabn, debe ser fijado a la barra

principal G1_BPM del eslabn 01, mediante pernos M3x12 como se


Fig. 53 Fijacin del cableado asociado al encoder E6.

3. Fijar el sub-ensamble eslabn 01 al eje B_G1_EMP, mediante 6 pernos

M5x12 como se muestra en la figura 54.

Fig. 53 Ensamble de sub-ensambles Eslabn 01 y Base.

4. Fijar el corrugado que protege el cableado asociado al encoder E6 a la

base, para esto se utilizarn los componentes de aluminio B_SCE_P01 y

B_SCE_P02, los cuales poseen cavidades y protuberancias coincidentes

con la forma del corrugado para garantizar la sujecin del mismo, la figura

54 muestra la ubicacin del corrugado, los componentes B_SCE_P01 y

B_SCE_P02 se fijarn en los soportes laterales mediante pernos M5x10.

Fig. 54 Ensamble del cableado del encoder E6 a un soporte lateral de la Base.

5. Finalmente se procede a instalar el eslabn 02, inicialmente se debe fijar el

bloque de conexin G2_CESI con el eje G1_G2_EMP, mediante 4 pernos

M3x12 como s muestra en la figura 55.

Fig. 55 Ensamble del bloque G2_CESI al eje G1_G2_EMP.

6. Se debe determinar la posicin de la barra G2_BPM con la cual se desea

trabajar, todo el sistema est predeterminado con la ranura 03, la cual

adems encajar con el perno M5x12, el procedimiento de correcta

alineacin implica tambin el ensamble del bloque G2_CS al bloque G2_CESI

mediante 4 pernos M5x15, la figura 56 muestra la lnea virtual de

coincidencia para el ensamble en la posicin predeterminada.

Fig. 56 Ensamble del Eslabn 02.

Finalmente el Sistema Pendubot ensamblado se muestra en la figura 57.

Fig. 57 Ensamble mecnico final del Sistema Pendubot.

Integracin del Sistema Pendubot

La integracin del Sistema Pendubot implica la conexin del sistema mecnico

elctrico mediante la interfaz de comunicacin al sistema de control, el

cableado respectivo ya fue explicado para cada uno de los componentes en

pginas previas, la figura 58 muestra el diagrama que representa al Sistema

Pendubot.

Fig. 58 Diagrama del Sistema Pendubot.

Las conexiones de hardware se encuentran en pginas previas, hasta este

punto se ha explicado todo lo referente a hardware, lo siguiente es establecer

la comunicacin entre la tarjeta electrnica EPOS2 50/5 y la tarjeta de

adquisicin de datos PCIe6363, con los software necesarios para desarrollar

le sistema de control.

Se recomienda energizar el motor despus de haber establecido las conexiones

preliminares de software, es decir slo cuando sea necesario.

El Sistema Pendubot usa principalmente 2 softwares:

EPOS Studio: Permite monitorear todas las caractersticas de la tarjeta

EPOS2 50/5, as como tambin configurar dicha tarjeta de acuerdo a los

requerimientos del Sistema de Control.

LabVIEW: Es en este software donde se desarrollan todas las estrategias de

control, para esto se requiere la integracin de las libreras DLL

correspondientes.

Las instrucciones desarrolladas fueron hechas para Windows 7 Ultimate de 64

bits y LabVIEW 2010.

Sotwares Empleados

EPOS Studio

Este software debe ser instalado desde el DVD de instalacin, el

procedimiento de instalacin es sencillo y culmina con la apertura del software

como se muestra en la figura 59.

Fig. 59 Software EPOS Studio 1.44

Lo siguiente es establecer la comunicacin con la tarjeta EPOS2 50/5, lo cual

requiere el encendido de la tarjeta, el detalle de los pasos a seguir se

encuentra detallado en el documento EPOS2 50-5 Getting Started.pdf

ubicado en el directorio donde se instal el programa EPOS Studio.

Se debe tener en cuenta que el Sistema Pendubot posee un motor DC y no

existe conexin al encoder mediante la tarjeta EPOS2 50/5, aun cuando es una

posibilidad opcional, el Sistema Pendubot por defecto no usa la lectura de

posicin y velocidad mediante la tarjeta electrnica EPOS2 50/5.

