Domingo , Agosto 20 2017
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Diseño y construcción de un prototipo de plataforma Stewart


El Reto

El principal reto de este proyecto era lograr el diseño, puesta a punto y posterior control de una plataforma Stewart a partir de la adquisición de los componentes, de su ensamblaje mecánico y electrónico y de la programación de algoritmos de movimiento y de control mediante LabVIEW. Todo ello con una máxima exigencia de precisión, robustez y fiabilidad. A nuestro entender, los objetivos se alcanzaron con éxito.


La Solución

 La solución a nuestro reto no ha sido tarea fácil. Se han requerido muchas horas de estudio y de trabajo para conseguirlo. Cabe mencionar que hemos contado con excelentes profesionales que nos han asesorado en momentos complicados del proceso. En particular, con el apoyo técnico y humano de National Instruments quienes, por otro lado, nos han suministrado todo el material electromecánico y de software necesarios.

 Desarrollo

Una plataforma Stewart, también conocida como plataforma de seis ejes, robot paralelo o hexápodo, es un tipo de robot articulado que lleva incorporados seis actuadores electromecánicos (o hidráulicos) de tipo telescópico en su base, generalmente acoplados por pares, los cuales sustentan una plataforma móvil en la parte superior. En nuestro caso, se trata de un tipo de plataforma con una configuración 6-6, lo que significa que tiene 6 puntos distintos de anclaje en la base y 6 puntos en la tapa superior, que se corresponden con los seis actuadores lineales. Dichos mecanismos pueden simular movimientos con seis grados de libertad, esto es, tres movimientos lineales respecto a los ejes X, Y, Z (lateral, longitudinal y vertical) junto con otros tres rotacionales alrededor de los mismos ejes, más conocidos como “roll”, “pitch” y “yaw”. Son múltiples las aplicaciones prácticas de una plataforma Stewart. Como ejemplos, podemos citar: simulaciones de vuelo, de oleajes, de terremotos, robots de soldadura, tecnología aplicada a grúas, investigación submarina, rescates aéreo-marinos, posicionamiento de satélites y de telescopios, cirugía ortopédica, cirugía láser, imágenes médicas, biomecánica, radiotelescopios o suspensión de vehículos, entre otras muchas posibles utilidades. Nuestra plataforma se construyó a raíz del proyecto “Control activo de vibraciones en estructuras sometidas a excitaciones diná micas multidireccionales” del Ministerio de Economía y Competitividad de España y del proyecto europeo “Active control of vibrations in structures subject to multidirectional dynamic excitations: Application to floating wind turbines” del NILS Science and Sustainability (ES07). El producto final que se ha obtenido es una plataforma de alta precisión y numerosas prestaciones, pudiendo actuar sobre ella en tiempo real, muestreando cada 5 milisegundos. Esta rapidez en la lectura de datos de los sensores, del procesado de la información y de su posterior control ha sido posible gracias al uso de LabVIEW y a la CompactRIO de National Instruments. Una vez finalizado su diseño, construcción y puesta a punto, se está desarrollando una segunda fase centrada fundamentalmente en el control. En esta nueva etapa de investigación y de simulaciones, se cuenta con una cámara de visión de alta resolución la cual nos proporciona, en tiempo real, la posición de un objeto que se está desplazando sobre la plataforma y del que se pretende que siga una determinada trayectoria. Por otro lado, también estamos interesados en el control de posicionamiento de un objeto haciendo uso de sensores de fuerza, los cuales nos van a dar en cada momento información sobre dónde se encuentra dicho objeto con el fin de controlarlo. La tercera línea de investigación será la del control de vibraciones de estructuras que se encuentran sometidas a excitaciones externas, las cuales serán generadas por la plataforma Stewart. Uno de los objetivos de futuro es construir una segunda plataforma, de menor tamaño, que se colocaría encima de la existente. De esta manera, la plataforma inferior sería la encargada de generar perturbaciones mientras que la superior tendría por misión reducir y controlar tales excitaciones. En este campo, una de las aplicaciones podría ser la simulación de un barco que necesita realizar con precisión operaciones de carga y descarga de contenedores, ya sea en un puerto o bien sobre otro barco, pero que se ve sometido a movimientos causados por el oleaje. Mediante el uso de una plataforma Stewart situada entre el barco y la grúa, se puede compensar el movimiento producido por las olas, manteniendo la grúa estable y en posición vertical en todo momento. Otro estudio de gran interés, desde un punto de visto energético y de sostenibilidad, son los “offshore wind turbines”, es decir, aerogeneradores marinos situados fuera de la costa y soportados por mecanismos flotantes, los cuales necesitan ser estabilizados. Nuevamente, el uso de plataformas Stewart permite realizar estudios de vibraciones sobre este tipo de turbinas eólicas que se encuentran afectadas por múltiples fenómenos naturales, tales como corrientes marinas o vientos de fuerte intensidad. Esta clase de aplicaciones se está desarrollando con gran éxito en la University of Agder en Grimstad (Noruega), con la cual venimos manteniendo desde hace muchos años una estrecha colaboración científica y compartiendo un buen número de proyectos. No debemos olvidar que nuestro equipo de investigación se encuentra trabajando en la Universitat Politècnica de Cataluny a, lo cual incide plenamente en la formación de nuevos ingenieros. Hasta el momento, dos alumnos han realizado sus proyectos finales de carrera a partir del diseño y puesta a punto de la plataforma, uno de ellos relacionado con la parte mecánica y el otro con la parte electrónica y de programación. Estamos convencidos de que esta plataforma va a servir para el desarrollo de muchos otros proyectos científicos, tanto de futuras tesis doctorales como de trabajos finales de carrera y de másters. Para nosotros es fundamental que nuestros estudiantes y futuros ingenieros se familiaricen con Lab- VIEW para su uso en la industria y la tecnología modernas. Finalmente, señalar que se puede contemplar un vídeo de nuestra plataforma accediendo a: https://nuvol.epsem.upc.edu/public.php? service=files&t=58574929b1695 cab80912df790a7ae41


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