Estimación de velocidad y aceleración de enlaces de múltiples sensores descentralizados tolerantes a fallos para robots de juntas elásticas

En los manipuladores robóticos, la detección de posición se ha establecido como una medida cinemática central, mientras que la velocidad se deduce típicamente de manera numérica a partir de ella mediante diferenciación. Sin embargo, varios algoritmos, ya sean de control, monitoreo y detección de colisiones, compensación de fricción, métodos basados en aprendizaje o identificación de modelos, se beneficiarían enormemente de información precisa y de alta velocidad de enlace sobre la velocidad y aceleración. En este trabajo, abordamos el problema de la fusión descentralizada de múltiples sensores para estimar con alta precisión y ancho de banda la velocidad y aceleración en el lado del enlace tanto para manipuladores robóticos de cuerpo rígido como flexibles. Esto se realiza fusionando las mediciones de par de la junta y posición del motor con unidades de medida inercial (IMUs) montadas en la estructura del robot. Además, discutimos cómo distribuir óptimamente estas IMUs a lo largo de la estructura del robot. Un objetivo es maximizar la relación señal-ruido en el sentido de Fisher y, en consecuencia, permitir resultados de estimación más precisos. Un objetivo secundario puede ser aumentar la probabilidad de detección de colisiones no deseadas e impredecibles. Además, dado que la configuración propuesta se basa en diferentes tipos de sensores—que pueden aprovecharse aún más—se introduce un esquema práctico pero simple para la detección y aislamiento de fallos en sensores. Evaluamos nuestras afirmaciones y métodos en simulaciones y experimentos basados en un manipulador de última generación con 7 grados de libertad (DoF).