Control en tiempo real de robots blandos utilizando modelado por elementos finitos asíncrono

El análisis por Elementos Finito puede proporcionar modelos deformables precisos para robots blandos. Sin embargo, usar tales modelos es muy difícil en un sistema de control en tiempo real. En este documento, introducimos una solución genérica que permite un control de alta tasa y que es compatible con estrictas limitaciones de tiempo real. A partir de un análisis por Elementos Finito, calculado a baja tasa, un modelo inverso del robot genera los valores de punto de ajuste para el actuador con el fin de obtener una trayectoria deseada. Este problema inverso utiliza un algoritmo de QP (programación cuadrática) basado en las ecuaciones establecidas por el Método de Elementos Finito. Para mejorar el rendimiento de la tasa de actualización, proponemos un marco de simulación asíncrono que proporciona un mejor equilibrio entre la precisión de la deformación y la carga computacional. Cálculos complejos como las deformaciones precisas de FEM se realizan a baja frecuencia mientras que el control se lleva a cabo a alta frecuencia con fuertes limitaciones de tiempo real. Los dos bucles de simulación (bucles de alta frecuencia y baja frecuencia) están acoplados mecánicamente para garantizar la precisión mecánica del sistema a lo largo del tiempo. Finalmente, se discute la validez de la simulación de múltiples tasas basándose en mediciones de la evolución en la matriz de QP y se lleva a cabo una validación experimental para confirmar la corrección del modelo inverso de alta tasa en un robot real.