Diseño e implementación de controles PID de velocidad y seguimiento de pared para un Turtlebot3

Abstract

Este trabajo fin de máster tiene como objetivo general la adquisición de experiencia y dominio en el uso del TurtleBot3 Burger para prácticas de control y robótica móvil. Para ello se han desarrollado e implementado un control de velocidad de avance y un control de seguimiento de pared. La metodología seguida ha consistido, en primer lugar, en el modelado de las plantas de ambos controles mediante una identificación por mínimos cuadrados. Posteriormente, se han diseñado los controles de forma teórica, mediante técnicas de respuesta en frecuencia. Una vez obtenidos los parámetros de los controles se ha realizado una comparación entre ensayo y simulación. Para ello se han implementado los controles en el TurtleBot, teniendo en cuenta que su uso es en prácticas docentes, utilizando una combinación de dos de las formas de conexión posibles entre el entorno de MATLAB/Simulink y el robot. Por un lado, se ha utilizado el método de generación de nodos de ROS para desplegar el control PID completo en el robot. Por otro lado, se ha usado el método de conexión con ROS para el envío de parámetros y consignas, así como para recoger los resultados de los ensayos para su posterior monitorización. Por último, se han realizado ensayos con los controles diseñados, estudiando su comportamiento en seguimiento a referencia y rechazo a perturbación.

This master’s thesis main objective is to acquire experience and master the use of the robot for control and mobile robotics laboratory assignments. To this end, PID speed and wall following controls have been designed. The methodology followed has consisted, firstly, in obtaining the plant models using a least squares adjustment process. Subsequently, the controls have been designed theoretically, using frequency response techniques. Once the control parameters were obtained, a comparison between test and simulation was made. For this, the controls have been implemented in the TurtleBot, considering that its use is in teaching practices, using a combination of two of the possible connection forms between the MATLAB/Simulink environment and the robot. On the one hand, the ROS node generation method has been used to deploy the complete PID control in the robot. On the other hand, the connection method with ROS has been used to send parameters and instructions, as well as to collect the results of the tests for their subsequent monitoring. Finally, tests have been carried out with the designed controls, studying their reference tracking and disturbance rejection behavior.