Desarrollo de un gemelo digital de un cuadrúpedo móvil
[ES] El presente Trabajo de Fin de Máster tiene como objetivo principal el diseño, simulación e implementación funcional de un Gemelo Digital (Digital Twin) de un robot cuadrúpedo móvil, utilizando tecnologías actuales de modelado tridimensional, simulación física, control embebido y desarrollo mult...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de València (UPV) |
| Repositorio: | RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:riunet.upv.es:10251/226767 |
| Acceso en línea: | https://riunet.upv.es/handle/10251/226767 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Robot Accionamientos Arduino Gemelo Digital Digital Twin Robot cuadrúpedo Quadruped robot Simulación física Physical simulation Control embebido Embedded control Interfaz gráfica de usuario User interface (UI) Máster Universitario en Ingeniería Mecatrónica-Màster Universitari en Enginyeria Mecatrònica |
| Sumario: | [ES] El presente Trabajo de Fin de Máster tiene como objetivo principal el diseño, simulación e implementación funcional de un Gemelo Digital (Digital Twin) de un robot cuadrúpedo móvil, utilizando tecnologías actuales de modelado tridimensional, simulación física, control embebido y desarrollo multiplataforma de interfaces gráficas de usuario. El proyecto se enmarca dentro de la robótica aplicada y combina conocimientos de ingeniería mecánica, electrónica, control automático y programación de sistemas. Para alcanzar este objetivo general, el proyecto se ha abordado mediante una estructura modular que permite su escalabilidad, flexibilidad de desarrollo y adaptación a entornos reales. Entre los principales focos que constituyen el trabajo, destacan: El diseño mecánico del robot, partiendo de un modelo público en formato STL preparado para impresión 3D, ha sido adaptado al entorno de simulación mediante su conversión a cuerpos sólidos en formato STEP, su reparación geométrica y ensamblaje completo, incluyendo además elementos de unión y piezas adicionales funcionales como una bandeja de carga. El diseño electrónico, mediante la selección y parametrización de actuadores (servomotores), sensores (IMU), componentes de transmisión mecánica, batería, drivers, módulo Bluetooth y microcontrolador, considerando una futura implementación física del prototipo. El desarrollo del sistema de control, implementado sobre Arduino Due en lenguaje C++, estructurado en módulos funcionales de comunicación, filtrado de datos y generación de respuesta, con base matemática en la cinemática directa e inversa de un robot cuadrúpedo con tres grados de libertad por pata. El diseño de una interfaz de usuario móvil multiplataforma, desarrollada con Flutter, que incluye autenticación de usuario, conexión con el sistema vía Bluetooth, panel de control y visualización de datos en tiempo real, todo ello con diseño adaptativo y ejecución en tiempo real. La integración y validación de la simulación completa en el entorno de Simscape Multibody, con modelado realista del terreno, sensor IMU virtual, colisiones y sistema de referencia móvil, permitiendo ejecutar pruebas en diferentes condiciones: ideales (terreno plano), adversas (pendiente moderada) y muy adversas (inclinación extrema). La estructura del documento se organiza en las siguientes secciones: En la primera sección —1. Introducción— se presenta el primer acercamiento al proyecto y su contexto general, justificando la oportunidad que presenta. La segunda sección —2. Estado del Arte— desarrolla los conocimientos actuales desde la robótica en la historia, llegando hasta la robótica móvil y los modelos cuadrúpedos. En la tercera sección —3. Objetivos— se definen los objetivos generales y específicos del proyecto. La cuarta sección —4. Solución adoptada— describe la solución alcanzada para cumplir con los objetivos establecidos, incluyendo la reconstrucción del modelo mecánico, la selección de componentes, el desarrollo del sistema de control, la interfaz y la simulación completa. En la quinta sección —5. Resultados: simulaciones del gemelo digital— se analiza y valida las simulaciones del robot cuadrúpedo bajo distintos escenarios de prueba. La sexta sección —6. Conclusiones y trabajos futuros— recoge las conclusiones generales, la relación del proyecto con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) y se proponen futuras líneas de desarrollo. Finalmente, la séptima sección —7. Referencias— incluye las referencias bibliográficas y documentales citadas a lo largo del trabajo. El proyecto desarrollado ofrece así una solución integral, extensible y multidisciplinar, con potencial para su implementación física, contribuyendo al avance académico en el diseño y validación de sistemas robóticos complejos mediante entornos de simulación avanzados. |
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