Diseño, construcción y control de un cubo invertido

Abstract

Este trabajo presenta el desarrollo de un dispositivo que integra aspectos de la teoría del control a partir del diseño electro mecánico de un cubo robotizado. Desarrollado en el Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de la República, este proyecto tiene como resultado final la entrega de dos dispositivos que pueden ser balanceados en una posición de equilibrio inestable. El primer dispositivo es una versión simplificada del cubo final. Por medio de un volante de inercia acoplado a un motor, estando este acoplado a una plataforma rectangular, permite que el sistema sea balanceado en uno de sus vértices regulando el torque aplicado a un volante. Se realiza el modelado del sistema y a partir de esto se diseña e implementa una solución que pueda cumplir con el objetivo impuesto. El dispositivo sensa su posición por medio de una IMU (por sus siglas en inglés, Unidad de medición Inercial) que en comunicación con un microcontrolador aplica acciones correctivas al motor, generando el torque que permite mantener al sistema equilibrado. El segundo dispositivo consiste en una versión en tres dimensiones del dispositivo mencionado anteriormente formando un cubo de 15x15x15cm. Tres caras de este cubo cuentan con volantes de inercia que le permiten balancearse en cada eje alterando el torque que se les aplica. Esto permite que en última instancia sea posible balancear el cubo en una de sus aristas y también en alguno de sus vértices, dejando este trabajo pendiente para futuros estudiantes que trabajen con el cubo. A su vez, el cubo es comandado internamente por un microcontrolador, es completamente autónomo, cuenta con una interfaz física para el usuario y una aplicación de control remota. El proyecto es entregado con una serie de manuales de usuario y armado de ambos dispositivos para que el Departamento de Sistemas y Control del Instituto de Ingeniería Eléctrica lo utilice como herramienta de trabajo.