En la configuracin en EPOS Studio se debe establecer la comunicacin

mediante el USB y conectar el cable EPOS2 USB-COM Cable (350392) Connector J9, a la PC y la tarjeta EPOS2 50/5.

La configuracin del motor DC, en EPOS Studios 50/5, deber tener los

siguientes parmetros:

Main Sensor Type: Incremental Encoder (3ch) Gear Data:

System with gear: Max. Permissible Entry Speed: 8000 rpm. Ratio: Numerator:26 / Denominator:1

Motor Data: Max. Permissible Speed: 12000 rpm. Nominal Current: 2450 mA. Thermal Time Constant Winding: 28.3 s

Incremental Encoder 1 with index (3ch): Encoder Resolution: 500 pulse/turn.

Safety Parameter Position: Max. Following Error: 2000 q/turn.

Existe un procedimiento denominado Regulation Gains Tuning, el cual sirve

para regular las ganancias de los controladores de la tarjeta EPOS2 50/5 de

forma automtica, en el caso del sistema Pendubot, este procedimiento no es

necesario debido a que el encoder HEDS 5540 que est ensamblado al motor

maxon, por defecto no posee conexin alguna con la tarjeta EPOS2 50/5.

Debido a que no existe conexin de ningn encoder a la tarjeta EPOS2 50/5, se

establecer un mensaje de error como se muestra en la figura 60.

Fig. 60 Mensaje de error EPOS Studio, debido a la falta de conexin de encoder

alguno.

El sistema de control del Sistema Pendubot nicamente contempla el uso del

control de corriente de la tarjeta EPOS2 50/5, por lo cual se requiere

deshabilitar la supervisin que efecta la tarjeta EPOS2 50/5, es decir anular

la verificacin de la existencia de algn encoder, y permitir que todas las

caractersticas que no dependen de la existencia de encoder alguno, estn

habilitadas, en caso del Sistema Pendubot el modo de operacin mas

importante es Current Mode.

El proceso de deshabilitar se realiza programando correctamente los bits del

objeto Miscellaneous Configuration, para un mayor detalle acerca de dicho

objeto y dems objetos relacionados con el firmware de la tarjeta EPOS2

50/5 se debe revisar el documento EPOS2 Firmware Specification.pdf

ubicado en el directorio donde se instal el Software EPOS Studio.

En el Panel de Navegacin Tools Object Dictionary se debe ubicar el objeto

Miscellaneous Configuration y el valor debe ser cambiado a 3, una vez

concluido de deber limpiar los errores y refrescar la conexin con la

tarjeta EPOS2 50/5, se debe observar que el Led indicador de la tarjeta

EPOS2 50/5 cambia de rojo a verde indicando que se encuentra lista y la

comunicacin est correctamente establecida.

Una vez establecida la comunicacin se debe energizar el motor para probar la

comunicacin entre la PC y la tarjeta EPOS2 50/5, para esto se emplear el

modo de operacin Current Mode en EPOS Studio. En el Panel de Navegacin

Tools Current Mode, este procedimiento generar la interfaz grfica que

se muestra en la figura 61.

Fig. 60 Ventana de modo de operacin Current Mode.

En esta ventana se puede establecer valores de corriente que la tarjeta

EPOS2 50/5 debe proveer al motor maxon, se puede observar tambin el valor

real de corriente proveniente de un sensor en la tarjeta EPOS2 50/5. Los

valores de corriente de prueba deben estar dentro de los lmites de corriente

del motor y pueden tener valores negativos lo cual implicar el cambio de

sentido de giro del motor.

Efectuar con xito la comunicacin entre la PC y la tarjeta EPOS2, garantiza el

siguiente paso, el cual es integrar la libreras de la Tarjeta EPOS2 para

interactuar con la tarjeta, desde el software LabVIEW. EPOS Studio, permite

monitorear todas las variables y objetos de la tarjeta EPOS2 50/5 de forma

ms directa, as mismo no permite desarrollar ningn tipo de estrategia de

control adicional a los modos de operacin que se muestran en la

documentacin de la tarjeta EPOS2 50/5.

