Desarrollo de un controlador para motores DC brushless basado en CompactRIO y LabVIEW de National Instruments para el estudio de nuevos algoritmos de control

Este proyecto que el CAR inició hace pocos años tiene como objetivo principal el estudio y desarrollo de nuevas tecnologías en el campo de actuación y control automático, que servirá de base para otras futuras investigaciones dentro del centro. La tecnología a la que se hace mención se refiere al control de actuadores basados en motores DC brushless (BLDC Motors) empleando el sistema de hardware embebido CompactRIO y programación LabVIEW de National Instruments. Tradicionalmente se emplea en el CAR motores DC con escobillas para la mayoría de sus diseños robóticos. Recientemente, gracias a los nuevos avances tecnológicos y la reducción de costos, los motores brushless se están convirtiendo en una opción rentable que aportan beneficios tanto en relación par-motor/tamaño como en relación par-motor/precio. Por otro lado, las tarjetas electrónicas de control antiguas que aún se emplean en el CAR no ofrecen las ventajas y versatilidad de los nuevos sistemas embebidos. Es por ello que el centro estudia la integración del sistema embebido CompactRIO, desarrollado por National Instruments, con los robots desarrollados en el CAR. Entre otras ventajas, este sistema embebido permite ser reprogramado, tanto en software (programa que ejecuta una CPU) como en hardware (reconfiguración de una FPGA), permitiendo que el actuador pueda ser empleado prácticamente en cualquier tipo de aplicación en el campo de la automática y la robótica. Como se acaba de comentar, el CSIC estudia la posibilidad de incorporar estas nuevas tecnologías en sus proyectos futuros. Para ello, desarrollaremos un proyecto, que como objetivo principal, consiste en diseñar e implementar un controlador de motores DC brushless mediante el uso de CompactRIO y LabVIEW de National Instruments. Dividiremos este proyecto en cuatro partes. De estas cuatro partes, las tres últimas nos definirán a su vez los tres objetivos principales, los cuales se explican a continuación: 1. Aprendizaje y desarrollo de un nivel alto de programación del lenguaje G que se necesita para elaborar cualquier tipo de programa a través del entorno de programación grafica llamado LabVIEW, proporcionado por National Instruments. El curso de aprendizaje consiste en estudiar tres manuales de usuario suministrados por la propia empresa National Instruments. En los dos primeros se explica con detenimiento todas las herramientas y aplicaciones que posee LabVIEW (LabVIEW Core 1 y LabVIEW Core 2). En el tercero se explica cómo saber utilizar las herramientas y aplicaciones específicas de la FPGA que incorpora la CompactRIO (LabVIEW FPGA). 2. Desarrollo de un programa específico para el control de motores DC brushless. Este programa a su vez se divide en dos subobjetivos. El primero es el diseño del control de velocidad en lazo cerrado. El programa consiste en una sensorización y procesamiento de datos, tanto de la posición del motor a través de unos sensores de efecto hall, como de otras entradas auxiliares, que permiten medir la velocidad y posición del motor. A partir de estos valores se implementa un lazo cerrado de control empleando un módulo regulador (un PID). El segundo es la implementación de la máquina de estados para el control de conmutación, de tal forma que finalmente se generen las consignas de actuación codificadas en señales moduladas en ancho de pulso (PWM). Estas señales de salida activan las puertas de un inversor trifásico basado en transistores MOSFET que proporciona potencia al motor. Se utiliza como hardware el controlador de automatización programable CompactRIO y como software se utiliza el entorno de desarrollo gráfico LabVIEW, ambos suministrados por National Instruments. 3. Diseño y posterior fabricación de una etapa de suministro de potencia para un motor DC brushless. Se denomina comúnmente driver, que en este caso consiste en un conjunto de transistores organizados en configuración de puente H triple o inversor trifásico (de tres ramas). El motor DC brushless es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad de los electroimanes dentro del rotor, requiriendo que la conmutación (cambio de polaridad) sea realizada de manera externa al motor. El motor que usaremos en el proyecto contiene tres fases (tres bobinados), las cuales se activan o se desactivan sincronizadamente para mover el motor. Para activar estas tres fases también se construye un puente H triple que controle el suministro de energía a cada bobinado. Además la etapa de potencia cuenta a su vez con una etapa de acondicionamiento de señales que deberán activar las entradas a las puertas del puente H triple, señales que provendrán de la CompactRIO a través de sus modulo E/S. con un regulador de 12V que suministre energía a las demás partes de la placa PCB y un regulador de 5V que alimenta los sensores Hall. 4. Por último, desarrollo de pruebas de control y experimentación sobre el motor aplicado a casos reales. Se le incorpora al motor DC brushless en un banco de pruebas y se le somete a distintos experimentos para calcular factores de trabajo.Ingeniería Técnica en Electrónic

Heterogeneous Diffusion, Stability Analysis, and Solution Profiles for a MHD Darcy–Forchheimer Model.

post-print287 K

Non-homogeneous reaction in a non-linear diffusion operator with advection to model a mass transfer process.

