Matrix approach to discrete fractional calculus II: partial fractional differential equations

A new method that enables easy and convenient discretization of partial differential equations with derivatives of arbitrary real order (so-called fractional derivatives) and delays is presented and illustrated on numerical solution of various types of fractional diffusion equation. The suggested method is the development of Podlubny's matrix approach (Fractional Calculus and Applied Analysis, vol. 3, no. 4, 2000, 359--386). Four examples of numerical solution of fractional diffusion equation with various combinations of time/space fractional derivatives (integer/integer, fractional/integer, integer/fractional, and fractional/fractional) with respect to time and to the spatial variable are provided in order to illustrate how simple and general is the suggested approach. The fifth example illustrates that the method can be equally simply used for fractional differential equations with delays. A set of MATLAB routines for the implementation of the method as well as sample code used to solve the examples have been developed.Comment: 33 pages, 12 figure

Modelado fraccional de órdenes de contacto con el entorno en aplicaciones de robot flexibles

Comunicación presentada a las XXXIX Jornadas de Automática, celebradas en Badajoz del 5 al 7 de Septiembre de 2018 y organizada por la Universidad de Extremadura.The control of flexible robots that interact with the environment presents some difficulties because the mechanical environment is unknown. In this kind of applications, force robust control rather than position control is required. The purpose of this paper is to model the mechanical impedance of the environment contacted by a flexible link based on the well-known spring-damper system typically used in the literature, considering models of both integer and fractional order. In particular, four models are identified: 1) linear regression model, 2) spring-damper model, 3) spring-damper model that also includes a spring for the robotic arm, and 4) fractional order extension of spring-damper model. Experimental results (impacts with ten different objects) are given to identify the parameters of the considered models. The goodness of the adjustment is analyzed by a set of performance indices. The results show that fractional models may have better performance in comparison with classical alternatives proposed in the literature for the objects used in this study.El control de robots flexibles que interactúan con el entorno presenta algunas dificultades porque se desconoce el entorno mecánico. En este tipo de aplicaciones, se requiere un control robusto en lugar de un control de posición. El propósito de este trabajo es modelar la impedancia mecánica del entorno contactado por un enlace flexible basado en el conocido sistema de amortiguador de resortes que se usa típicamente en la literatura, considerando modelos de orden entero y fraccional. En particular, se identifican cuatro modelos: 1) modelo de regresión lineal, 2) modelo de amortiguador de resorte, 3) modelo de amortiguador de resorte que también incluye un resorte para el brazo robótico, y 4) extensión de orden fraccional del modelo de amortiguador de resorte. Se dan resultados experimentales (impactos con diez objetos diferentes) para identificar los parámetros de los modelos considerados. La bondad del ajuste se analiza mediante un conjunto de índices de rendimiento. Los resultados muestran que los modelos fraccionarios pueden tener un mejor rendimiento en comparación con las alternativas clásicas propuestas en la literatura para los objetos utilizados en este estudio.Spanish Ministry of Economy and Competitiveness. Project DPI2016-80547-R.peerReviewe

Respuesta de frecuencia de los actuadores IPMC: caracterización física e identificación para control

Comunicación presentada a las XXXIX Jornadas de Automática, celebradas en Badajoz del 5 al 7 de Septiembre de 2018 y organizada por la Universidad de Extremadura.Ionic polymer metal composite (IPMC) actuators have promising applications in robotics and medicine in a not distance future, which will require a big knowledge in different fields, such as, manufacturing, material characterization and control theory. In this paper, frequency response of several IPMC actuators, cut from the same bulk IPMC sheet with a micro laser etching machine, is analyzed. Specifically, the objective is to 1) characterize each actuator, i.e., determine how cutting affects to the parameters of the physical model of this kind of actuators, and 2) identify a model for each actuator for control purposes. The frequency responses have been obtained experimentally in LabVIEW by attaching a couple of gold electrodes to each IPMC unit and measuring the tip deection by means of a laser distance meter.Los actuadores de compuesto de polímero metálico iónico (IPMC) tienen aplicaciones prometedoras en robótica y medicina en un futuro no lejano, lo que requerirá un gran conocimiento en diferentes campos, como la fabricación, la caracterización de materiales y la teoría de control. En este documento, se analiza la respuesta de frecuencia de varios actuadores IPMC, cortados de la misma hoja de IPMC a granel con una máquina de grabado por láser micro. Específicamente, el objetivo es 1) caracterizar cada actuador, es decir, determinar cómo afecta el corte a los parámetros del modelo físico de este tipo de actuadores, y 2) identificar un modelo para cada actuador con fines de control. Las respuestas de frecuencia se han obtenido experimentalmente en LabVIEW al conectar un par de electrodos de oro a cada unidad IPMC y medir la división de la punta por medio de un medidor de distancia láser.Spanish Ministry of Economy and Competitiveness. Project with reference DPI2016-80547-R.peerReviewe