LabVIEW

Es en este software donde se desarrollan las estrategias para efectuar el

control del Sistema Pendubot. La figura 61 muestra un programa final

desarrollado en LabVIEW.

Fig. 61 Programa de control completo desarrollado en LavVIEW.

Integracin de Libreras (EPOS2 LabVIEW)

LabVIEW es un software que permite desarrollar todo tipo de estrategias de

control, pero antes se deben integrar las libreras de la tarjeta EPOS2 50/5,

para poder efectuar la comunicacin adecuada entre LabVIEW y la tarjeta

EPOS2 50/5.

El procedimiento para efectuar dicha integracin se encuentra detallado en el

documento EPOS DLL Integration into LabVIEW.pdf, que est ubicado en el

directorio donde fue instalado EPOS Studio y tambin en el DVD con el cual se

instalaron los controladores de la tarjeta EPOS2 50/5.

De acuerdo a las indicaciones de Maxon Motor, dependiendo de la arquitectura

del sistema operativo, se tienen las siguientes definiciones de las carpetas de

sistema:

En arquitecturas de 32 bits:

C:\Windows\System --> Subsistema para aplicaciones Win16 (16 bits,

MS-DOS y heredadas)

C:\Windows\System32 --> Subsistema para aplicaciones Win32 (32

bits)

En arquitecturas de 64 bits:

C:\Windows\System --> Subsistema para aplicaciones Win16 (16 bits,

MS-DOS y heredadas) [NO SOPORTADO]

C:\Windows\SysWOW64 --> Capa de compatibilidad para aplicaciones

de Win32 (32 bits) [Windows On Windows]

C:\Windows\System32 --> Subsistema para aplicaciones de 64 bits

EL Sistema Pendubot fue probado en una PC con Windows 7 Ultimate de 64

bits, y LabVIEW 2010 de 32bits, con compatibilidad para ejecutarse en el

sistema operativo mencionado.

Las libreras EposCmd.dll y EposCmd.Net.dll ubicadas en el directorio:

C:\Program Files (x86)\maxon motor ag\EPOS Positioning Controller\EPOS2\04

Programming\Windows DLL

Deben ser copiadas al directorio:

C:\Windows\SysWOW64.

El siguiente procedimiento es visualizar en la Paleta de Funciones del

Diagrama de Bloques de LabVIEW, los VIs asociados con la programacin e

interaccin con la tarjeta EPOS2 50/5, se debe tener en cuenta que dichos

VIs son dependientes de las libreras previamente copiadas en la carpeta de

sistema del sistema operativo.

La carpeta maxon EPOS ubicada en el directorio:

C:\Program Files (x86)\maxon motor ag\EPOS Positioning Controller\EPOS2\04

Programming\Windows DLL\LabVIEW\Instrument Driver

Debe ser copiada al directorio:

C:\Program Files (x86)\National Instruments\LabVIEW 2010\instr.lib

Finalmente cuando se apertura LabVIEW y se empiece a programar, se podr

visualizar los VIs asociados a la tarjeta EPOS2 50/5 como se muestra en la

figura 62.

Fig. 61 Integracin de la Libreras de la tarjeta EPOS2 50/5 en LabVIEW.

Dentro de la documentacin asociada a la integracin de las libreras del

controlador EPOS a LabVIEW se encuentran tambin una introduccin del

procedimiento bsico para empezar a usar dichas libreras, dichas

instrucciones tienen que ver con la inicializacin del dispositivo, la

comunicacin con la tarjeta EPOS2 50/5 y los procedimientos de cierre.

Programas de Control

Los programas de Control Implementados estn relacionados a los puntos de

objetivo de control, y las diferentes etapas de control implementadas

(Balanceo y Estabilizacin). Todos los programas desarrollados en LabVIEW

estn basados en el algoritmo mostrado en la figura 62.

Fig. 62 Algoritmo de Programas desarrollados en LabVIEW.

Las estructuras de control y los programas que le corresponden a cada una

de las partes de la estructura de control, estn basadas en el control por

realimentacin de conocimientos (Knowledge-Based Multilevel Feedback

Control) que se muestra en la figura 63.