It is the objective to provide a mathematical treatment of a nonhomogeneous and non-lipschitz reaction problem with a non-linear diffusion and advection operator, so that it can be applied to a fire extinguishing process in aerospace. The main findings are related with the existence and characterization of a finite propagation support that emerges in virtue of the the non-linear diffusion formulation. It is provided a precise assessment on different times associated to the extinguisher discharge process. Particularly, the time required to activate the discharge, the time required for the extinguisher front to cover the whole domain, the time required to reach a minimum level of concentration so as to extinguish a fire and the time required by the agent to reach some difficult dead zones where the extinguisher propagates only by diffusion and no advection. The equation proposed is firstly discussed from a mathematical perspective to find analytical solutions and propagating profiles. Afterwards, the application exercise is introduced.pre-print2494 K

Service Robots in Catering Applications: A Review and Future Challenges.

“Hello, I’m the TERMINATOR, and I’ll be your server today”. Diners might soon be feeling this greeting, with Optimus Prime in the kitchen and Wall-E then sending your order to C-3PO. In our daily lives, a version of that future is already showing up. Robotics companies are designing robots to handle tasks, including serving, interacting, collaborating, and helping. These service robots are intended to coexist with humans and engage in relationships that lead them to a better quality of life in our society. Their constant evolution and the arising of new challenges lead to an update of the existing systems. This update provides a generic vision of two questions: the advance of service robots, and more importantly, how these robots are applied in society (professional and personal) based on the market application. In this update, a new category is proposed: catering robotics. This proposal is based on the technological advances that generate new multidisciplinary application fields and challenges. Waiter robots is an example of the catering robotics. These robotic platforms might have social capacities to interact with the consumer and other robots, and at the same time, might have physical skills to perform complex tasks in professional environments such as restaurants. This paper explains the guidelines to develop a waiter robot, considering aspects such as architecture, interaction, planning, and executionpost-print13305 K

Algoritmo de captura de movimiento basado en visión por computador para la teleoperación de robots humanoides

[Resumen] Desde hace tiempo, los seres humanos estamos desarrollando robots que puedan ayudarnos a mejorar nuestra calidad de vida. Esta ayuda puede ofrecerse de distintas maneras, ya sea con la sustitución completa de la persona para eliminar completamente cualquier riesgo o con la idea de compartir distintas tareas. Desde el grupo de investigación RoboticsLab de robots humanoides en la universidad Carlos III de Madrid, estamos empezando a sentar las bases de desarrollo de un robot humanoide con la habilidad de realizar tareas de camarero. Por ello, esta investigación es una primera fase, la cual se centra en la búsqueda de un método de teleoperación que nos permita posteriormente enseñar al robot humanoide comportamientos o trayectorias relacionadas con el ofrecimiento de bebidas. Para ello, a través de la cámara Kinect y sus herramientas, hemos desarrollado un algoritmo de teleoperación basado en RPY (rollpitch-yaw) para la obtención de los valores de actuación que a posterior se aplicaran sobre el robot humanoide TEO.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2013-47944-C4-1-

Correction of Visual Perception Based on Neuro-Fuzzy Learning for the Humanoid Robot TEO

New applications related to robotic manipulation or transportation tasks, with or without physical grasping, are continuously being developed. To perform these activities, the robot takes advantage of different kinds of perceptions. One of the key perceptions in robotics is vision. However, some problems related to image processing makes the application of visual information within robot control algorithms difficult. Camera-based systems have inherent errors that affect the quality and reliability of the information obtained. The need of correcting image distortion slows down image parameter computing, which decreases performance of control algorithms. In this paper, a new approach to correcting several sources of visual distortions on images in only one computing step is proposed. The goal of this system/algorithm is the computation of the tilt angle of an object transported by a robot, minimizing image inherent errors and increasing computing speed. After capturing the image, the computer system extracts the angle using a Fuzzy filter that corrects at the same time all possible distortions, obtaining the real angle in only one processing step. This filter has been developed by the means of Neuro-Fuzzy learning techniques, using datasets with information obtained from real experiments. In this way, the computing time has been decreased and the performance of the application has been improved. The resulting algorithm has been tried out experimentally in robot transportation tasks in the humanoid robot TEO (Task Environment Operator) from the University Carlos III of Madrid.The research leading to these results has received funding from the RoboCity2030-III-CM project (Robótica aplicada a la mejora de la calidad de vida de los ciudadanos. fase III; S2013/MIT-2748), funded by Programas de Actividades I + D en la Comunidad de Madrid and cofunded by Structural Funds of the EU