Frequency response of IPMC actuators: Physical characterization and identification for control

Ionic polymer metal composite (IPMC) actuators have promising applications in robotics and medicine in a not distance future, which will require a big knowledge in different fields, such as, manufacturing, material characterization and control theory. In this paper, frequency response of several IPMC actuators, cut from the same bulk IPMC sheet with a micro laser etching machine, is analyzed. Specifically, the objective is to1) characterize each actuator, i.e., determine how cutting affects to the parameters of the physical model of this kind of actuators, and 2) identify a model for each actuator for control purposes. The frequency responses have been obtained experimentally in LabVIEW by attaching a couple of gold electrodes to each IPMC unit and measuring the tip deflection by means of a laser distance meter

Jornadas Nacionales de Robótica y Bioingeniería 2023: Libro de actas

Las Jornadas de Robótica y Bioingeniería de 2023 tienen lugar en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de IVIadrid, entre los días 14 y 16 de junio de 2023. En este evento propiciado por el Comité Español de Automática (CEA) tiene lugar la celebración conjunta de las XII Jornadas Nacionales de Robótica y el XIV Simposio CEA de Bioingeniería. Las Jornadas Nacionales de Robótica es un evento promovido por el Grupo Temático de Robótica (GTRob) de CEA para dar visibilidad y mostrar las actividades desarrolladas en el ámbito de la investigación y transferencia tecnológica en robótica. Asimismo, el propósito de Simposio de Bioingeniería, que cumple ahora su decimocuarta dicción, es el de proporcionar un espacio de encuentro entre investigadores, desabolladores, personal clínico, alumnos, industriales, profesionales en general e incluso usuarios que realicen su actividad en el ámbito de la bioingeniería. Estos eventos se han celebrado de forma conjunta en la anualidad 2023. Esto ha permitido aunar y congregar un elevado número de participantes tanto de la temática robótica como de bioingeniería (investigadores, profesores, desabolladores y profesionales en general), que ha posibilitado establecer puntos de encuentro, sinergias y colaboraciones entre ambos. El programa de las jornadas aúna comunicaciones científicas de los últimos resultados de investigación obtenidos, por los grupos a nivel español más representativos dentro de la temática de robótica y bioingeniería, así como mesas redondas y conferencias en las que se debatirán los temas de mayor interés en la actualidad. En relación con las comunicaciones científicas presentadas al evento, se ha recibido un total de 46 ponencias, lo que sin duda alguna refleja el alto interés de la comunidad científica en las Jornadas de Robótica y Bioingeniería. Estos trabajos serán expuestos y presentados a lo largo de un total de 10 sesiones, distribuidas durante los diferentes días de las Jornadas. Las temáticas de los trabajos cubren los principales retos científicos relacionados con la robótica y la bioingeniería: robótica aérea, submarina, terrestre, percepción del entorno, manipulación, robótica social, robótica médica, teleoperación, procesamiento de señales biológicos, neurorehabilitación etc. Confiamos, y estamos seguros de ello, que el desarrollo de las jornadas sea completamente productivo no solo para los participantes en las Jornadas que podrán establecer nuevos lazos y relaciones fructíferas entre los diferentes grupos, sino también aquellos investigadores que no hayan podido asistir. Este documento que integra y recoge todas las comunicaciones científicas permitirá un análisis más detallado de cada una de las mismas