Fig. 63 Knowledge-Based Multilevel Feedback Control.

Como caracterstica, el funcionamiento de Sistema Pendubot tiene dos etapas

desarrolladas por diferentes controladores, las cuales la Estructura de

Control debe satisfacer, dichas etapas son:

Balanceo; Esta etapa del Control se encarga de llevar las 2 barras prximas

a la posicin deseada

Estabilizacin: Esta etapa del Control se encarga de mantener estable el

Pendubot alrededor de una posicin de equilibrio.

En el caso del Sistema Pendubot e incluyendo todo la informacin hasta aqu

provista, la estructura del programa simplificada de control a desarrollar se


Fig. 64 Simplificacin del funcionamiento del Sistema Pendubot.

En los procedimientos de implementacin, se emplearon 4 programas

principales relacionados con los 2 puntos de control ms importantes y dems

subVIs correspondientes.

Programas de Control de Pruebas PD Pre-Alimentado

Son programas dedicados a sintonizar los controladores y trayectorias ms

eficientes para los ngulos objetivos de Control de Balanceo (Swing-Up), se

desarrollaron 2 programas asociados a la posicin superior e inferior.

Estos programas ofrecen la posibilidad de usar Control por Torque

Computado mediante PD o PID, y el objetivo es sintonizar las ganancias de

dichos controladores, estn adems implementados indicadores que indican si

el objetivo del Control por Balanceo ha sido conseguido.

El sistema coordenadas referencial del Sistema Pendubot es el que se

muestra en la figura 65, es a partir de este sistema de coordenadas que se

establecen las posiciones superior e inferior.

Fig. 65 Sistema Coordenadas del Sistema Pendubot.

La generacin de trayectorias depende de la complejidad de la posicin que se

quiere alcanzar, por ejemplo para la posicin superior nicamente se requieren

establecer las posiciones finales de los ngulos de los eslabones 01 y 02, 90

y 0 respectivamente, en el caso de la posicin inferior, las pruebas realizadas

muestran que se requiere una trayectoria sinusoidal previa para el eslabn 01,

durante un periodo de tiempo, concluido dicho periodo de tiempo, la trayectoria

se convierte en las posiciones finales de los ngulos de los eslabones 01 y 02,

-90 y 180 respectivamente.

Sintonizacin de controladores Posicin Superior

El objetivo es sintonizar las ganancias de los controladores PD y/o PID que

permitan que los valores angulares del Pendubot se encuentren en rangos de

medida que corresponden a la Posicin Superior:

El archivo asociado es: DC_PD_PID_PS_PE.vi

Los SubVIs empleados son:

Lector de Velocidad de Encoders: Vel_Enc_P3V.vi

Verificador de limites de Movimiento Angular: Hab_Control.vi

Controlador Torque Computado-PD/PID: ID_PD_PID_RSP.vi

Indicador de Inicio de Control de Estabilizacin: Cond_LQR.vi

Controlador PD/PID: ID_PD_PID_C.vi

Factor Torque-Corriente: TC_CL_LP.vi

Sintonizacin de controladores Posicin Inferior

El objetivo es sintonizar las ganancias de los controladores PD y/o PID que

permitan que los valores angulares del Pendubot se encuentren en rangos de

medida que corresponden a la Posicin Superior:

El archivo asociado es: DC_PD_PID_PI_PE.vi








Generador de Tiempo de Trayectoria: Est_Tr_PI.vi

Generador de Trayectoria: Gen_Tray_PI.vi

Programas de Control PD Pre-Alimentado y LQR

Son los programas finales que integran los controladores previamente

sintonizados correspondientes al Control de Balanceo, y los controladores LQR

correspondientes al Control de Estabilizacin, logrando la performance

deseada.

Controladores Posicin Superior

La posicin superior est determinada por las siguientes posiciones angulares:

Sin la existencia velocidad angular alguna.

El archivo asociado es: C_SistPbot_PS_001.vi






Controlador LQR Posicin Superior: Control_LQR_PS.vi


Selector de Controlador Posicin Superior: Sel_C_PS.vi

Controladores Posicin Inferior

La posicin inferior est determinada por las siguientes posiciones angulares:

Sin la existencia velocidad angular alguna.

