03/07/2014 - El consumo energético de las articulaciones de los robots puede reducirse en un 40% en el laboratorio

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Los robots se utilizan cada vez más en los procesos industriales, por la capacidad que tienen de cumplir tareas repetitivas de un modo preciso y fiable. Actualmente, se utilizan controladores digitales para impulsar los motores de las articulaciones de dichos robots. Y no es tarea fácil desarrollar y programar esos controladores de forma que trabajen eficientemente.

Unai Ugalde Olea, profesor del Departamento de Tecnología Electrónica de la UPV/EHU, ha analizado la forma de propulsar esos sistemas o robots con una mayor eficiencia energética, y ha comprobado -a nivel de laboratorio- que en algunos casos el consumo de energía se puede reducir hasta en un 40%.

El estudio ha sido publicado en la revista Control Engineering Practice.

Imaginemos, por un momento, el brazo de un robot que se lleva a la boca una taza de café una y otra vez. La articulación de ese brazo robótico necesita cierta flexibilidad, y un motor eléctrico, que propulse los movimientos ascendentes y descendentes. Así pues, hay que mandarle unas órdenes al motor, para que esa articulación realice los movimientos correspondientes. "Los motores deben recibir órdenes constantemente. De hecho, el motor debe saber en todo momento en qué angulo debe estar su eje. Sin embargo, los controladores digitales actuales solo emiten órdenes en momentos concretos (en tiempo discreto); se puede decir que emiten órdenes por pulsaciones: primero una orden, luego una pequeña pausa, luego otra orden, otra pequeña pausa... y así" ha explicado Unai Ugalde, profesor del Departamento de Tecnología Electrónica de la UPV/EHU. Precisamente, el investigador de la UPV/EHU ha realizado una nueva propuesta para ese intervalo de tiempo en el que no hay ninguna orden.

En general, en la industria, mientras no se emita una nueva orden, prevalece la orden anterior. Es decir, hasta que llegue la nueva orden de control, se ejecuta la orden anterior. "En este estudio hemos concluido que ese modo de funcionamiento se puede cambiar. Hemos utilizado una función polinómica basada en dos valores (que corresponden a las dos últimas ordenes) para reconstruir de algún modo el proceso" ha explicado Ugalde. "De hecho, esa ha sido la novedad de la investigación", añade.

El ahorro energético

Hasta ahora, se tomaba en cuenta la orden anterior hasta que se emitía la nueva orden de control; esto es, se utilizaba lo que en la literatura de control de sistemas se denomina la reconstrucción de orden cero (zero-order reconstruction). Sin embargo, esa no es la única opción, y, de hecho, este trabajo de investigación se ha centrado en ese aspecto. En concreto, el investigador ha tenido como objetivo estudiar y comprobar de un modo experimental las ventajas que conlleva tomar en cuenta ambas órdenes, la última y la antepenúltima. Cuando esa reconstrucción es lineal a pendiente constante y no plana, se denomina reconstrucción de orden fraccional (fractional-order reconstruction), y aunque es bien conocida, no se ha tenido muy en cuenta hasta ahora.

Ugalde ha comprobado que las reconstrucciones polinómicas o de orden fraccional pueden ser interesantes en articulaciones flexibles, como es el caso de los codos y las muñecas de los robots. De hecho, los ensayos de laboratorio han demostrado que "se reduce sensiblemente la energía que se necesita para propulsar los motores. En los casos ideales, esa reducción puede ser hasta de un 40%, sin perder precisión en el recorrido previsto", ha explicado Ugalde.

Esos ensayos se han efectuado a nivel de laboratorio, y en un prototipo de pequeña escala, esto es, en condiciones ideales. "El próximo paso debería ser comprobar si se puede conseguir un ahorro semejante a nivel industrial. De todas formas, aunque el ahorro fuera inferior, en vista del coste de la energía eléctrica, sería un avance importante", añade el investigador de la UPV/EHU.

Acerca del autor

Unai Ugalde Olea (Bilbao, 1968) es ingeniero eléctrico, y doctor en Ciencias Físicas. Además, es profesor del Departamento de Tecnología Electrónica de la UPV/EHU, en la Escuela Universitaria Técnica Industrial de Bilbao. Ha realizado su tesis, 'Generalized Hold Devices for Digital-to-Analog Conversion in Electronically Controlled Systems', en esa misma escuela, bajo la dirección de los profesores Rafael Bárcena y Koldo Basterretxea. El estudio publicado en la revista Control Engineering Practice se sitúa en ese contexto.

Referencia bibliográfica

U. Ugalde, R. Bárcena, K. Basterretxea. 'Generalized sampled-data holds to reduce energy consumption in resonant systems'. Control Engineering Practice 26: 28-40 (2014):

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967066114000367

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Fuente noticia e imágenes: UPV/EHU

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