Por medio de un sistema de control automático sobre una bicicleta robótica real se logró estabilizar satisfactoriamente la posición vertical de este vehículo cuando se desplaza sin conductor.
El prototipo diseñado por Mauro Alonso Baquero Suárez, estudiante de maestría de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.), puede considerarse como un punto de partida en el desarrollo de nuevos vehículos autónomos que serán eficientes, con buena maniobrabilidad a altas velocidades y de circulación en espacios reducidos, por su estructura de dos ruedas.
“Como aporte a la sociedad, el estudio en esta área logrará que personas con dificultades sensoriales u otras discapacidades físicas puedan usar la bicicleta como medio de transporte, asegurando automáticamente su estabilidad y desplazamiento”, afirma el ingeniero.
Según el creador, antes de proponer el sistema de control, tuvo que desarrollar el prototipo mecatrónico y analizar cómo es su comportamiento para expresarlo mediante ecuaciones matemáticas y obtener un modelo determinístico (modelo matemático utilizado en ejercicios de simulación) de la bicicleta.
La mayor innovación tecnológica aplicada en este trabajo es la implementación de una estrategia matemática de control avanzada llamada “control por medio de rechazo activo de perturbaciones”, para mostrar su efectividad en la estabilización de un sistema complejo, como la bicicleta.
“Hay muchos factores físicos que intentan desestabilizar la bicicleta cuando, por eso debe seguirse trabajando e investigando en su control. Para un trabajo futuro debe proponerse desarrollar un prototipo completo para esta aplicación. Una bicicleta comercial tiene muchas imprecisiones mecánicas que dificulta el objetivo principal de control”, señala el estudiante de maestría.
Académicamente, esta aplicación significará un gran apoyo en el estudio de áreas de la ingeniería mecatrónica, como diseño mecánico, teoría de control, instrumentación y modelamiento e identificación de sistemas.
Además de plantear una estrategia para estabilizar la bicicleta también se diseñó y construyó un prototipo didáctico, que admite la implementación y validación de cualquier estrategia de control que se pretenda usar para, por medio de resultados reales, evaluar el desempeño de cada una de ellas.
Antes de desarrollar el prototipo fue construido un modelo virtual de la bicicleta con un software que simula la dinámica de sistemas de multicuerpos, el cual permite el análisis cinemático (movimiento de los cuerpos sólidos) y dinámico (fuerza o potencia) de mecanismos generales. Es capaz de introducir flexibilidad de los sólidos que componen el sistema para obtener resultados más precisos, analizar las vibraciones en condiciones de funcionamiento, etc.
La estrategia avanzada de control fue representada sobre este modelo, que logró estabilizar la bicicleta virtual, lo que ayudó al desarrollo real del control de estabilidad del prototipo.
El desarrollo de esta aplicación, asimismo, ha permitido analizar cuáles son las características más relevantes sobre los sistemas embebidos (dispositivos integrados en productos, que controlan una o varias funciones) para que los controladores funcionen de la forma como fueron diseñadas. “Esto será fundamental para el desarrollo de control de otras aplicaciones”, concluyó el investigador.
Según el estudiante de maestría, el diseño de bicicletas que sean más fáciles de manejar puede representar un campo de trabajo promisorio, si además se considera el uso de bicicletas con asistencia eléctrica.
