Diseño e Implementación de Sistemas de Actuación Electro-Mecánica para Vehículos Terrestres Autónomos

Abstract

El objetivo general de la presente Memoria de Título es el diseño e implementación de una interfaz segura que permita actuar eléctricamente sobre el acelerador, la caja de cambios y el freno de mano de un vehículo liviano de dos ejes. En forma adicional, se contempla también el comisionamiento de los controladores asociados a la actuación electromecánica sobre la dirección y el pedal de freno del mencionado vehículo. Este trabajo se contextualiza como una de las primeras etapas de un proyecto de automatización de vehículos terrestres, con aplicación directa en la operación tele-comandada o autónoma de los mismos dentro de faenas mineras a rajo abierto.

El trabajo realizado puede dividirse principalmente en tres etapas: investigación bibliográfica y análisis de los distintos mecanismos del vehículo a intervenir, diseño y dimensionamiento del sistema y, finalmente, su implementación.

La etapa de diseño y dimensionamiento incluye el desarrollo de la filosofía de control que genera las pautas para el funcionamiento del sistema. Esto, a su vez, permite definir los requerimientos iniciales y perfilar esquemáticos para los distintos actuadores que manipulan electromecánicamente el acelerador, la transmisión y el freno de mano del vehículo. Todos los diseños consideran sistemas de seguridad, dado que éste es un tema clave en cualquier tipo de proceso industrial, y en especial en aquellos asociados a la minería. Dichos sistemas son implementados a través de mecanismos de detección de fallas durante la operación del vehículo, así como de sistemas y protocolos de respuesta si éstas se presentasen.

La etapa de implementación considera el diseño propuesto y lo convierte en un dispositivo físico instalable en el vehículo. Lo anterior implica la programación de la lógica de control, el cableado del vehículo, el diseño del soporte físico del panel electrónico y el diseño de la tarjeta impresa que aloja los distintos componentes electrónicos a utilizar.

Para determinar si se cumplen los requerimientos iniciales de diseño, se implementa una interfaz de pruebas para el sistema desarrollado, a través de la cual se determina que la latencia del sistema es de 20 [ms]. Además se verifica que las referencias de los actuadores se pueden entregar a una frecuencia de 110 [Hz] y que el sistema es capaz de entregar retroalimentación a 60 [Hz]. Dichos resultados demuestran que el sistema de actuación electromecánica supera los requisitos impuestos para ser utilizado en el vehículo en cuestión. El sistema además minimiza en la medida de lo posible las intervenciones mecánicas ya que para poder actuar sobre el acelerador, la transmisión automática y el freno de mano electromecánico se intervienen las señales eléctricas de control del vehículo. Para actuar sobre el freno y la dirección, recogiendo la experiencia de otros proyectos similares, se prefiere actuación electro-mecánica. La implementación en el vehículo de dichos sistemas queda fuera del alcance de esta Memoria de Título.

Finalmente, se presentan mejoras al sistema implementado (inspiradas en los resultados de las pruebas de desempeño), así como trabajos futuros en la misma línea de desarrollo. La mayoría de dichas mejoras tiene que ver con la seguridad del sistema y la comodidad de su operación.