Control de Formación de Robots Móviles con Ruedas con Capacidades de Tolerancia a Fallos
Autores: Shahab, Muhammad; Nasir, Ali; Alyazidi, Nezar M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Investigación
Fallos en actuadores
Control de formaciones
Sistemas multi-robot
Ganancias del controlador
Pérdida de actuadores
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Esta investigación investiga el impacto de fallos en los actuadores en el control de formación de robots móviles de múltiples ruedas, un aspecto crítico en la coordinación de sistemas multi-robot para aplicaciones como vigilancia, exploración y transporte. Cuando ocurre un fallo en cualquiera de los robots, puede interrumpir la formación y afectar negativamente el rendimiento del sistema, comprometiendo así la eficiencia y la fiabilidad del sistema. Aunque numerosos estudios se han centrado en estrategias de control tolerantes a fallos para mantener la integridad de la formación, hay una notable falta en la literatura respecto a la relación entre las ganancias del controlador y el tiempo de asentamiento bajo diferentes grados de pérdida de actuadores. En este artículo, desarrollamos un modelo cinemático de robots móviles con ruedas e implementamos una estrategia de control de formación basada en líder-seguidor. Los fallos en los actuadores se introducen sistemáticamente con diferentes niveles de efectividad (por ejemplo, 80%, 60% y 40% de la capacidad total) para observar sus efectos en el mantenimiento de la formación. Generamos datos que correlacionan las ganancias del controlador con el tiempo de asentamiento bajo diferentes condiciones de pérdida de actuadores y ajustamos una curva polinómica para derivar una ecuación que describa esta relación. Se realizan simulaciones exhaustivas en MATLAB para evaluar la metodología propuesta. Los resultados demuestran la influencia de los fallos en los actuadores en el sistema de control de formación y proporcionan valiosos conocimientos para optimizar las ganancias del controlador para mejorar la tolerancia a fallos. Estos hallazgos contribuyen al desarrollo de sistemas multi-robot más robustos capaces de mantener la formación y el rendimiento a pesar de la presencia de fallos en los actuadores.
Descripción
Esta investigación investiga el impacto de fallos en los actuadores en el control de formación de robots móviles de múltiples ruedas, un aspecto crítico en la coordinación de sistemas multi-robot para aplicaciones como vigilancia, exploración y transporte. Cuando ocurre un fallo en cualquiera de los robots, puede interrumpir la formación y afectar negativamente el rendimiento del sistema, comprometiendo así la eficiencia y la fiabilidad del sistema. Aunque numerosos estudios se han centrado en estrategias de control tolerantes a fallos para mantener la integridad de la formación, hay una notable falta en la literatura respecto a la relación entre las ganancias del controlador y el tiempo de asentamiento bajo diferentes grados de pérdida de actuadores. En este artículo, desarrollamos un modelo cinemático de robots móviles con ruedas e implementamos una estrategia de control de formación basada en líder-seguidor. Los fallos en los actuadores se introducen sistemáticamente con diferentes niveles de efectividad (por ejemplo, 80%, 60% y 40% de la capacidad total) para observar sus efectos en el mantenimiento de la formación. Generamos datos que correlacionan las ganancias del controlador con el tiempo de asentamiento bajo diferentes condiciones de pérdida de actuadores y ajustamos una curva polinómica para derivar una ecuación que describa esta relación. Se realizan simulaciones exhaustivas en MATLAB para evaluar la metodología propuesta. Los resultados demuestran la influencia de los fallos en los actuadores en el sistema de control de formación y proporcionan valiosos conocimientos para optimizar las ganancias del controlador para mejorar la tolerancia a fallos. Estos hallazgos contribuyen al desarrollo de sistemas multi-robot más robustos capaces de mantener la formación y el rendimiento a pesar de la presencia de fallos en los actuadores.