Desarrollo de un sistema de control con el algoritmo LQG aplicado al seguimiento de trayectoria de un brazo robótico.

Abstract

El presente trabajo de titulación aborda el diseño e implementación de un sistema de seguimiento de trayectorias aplicado a un brazo robótico de cinco grados de libertad, integrando técnicas de modelado, control y visualización. Para el modelado cinemático y dinámico del sistema se utilizó el enfoque de Euler-Lagrange, implementado en MATLAB, permitiendo obtener las ecuaciones de movimiento que representan el comportamiento del manipulador. A partir de este modelo se diseño un controlador ´optimo LQG (Linear Quadratic Gaussian), el cual fue programado en el entorno de desarrollo Spyder utilizando el lenguaje Python. Este algoritmo combina un regulador LQR y un filtro de Kalman para estimar estados no medibles y minimizar el error cuadrático esperado bajo presencia de ruido y perturbaciones. Las trayectorias a seguir, fueron generadas mediante instrucciones G-code exportadas desde Inkscape, utilizando comandos de interpolación lineal y circular. Estos datos fueron procesados en MATLAB y convertidos a coordenadas temporizadas compatibles con el sistema de control. Para la validación del controlador, se ejecutaron tres trayectorias distintas con características geométricas. Además, se desarrolló una interfaz gráfica en MATLAB App Designer que facilita la interacción con el sistema, permitiendo ejecutar movimientos manuales, cargar trayectorias programadas y supervisar variables críticas del sistema. La interfaz está dividida en secciones funcionales que optimizan el control del brazo y mejoran la experiencia del usuario durante las pruebas de simulación.