CONCLUSIONES
7.1
Conclusiones y Aportaciones de la Tesis
La Teleoperación es una tecnología que ha evolucionado a la par de la robótica, y ha tenido un resurgir en los últimos años debido principalmente a la gran cantidad de aplicaciones no tradicionales que han surgido. La misma, promete ser un campo con grandes perspectivas a futuro en cuanto a nuevas aplicaciones, por lo tanto se trata de un tema de actualidad y de gran interés, especialmente en lo que a investigación y desarrollo se refiere.
En esta Tesis se ha hecho un estudio de los principales esquemas de control bilateral tradicionalmente usados en la Teleoperación, así como también de novedosos esquemas avanzados que permiten superar ciertas deficiencias que tienen los esquemas clásicos ante determinadas circunstancias. Dado que en la Teleoperación el operador humano es quien cierra el bucle de control a través de un dispositivo o manipulador maestro, si el mismo recibe únicamente información visual de la zona remota en la que se encuentra realizando una tarea el manipulador esclavo, su desempeño será pobre, deficiente y poco seguro. Es por ello, que el control bilateral es un tema de gran importancia y actualidad, que tiene la finalidad de lograr desarrollar sistemas teleoperados con los cuales se puedan realizar tareas de manera eficiente y segura, tanto para el manipulador esclavo como para el entorno en el cual trabaja.
Durante la ejecución de la presente Tesis se han realizado varias aportaciones, con las cuales se han obtenido diversas conclusiones, cuyo propósito es aportar soluciones que permitan desarrollar sistemas teleoperados cada vez más avanzados y con mejores prestaciones. A continuación, se presenta un compendio de aquellas consideradas más
importante, y en el mismo orden en el cual fueron presentadas a lo largo de la Tesis. Para facilitar la lectura serán clasificadas en función de la aportación a la cual se encuentra asociada.
1. Diseño de la plataforma de teleoperación. La arquitectura implementada, completamente flexible, modular y abierta que permite la experimentación de diversas tecnologías aplicables a la teleoperación.
• La arquitectura implementada, permitió la experimentación de algoritmos de control con y sin retardo en las comunicaciones, al igual que sirvió para implementar displays predictivos e interfaces hápticas.
• La arquitectura basada en un sistema Maestro-Esclavo comercial permitió la experimentación con sistemas industriales, ofreciendo la ventaja de trabajar sobre una plataforma real, cuyos resultados pueden ser extrapolables a las condiciones de trabajo real con mayor facilidad.
• Las tarjetas controladoras diseñadas permiten el uso de los tanto del maestro como del esclavo de manera individual. Ofreciendo un desempeño en la ejecución de algoritmos de control de aproximadamente 8Khz por cada grado de libertad.
2. Identificación y Control de la plataforma de teleoperación. Se estableció un marco de trabajo mediante el cual es posible realizar la identificación y control de manipuladores.
• Se identificaron los sistemas maestro y esclavo de manera individual, obteniendo modelos desacoplados de los mismos, con los cuales es posible diseñar algoritmos de control basados en ellos.
• Se implementaron algoritmos de control bilateral sobre una plataforma industrial comercial, apta para su empleo en aplicaciones reales.
• El marco de trabajo documentado en la Tesis, puede servir de “Tutorial” a la hora de identificar y controlar sistemas de teleoperación Maestro- Esclavo.
3. Estudio de la percepción del entorno por el operador. Se realizó un estudio teórico sobre la influencia que tienen los distintos parámetros de los esquemas clásicos bilaterales sobre la percepción del entorno por parte del operador.
• Se obtuvo las distintas expresiones teóricas que definen el comportamiento de los esquemas Posición-Posición y Fuerza-Posición, visto desde la perspectiva del dispositivo Maestro.
• Se realizó una tabla comparativa analizando la influencia individual que tienen cada uno de los distintos elementos que forman parte de los esquemas.
• Se determinó de manera teórica y aproximada, la magnitud que debe tener los controladores para maximizar la calidad de la percepción que tiene el operador del entorno.
4. Estudio del esquema Fuerza-Posición con retardo en las comunicaciones. Se realizó un estudio teórico sobre el efecto que tiene el retardo en las comunicaciones sobre el desempeño del esquema Fuerza-Posición.
• Se realizó un análisis del efecto del retardo sobre la estabilidad del sistema mediante el criterio de Routh, determinando la manera en que influye sobre el límite máximo del coeficiente de reflexión y su relación con la rigidez del entorno.
• Se analizó el efecto que tiene el retardo sobre el lugar geométrico de las raíces, apreciando las condiciones sobre las cuales la respuesta del sistema se hace más o menos oscilatoria. De igual manera se corroboró el efecto que tiene el efecto derivativo sobre la dinámica de la respuesta temporal y como puede ayudar cuando se tienen retardo de magnitudes pequeñas.
• Se estudió el efecto que tiene el retardo sobre el error en estado estacionario del sistema Maestro-Esclavo, notándose una influencia indirecta a través del límite máximo que puede tener el coeficiente de reflexión de fuerzas.
• Se comprobó el desempeño del esquema Fuerza-Posición con retardo en las comunicaciones de manera experimental.
5. Estudio del esquema Fuerza-Velocidad con retardo en las comunicaciones. Se comprobó de manera experimental las principales características que ofrece el empleo de la técnica de pasivización de la línea de comunicación en sistemas teleoperados bilaterales.
• Se demostró la utilidad que tiene la técnica de pasivización de la línea de comunicación en sistemas teleoperados bilaterales a la hora de garantizar la estabilidad del sistema ante retardos moderados en las comunicaciones.
• Se demostró y documentó el comportamiento característico del sistema cuando se emplea la técnica de pasivización de la línea de comunicaciones en la ejecución de tareas teleoperadas. Donde el maestro no refleja fuerzas excesivas sino que aplica un efecto de saturación sobre la misma.
• Se comprobó que esta técnica ofrece límites máximos superiores del coeficiente de reflexión de fuerzas, superiores a los que permite los esquemas clásicos de control bilateral.
6. Desarrollo de reguladores bilaterales mediante el algoritmo de convergencia de estados. Se presentó una metodología de diseño de controladores basados en el concepto de transparencia.
• Se demostró que los controladores diseñados mediante esta metodología, alcanzan un elevado grado de transparencia en régimen permanente, mejorando de esta manera la percepción que tiene el operador del entorno con el cual interactúa el esclavo.
• Se demostró el funcionamiento de los controladores diseñados de manera experimental, mostrando un comportamiento estable y obteniendo una buena reflexión de fuerzas.
• Se presentó el procedimiento de obtención de los algoritmos de control bilateral clásicos a partir del algoritmo de control bilateral por convergencia de estados modificado, demostrando que el mismo puede considerarse como una generalización de los algoritmos de control bilateral clásicos.
7.2
Trabajos Futuros
Obtener modelos acoplados de los sistemas Maestro y Esclavo, que permitan estudiar las posibles mejoras en el desempeño de los controladores que puedan ser diseñados.
Incorporar el Modelo del operador en los estudios analíticos, de manera que pueda estudiarse el efecto que tiene sobre el desempeño general del sistema.
Realizar el estudio analítico y experimental cuando el retardo en las comunicaciones no es constante sino variable.
Desarrollar una librería basada en la arquitectura Cliente-Servidor que permita programar aplicaciones usando Internet como medio de comunicación tanto para el Maestro como para el Esclavo de una manera sencilla.