DESARROLLO DE UN BRAZO ROBÓTICO DIDÁCTICO CON CONTROL PID BASADO EN UN SENSOR ULTRASÓNICO

Resumen

El avance de la robótica ha impulsado el desarrollo de sistemas automatizados capaces de realizar tareas con precisión, repetibilidad y eficiencia. En este contexto, los manipuladores robóticos destacan por su amplia aplicación en entornos industriales, utilizándose en procesos como el ensamblaje, el transporte de piezas y operaciones repetitivas. Simultáneamente, el uso de plataformas de bajo coste ha posibilitado la creación de sistemas robóticos didácticos, orientados a la docencia y la investigación. Estos sistemas permiten la integración de conceptos fundamentales de electrónica, programación y control, convirtiéndose en herramientas relevantes para la formación académica en ingeniería y áreas afines. Uno de los retos en estos sistemas es la implementación de estrategias de control que sean eficientes y fáciles de aplicar. En este contexto, el controlador proporcional-integral-derivativo (PID) destaca como una de las técnicas más utilizadas, debido a su simplicidad y su capacidad para mejorar el rendimiento dinámico de los sistemas de control (OGATA, 2010). Ante este escenario, este trabajo tiene como objetivo desarrollar y analizar un brazo robótico educativo a pequeña escala capaz de ajustar su posición en función de las lecturas de un sensor ultrasónico. Para lograr esto, se utiliza un microcontrolador Arduino Uno para la adquisición de datos y el control de actuadores, con un sistema compuesto por servomotores responsables de los movimientos del manipulador. Como estrategia de control, se implementa un controlador PID de tiempo discreto, asociado a un filtro de media móvil, para reducir el ruido en las mediciones y mejorar la estabilidad del sistema. La distancia medida por el sensor se convierte en una referencia angular mediante un mapeo lineal, lo que permite controlar el posicionamiento del brazo robótico. La validación del sistema se realiza mediante simulaciones en el entorno Tinkercad, complementadas con análisis en MATLAB/Simulink, lo que permite evaluar el comportamiento dinámico del controlador y el rendimiento del sistema bajo diferentes condiciones de operación. Como contribución, este trabajo presenta una solución educativa de bajo costo para la enseñanza de sistemas de control y automatización, integrando conceptos teóricos y prácticos en una aplicación experimental accesible y funcional.