Publicación

Nonlinear Control System for Humanoid Robot to Perform Body Language Movements

Juan Manuel Gomez-Quispe · Gustavo Pérez-Zúñiga · Diego Arce · Fiorella Urbina · Sareli Gibaja · Renato Paredes · Francisco Cuéllar
2023 Sensors DOI: 10.3390/s23010552 1 vistas

Resumen

In social robotics, especially with regard to direct interactions between robots and humans, the robotic movements of the body, arms and head must make an adequate displacement to guarantee an adequate interaction, both from a functional and social point of view. To achieve this, the use of closed-loop control techniques that consider the complex nonlinear dynamics and disturbances inherent in these systems is required. In this paper, an implementation of a nonlinear controller for the tracking of trajectories and a profile of speeds that execute the movements of the arms and head of a humanoid robot based on the mathematical model is proposed. First, the design and implementation of the arms and head are initially presented, then the mathematical model via kinematic and dynamic analysis was performed. With the above, the design of nonlinear controllers such as nonlinear proportional derivative control with gravity compensation, Backstepping control, Sliding Mode control and the application of each of them to the robotic system are presented. A comparative analysis based on a frequency analysis, the efficiency in polynomial trajectories and the implementation requirements allowed selecting the non-linear Backstepping control technique to be implemented. Then, for the implementation, a centralized control architecture is considered, which uses a central microcontroller in the external loop and an internal microcontroller (as internal loop) for each of the actuators. With the above, the selected controller was validated through experiments performed in real time on the implemented humanoid robot, demonstrating proper path tracking of established trajectories for performing body language movements.

Autores y colaboradores

Authors

Juan Manuel Gomez-Quispe
Fiorella Urbina
Sareli Gibaja

Palabras clave

Backstepping control Dynamic model Redundant manipulator Sliding Mode control

Proyectos

Research Projects

Item type:Research Project,
Validación de Robot Móvil Teleoperado para la Promoción y Tratamiento de Salud Mental en el Campus PUCP
P_ROBOT-SM
La pandemia por COVID-19 ha impactado negativamente la salud mental de la población peruana. Se estima que el 57.2% de la población de Lima Metropolitana sufre de estrés moderado a severo, el cual podría deberse al constante riesgo de contagio, la salud de las personas adultas mayores en el hogar, el impacto financiero de la pandemia, la convivencia con familiares contagiados y las consecuencias neuropsiquiátricas de la enfermedad. En funcionarios universitarios se ha observado la presencia de estrés en un 55,7%, depresión en un 26% y ansiedad en un 29,2%, con una mayor prevalencia en mujeres, académicos, menores de 40 años y en trabajadores contratados. Se propone utilizar un robot móvil de telepresencia para brindar sesiones de primeros auxilios psicológicos a quienes lo requieran dentro del campus. Esta solución permitirá una atención de salud mental flexible, biosegura y de fácil acceso, debido a que será teleoperada por un equipo de terapeutas ubicados dentro o fuera del campus. Además, este robot permitirá la búsqueda activa de pacientes a través de la difusión de mensajes orientados a percibir la búsqueda de ayuda psicológica como un hábito saludable, a través de rutinas lúdicas de interacción humano-robot desplegadas en el campus.