El archivo asociado es: C_SistPbot_PI_001.vi







Controlador LQR Posicin Inferior: Control_LQR_PI.vi


Generador de Tiempo de Trayectoria: Est_Tr_PI.vi

Generador de Trayectoria: Gen_Tray_PI.vi

Selector de Controlador Posicin Inferior: Sel_C_PI.vi

Calibracin de Torque - Corriente

Esta seccin est referida al procedimiento de la obtencin de la equivalencia

entre la Corriente proporcionada por la tarjeta EPOS2 y el Torque que

representa en un modelo fsico.

Sistemas Mecnicos para Calibracin

Se tomaron en cuenta 2 sistemas mecnicos para la realizar la calibracin de

Torque-Corriente. Cada uno de los sistemas se puede acoplar sin problema

alguno al eje principal de transmisin de movimiento ubicado en la estructura

de Base-Soporte.

Sistema Simplificado I

Consta nicamente de una barra de acero inoxidable que se muestra en la

figura 66.

Fig. 66 Sistema Simplificado I.

Sistema Simplificado II

Consta de una barra de acero inoxidable mas un bloque de acero como se


Fig. 67 Sistema Simplificado I.

Procedimientos de Calibracin

El procedimiento consiste en otorgar de forma continua un valor de corriente

al motor, que est ensamblado con un sistema mecnico relativamente simple,

el cual en respuesta al torque entregado, realizar un movimiento y

estabilizacin de una posicin angular, a partir de dicha posicin se estimar el

Torque equivalente a la corriente entregada.

LabVIEW

Haciendo uso de parte de la estructura del sistema pendubot, la obtencin de

los valores de corriente y Torque se hicieron en LabVIEW, mientras que el

procesamiento de dichos valores para encontrar la correlacin adecuada se

hizo en Matlab.

El archivo asociado a la obtencin de las seales de corriente y posicin

angular es: ID_FCT_SS_V_III.vi

Matlab

Se realiza un algoritmo que describa el modelo matemtico de los sistemas

simplificados, a partir de la medicin de la posicin angular y la corriente en la

tarjeta EPOS2 50/5.

El archivo que desarrolla este procedimiento es: Pb005_IFTCSS.m

Finalmente se obtiene una funcin que describa la relacin entre Torque y

Corriente como se muestra en la figura 68.

Fig. 68 Factor de conversin Torque Corriente.

Manual del Sistema PendubotDescripcin del Sistema PendubotSistema MecnicoCaja de ControlFuente de Poder o Alimentacin del Sistema PendubotElectrnica de PotenciaCable de Poder EPOS (2756829)Cable de Motor EPOS (275851)

SensoresEncoder HEDS 5540 (Primer Grado de Libertad Eslabn 01)Encoder E6-2500-236-I-S-D-D-B (Segundo Grado de Libertad Eslabn 02)Conexin Opcional HEDS 5540 EPOS2

ActuadoresTarjeta de Adquisicin de Datos

Instalacin del Sistema PendubotEnsamble Mecnico (Sub-Ensambles)Ensamble Soporte BaseEnsamble Eslabn N 01Ensamble Eslabn N 02

Cables, diagrama y conexin de Componentes Elctricos - ElectrnicosCableado asociado a Encoder E6Cableado asociado a Encoder HEDS 5540Cableado asociado a la tarjeta EPOS 2

Ensamble del Sistema Pendubot

Integracin del Sistema PendubotSotwares EmpleadosEPOS StudioLabVIEW

Integracin de Libreras (EPOS2 LabVIEW)

Programas de ControlProgramas de Control de Pruebas PD Pre-AlimentadoSintonizacin de controladores Posicin SuperiorSintonizacin de controladores Posicin Inferior

Programas de Control PD Pre-Alimentado y LQRControladores Posicin SuperiorControladores Posicin Inferior

Calibracin de Torque - CorrienteSistemas Mecnicos para CalibracinSistema Simplificado ISistema Simplificado II

Procedimientos de CalibracinLabVIEWMatlab

manual del sistema pendubot

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