Electronics improvements for low-level control in the humanoid robot TEO

[Abstract] This work began with developing the first electronic integration to allow the operation of commercial TEO devices pre-selected. However, different problems were discovered during the implementation of the whole set. These were caused by the malfunction of the system and the particular design. For this reason, this paper is focused on the analysis of the first hardware architecture to propose and develop a solution that improves the performance of the joint motor control.Significantly, the detected problems are voltage drops in the power supply signals of some devices, electrical noise coupling or overshoots produced by the switching of the power inverter of the driver, and the electromechanical disconnections of various signals caused by the relative motion between devices. The consequence was that the robot joints control was not robust, preventing them from moving accurately. After the analysis, new interconnection electronics was developed. This electronic has been designed to be more integrated with the mechanic parts, improving subsystems location, and integrating new solutions to reduce the electrical problems. The new electronics have been tested in the humanoid robot arms with good results.Universidad Carlos III de Madrid; SHARON-CM-UC3MRoboCity2030-DIH-CM Madrid Robotics Digital Innovation Hub;S2018/NMT-433

Robotics in health care: Perspectives of robot-aided interventions in clinical practice for rehabilitation of upper limbs

This article belongs to the Special Issue Rehabilitation Robotics: Recent Advancements and New Perspectives about Training and Assessment of Sensorimotor Functions.Robot-aided systems to support the physical rehabilitation of individuals with neurological impairment is one of the fields that has been widely developed in the last few decades. However, the adoption of these systems in clinical practice remains limited. In order to better understanding the causes of this limitation, a systematic review of robot-based systems focused on upper extremity rehabilitation is presented in this paper. A systematic search and review of related articles in the literature were conducted. The chosen works were analyzed according to the type of device, the data analysis capability, the therapy method, the human–robot interaction, the safety strategies, and the focus of treatment. As a conclusion, self-adaptation for personalizing the treatments, safeguarding and enhancing of patient–robot interaction towards training essential factors of movement generation into the same paradigm, or the use of lifelike environments in fully-immersive virtual reality for increasing the assimilation of motor gains could be relevant factors to develop more accepted robot-aided systems in clinical practice.This work was supported in part by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness via the ROBOESPASproject (DPI2017-87562-C2-1-R) and in part by the RoboCity2030-DIH-CMMadrid Robotics Digital Innovation Hub ("Robótica aplicada a la mejora de la calidad de vida de los ciudadanos, Fase IV"; S2018/NMT-4331), which is funded by the Programas de Actividades I+DComunidad de Madrid and cofunded by the Structural Funds of the EU

Combining Deep Learning and Compressed SensingMethods for the 3D Characterization of Ultra-ThinEpitaxial Layers Grown on Controlled-Shape Nano-Oxides

Using a nanostructured platform (a controlled-shape nano-oxide) and conventional wet impregnation techniques, powder-type materials have been prepared in which atomically thin surface layers are deposited under very mild conditions. More importantly, an advanced methodology, combining energy dispersive X-ray spectroscopy-scanning transmission electron tomography (STEM-EDX ET) and deep learning denoising techniques, has been developed for the 3D compositional characterization of these unique nanosystems. The complex case of LaOx-coated CeO2 nanocubes is illustrated. For these, aberration corrected 2D STEM-EDX evidence that ceria nanocubes become covered with a 2–4 atom-thick layer of a La, Ce-mixed oxide with spatially varying composition. However, STEM-EDX ET reveals that this layer distributes unevenly, patching most of the available nanocube surface. The large flexibility and spread availability of the involved synthetic techniques enables, using the tools here developed, a wide exploration of the wealth of questions and applications of these intriguing, atomically thin, surface oxide phases10 página

Protocolo W2LAN para transformar una red móvil 802.11 Ad-Hoc (MANET) en una LAN Ethernet

Las redes MANET (Mobile Ad-Hoc Network) presentan el problema de la visibilidad parcial [1], por lo que hay que considerar protocolos de encaminamiento de nivel de enlace (capa 2 OSI) o superior. Algunos ejemplos de protocolos de encaminamiento en uso podrían ser el protocolo AODV (Ad Hoc On-demand Distance Vector[2]) -reactivo- y DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector [3]) -proactivo-. En [4] se puede encontrar una comparativa extensa sobre protocolos de encaminamiento en redes MANET, observando que una característica común de estos protocolos es su complejidad. Con todo esto en mente, y teniendo en cuenta que las redes LAN Ethernet son omnipresentes [5] y sus protocolos y aplicaciones robustos y sobradamente conocidos, la idea de mantenerlos parece más que razonable. Ahora bien, hay una característica que las redes LAN tienen que las redes IEEE 802.11x MANET no tienen: la visibilidad total.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicació