Tesis por compendio / In this thesis, using techniques related to component-based software engineering, a variety of advanced controllers for a parallel robot of 3 degrees of freedom have been developed in a modular way. A novel and a complete application based on all of the above has been implemented as well. Initially, a state of the art is developed both in the software component development and advanced control for parallel manipulators. Subsequently, a methodology for the development of dynamic controllers is presented, as well as more advanced controllers such as adaptive or hybrid. Finally, a complete application for the rehabilitation of lower limbs is developed. Through the previous proposed methodologies, it has been able to discuss problems regarding the implementation of controllers for robotic systems, being the main contributions of the Thesis: - Development of modular controllers. Through an appropriate design of the controllers, the possibility of implementing them in a modular way, following a series of guidelines related to the development of software based on components, is exhibited. Thanks to this, all the advantages that this entails (in real use case) such as reusability, robustness, dynamism and cost are demonstrated. - Design and implementation of advanced dynamic controllers. Based on the development of modular controllers, several controllers have been designed, implemented and verified experimentally in which the dynamics of the system affects the main control loop. In addition, a novel adaptive control has been implemented, able to approximate parameters that affect the dynamics of the system (which are unknown or variants in time) dynamically. - Design and implementation of hybrid controllers. By integrating a force sensor into the robotic system, a new hybrid force / position controller has been developed. This controller allows the modification, at run time, of the position reference, by including the force sensor in the control loop. - Application of the technologies developed for the creation of a complete and new application. From the numerous controllers developed and the integration between different frameworks, an application to perform numerous rehabilitation exercises is presented. Also, by means of the frameworks integration, the application can be done in remotely in a controlled way. / En la presente Tesis se emplean técnicas de la ingeniería del software basada en componentes, con el objetivo de desarrollar controladores avanzados para un robot paralelo de 3 grados de libertad, así como crear una novedosa aplicación partiendo de todo lo anterior. Inicialmente, se realiza un estado del arte tanto en el desarrollo de componentes software como en controladores avanzados para manipuladores paralelos. Posteriormente, se presenta la metodología utilizada para el desarrollo de controladores dinámicos, así como controladores más avanzados como los adaptativos o híbridos. Finalmente, se desarrolla una aplicación completa para la rehabilitación de miembros inferiores. Mediante las anteriores metodologías propuestas, se han podido tratar problemas referentes a la implementación de controladores para sistemas robóticos, siendo las siguientes las principales aportaciones de la Tesis: - Desarrollo de controladores modulares. Mediante un apropiado diseño de los controladores, se exhibe la posibilidad de implementarlos de forma modular, siguiendo una serie de pautas relacionadas con el desarrollo de software basado en componentes. Gracias a ello, se demuestran todas las ventajas que ello conlleva (en un caso de uso real) tales como la reusabilidad, robustez, dinamismo y coste. - Diseño e implementación de controladores dinámicos avanzados. Basándose en el desarrollo de controladores modulares, se han diseñado, implementado y comprobado experimentalmente diversos controladores en los que la dinámica del sistema afecta al bucle de control principal. Además, se ha implementado un novedoso control adaptativo, capaz de aproximar parámetros que afectan a la dinámica del sistema (los cuales son desconocidos o variantes en el tiempo) de forma dinámica. - Diseño e implementación de controladores híbridos. Mediante la integración de un sensor de fuerza en el sistema robótico, se ha conseguido desarrollar un novedoso controlador híbrido fuerza/posición. Este controlador permite la modificación, en tiempo de ejecución, de la referencia de posición, mediante la inclusión del sensor de fuerza en el bucle de control. -Aplicación de las tecnologías desarrolladas para la creación de una aplicación novedosa completa. A partir de los numerosos controladores desarrollados y la integración entre diferentes frameworks, se presenta una aplicación capaz de realizar numerosos ejercicios de rehabilitación, optando a la posibilidad de realizar los mismos de una manera controlada de forma teleoperada. / En la present Tesi s'empren tècniques de l'enginyeria del software basada en components, amb l'objectiu de desenvolupar controladors avançats per a un robot paral·lel de 3 graus de llibertat, així com la creació d'una nova aplicació partint de l'anterior. Inicialment, es realitza un estat de l'art tant en el desenvolupament de components programari com a controladors avançats per a manipuladors paral·lels. Posteriorment, es presenta la metodologia utilitzada per al desenvolupament de controladors dinàmics, així com controladors més avançats com els adaptatius o híbrids. Finalment, es desenvolupa una aplicació completa per a la rehabilitació de membres inferiors. Mitjançant les anteriors metodologies proposades, s'han pogut tractar problemes referents a la implementació de controladors per a sistemes robòtics, sent les següent les principals aportacions de la Tesi: - Desenvolupament de controladors modulars. Mitjançant un apropiat disseny dels controladors, s'exhibeix la possibilitat d'implementar-de forma modular, seguint una sèrie de pautes relacionades amb el desenvolupament de software basat en components. Gràcies a això, es demostren tots els avantatges que això comporta (en un cas d'ús real) com ara la reusabilitat, robustesa, dinamisme i cost. - Disseny i implementació de controladors dinàmics avançats. Basant-se en el desenvolupament de controladors modulars, s'han dissenyat, implementat i comprovat experimentalment, diversos controladors en què la dinàmica del sistema afecta el bucle de control principal. A més, s'ha implementat un nou control adaptatiu, capaç d'aproximar paràmetres que afecten la dinàmica del sistema (els quals són desconeguts o variants en el temps) de manera dinàmica. - Disseny i implementació de controladors híbrids. Mitjançant la integració d'un sensor de força en el sistema robòtic, s'ha aconseguit desenvolupar un nou controlador híbrid força / posició. Aquest controlador permet la modificació, en temps d'execució, de la referència, mitjançant la inclusió del sensor de força en el bucle de control. - Aplicació de les tecnologies desenvolupades per a la creació d'una aplicació innovadora completa. A partir dels nombrosos controladors desenvolupats i la integració entre diferents frameworks, es presenta una aplicació capaç de realitzar nombrosos exercicis de rehabilitació, optant a la possibilitat de realitzar els mateixos d'una manera controlada de forma teleoperada. / Cazalilla Morenas, JI. (2017). Diseño e implementación de un sistema de control de robots mediante la ingeniería del software basada en componentes. Aplicación a un robot paralelo de 3DOF [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86222 / Compendio

[ES] Uno de los elementos más importantes en el sistema de control de un robot es su Modelo Cinemático Inverso (IKM, por sus siglas en inglés), el cual calcula las referencias de posición y velocidad requeridas para que dicho robot pueda seguir una trayectoria. Los métodos más comúnmente empleados para la síntesis del IKM de sistemas robotizados de cadena cinemática abierta dependen fuertemente de la geometría del robot, por lo que no son procedimientos sistemáticos que puedan ser aplicados uniformemente en todas las situaciones. Este proyecto presenta el desarrollo de un procedimiento sistemático para la síntesis del IKM completo de sistemas robotizados no redundantes de cadena cinemática abierta usando la teoría de Bases de Groebner, el cual no depende de la geometría del robot. Las entradas del procedimiento desarrollado son los parámetros de Denavit-Hartenberg del robot y el rango de movimiento de sus actuadores, mientras que la salida es el IKM sintetizado, listo para ser usado en el sistema de control del robot o en una simulación de su funcionamiento. El desempeño del procedimiento desarrollado fue demostrado sintetizando los IKMs de un manipulador PUMA y un hexápodo caminante. Los tiempos de ejecución de ambos IKMs son comparables con los requeridos por los modelos cinemáticos calculados por procedimientos tradicionales, y los errores de las referencias que ofrecen como salida son totalmente despreciables. Los IKMs sintetizados son completos, porque no sólo ofrecen las referencias de posición para todos los actuadores del robot, sino que también calculan las correspondientes referencias de velocidades y aceleraciones de dichos actuadores, por lo que el procedimiento desarrollado puede ser empleado en una amplia variedad de sistemas robotizados. / [CA] Un dels elements més importants en el sistema de control d'un robot és el seu Model Cinemàtic Invers (IKM, per les seues sigles en anglés), el qual calcula les referències de posició i velocitat requerides perquè aquest robot puga seguir una trajectòria. Els mètodes més comunament emprats per a la síntesi del IKM de sistemes robotitzats de cadena cinemàtica oberta depenen fortament de la geometria del robot analitzat, per la qual cosa no són procediments sistemàtics que puguen ser aplicats uniformement en totes les situacions. Aquest projecte presenta el desenvolupament d'un procediment sistemàtic per a la síntesi del IKM complet de sistemes robotitzats no redundants de cadena cinemàtica oberta usant la teoria de Bases de Groebner, el qual no depén de la geometria del robot. Les entrades del procediment desenvolupat són els paràmetres de Denavit-Hartenberg del robot i el rang de moviment dels seus actuadors, mentre que l'eixida és el IKM sintetitzat, llest per a ser usat en el sistema de control del robot o en una simulació del seu funcionament. L'acompliment del procediment desenvolupat va ser demostrat sintetitzant els IKMs d'un manipulador PUMA i un robot caminante. Els temps d'execució de tots dos IKMs són comparables amb els requerits pels models cinemàtics calculats per procediments tradicionals, i els errors de les referències que ofereixen com a eixida són totalment menyspreables. Els IKMs sintetitzats són complets, perquè no sols ofereixen les referències de posició per a tots els actuadors del robot, sinó que també calculen les corresponents referències de velocitats i acceleracions d'aquests actuadors, per la qual cosa el procediment desenvolupat pot ser emprat en una àmplia varietat de sistemes robotitzats. / [EN] One of the most important elements of a robot's control system is its Inverse Kinematic Model (IKM), which calculates the position and velocity references required by the robot's actuators to follow a trajectory. The methods that are commonly used to synthesize the IKM of open-chain robotic systems strongly depend on the geometry of the analyzed robot, so they are not systematic procedures that can be applied equally in all situations. This project presents the development of a systematic procedure to synthesize the complete IKM of non-redundant open-chain robotic systems using Groebner Basis theory, which does not depend on the robot's geometry. The inputs to the developed procedure are the robot's Denavit-Hartenberg parameters and the movement range of its actuators, while the output is the IKM, ready to be used in the robot's control system or in a simulation of its behavior. This procedure's performance was proved synthesizing the IKMs of a PUMA manipulator and a walking hexapod robot. The computation times of both IKMs are comparable to those required by the kinematic models calculated by traditional methods, while the errors of their computed references were absolutely negligible. The synthesized IKMs are complete in the sense that they not only supply the position reference for all the robot's actuators, but also the corresponding references for their velocities and accelerations, so the developed procedure can be used in a wide range of robotic systems. / Guzmán Giménez, J. (2022). Synthesis of the Complete Inverse Kinematic Model of Non-Redundant Open-Chain Robotic Systems using Groebner Basis Theory [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181632