Giro completado
360,55°
Una vuelta, sin caídaModelo digital + control de equilibrio
Robot autoequilibrado de dos ruedas con PID y mezcla de expertos
Entorno educativo para estudiar el péndulo invertido, comparar controladores en 2D y trasladar las hipótesis a ROS 2 y Gazebo antes de trabajar con el Tumbller físico.
RobotGemelo digitalSDF para Gazebo Sim
Banco 2DAmbos no caenEscenario reproducido de 12 s
Perturbaciónt = 4,0 s-2,5 m/s² durante 0,12 s
Hardware físicoPendienteFalta calibrar con medidas reales
Del diseño al modelo simulado
Nuestro robot, pieza por pieza
Ensamblaje diseñado en Autodesk Inventor: chasis, plataformas, batería, motores y ruedas. Estas imágenes son renders del CAD. La geometría, masas e inercias del ensamblaje se trasladaron al modelo de Gazebo.
ROS 2 Jazzy + Gazebo Harmonic · 29 septiembre 2026
Una vuelta completa, en equilibrio
Grabación de una ejecución del modelo CAD en Gazebo: círculo de 30 cm de radio a 6 cm/s, seguido de una parada. Los dos videos muestran la misma prueba desde cámaras distintas. La línea discontinua marca el círculo de referencia.
Descargar MP4 · 4,3 MB
Descargar MP4 · 2,8 MB
Error al cerrar
1,07 cm
Distancia entre inicio y finalError radial RMS
1,23 cm
Máximo: 1,93 cmTiempo del ensayo
61,45 s
Incluye estabilización inicial y parada
Cómo mantiene el equilibrio al girar
El controlador regula la inclinación y la velocidad de avance. Un lazo de giro usa el giroscopio y aplica una diferencia de par entre las ruedas, reservando primero el esfuerzo necesario para equilibrarse.
La geometría proviene del CAD. Esta prueba usa encoders ideales, una IMU simulada y compensación del rozamiento ajustada al modelo. La pose de Gazebo se registra para evaluar la trayectoria, sin utilizarla como realimentación del controlador.
Evidencia de una ejecución simulada
Las métricas corresponden a la ejecución grabada. Los videos omiten la mayor parte de los 20 segundos iniciales de estabilización. Estos resultados no validan el robot físico ni representan una comparación entre PID e IA.
Banco 2D: qué mejora y cuál es el costo
El PID adaptativo mezcla tres expertos transparentes: equilibrio, recuperación y corrección de deriva. En el escenario por defecto reduce el error angular y la deriva final, pero exige un pico de motor mayor.
Inclinación máxima
14,64°
PID IA; PID normal: 15,95°Velocidad de la base
±1,2 m/s
Límite del modelo 2D, no medición físicaSeñal de control
133,3 rpm
Pico equivalente del PID IADeriva final |x|
0,094 m
PID normal: 0,129 m| Métrica simulada | PID normal | PID IA | Lectura |
|---|---|---|---|
| Caída en 12 s | No | No | Empate en este escenario |
| Pico de inclinación | 15,95° | 14,64° | 8,2% menor |
| IAE angular | 1,5025 | 1,3484 | 10,3% menor |
| Deriva final |x| | 0,129 m | 0,094 m | 26,6% menor |
| Pico equivalente de motor | 100,9 rpm | 133,3 rpm | 32,1% mayor |
Arquitectura del modelo inicial
El mismo ciclo conceptual conecta el banco 2D y Gazebo: observar la inclinación, calcular la corrección, limitar el comando y mover ambas ruedas para recuperar la vertical.
Péndulo invertido sobre dos ruedas, con centro de masa por encima del eje.
Publica orientación y velocidad angular del chasis en la simulación Gazebo.
El puente ros_gz entrega la IMU al nodo de control y distribuye telemetría.
Calcula aceleración y la integra como velocidad de rueda con límites de seguridad.
Los controladores de joints aplican velocidad a las ruedas izquierda y derecha.
Modelo y estrategia de control
La base debe acelerarse hacia la caída para llevar el punto de apoyo bajo el centro de masa. El modelo 2D integra la dinámica no lineal con Runge-Kutta de cuarto orden cada 5 ms.
θ̈ = (g/L)·sin(θ) − (ẍ/L)·cos(θ) − b·θ̇
El PID normal mantiene ganancias fijas. El PID IA conserva el núcleo PID, pero combina las ganancias de tres expertos mediante pesos calculados a partir de |θ|, |θ̇| y |x|. Es una compuerta heurística transparente; todavía no es una red entrenada.
- PID fijo Kp / Ki / Kd
- 13,5 / 0,25 / 2,25
- Altura del centro de masa
- 0,105 m
- Radio de rueda
- 0,034 m
- Inclinación inicial
- 7°
- Aceleración máxima
- 8,0 m/s²
- Umbral de caída
- 45°
Demostración simulada
La animación usa el CSV generado por el banco 2D. Sus controles de reproducción, reinicio, velocidad y tiempo se conservan dentro del módulo interactivo.
Material para estudiar y exponer
Todos los enlaces se sirven desde el mismo repositorio y pueden compartirse con las estudiantes.
Guía de ejecuciónRequisitos, comandos, problemas comunes y actividad.
Informe teóricoPéndulo invertido, PID, mezcla de expertos y transición a Gazebo.
PowerPoint editablePresentación académica de 10 diapositivas.
Diapositivas en PDFVersión lista para proyectar.
Guion de 10 minutosTexto por diapositiva, transiciones y preguntas probables.
Datos CSVTelemetría reproducible de ambos controladores.
Limitaciones y siguientes pasos
El repositorio es una plataforma de preparación. La validación útil en hardware comienza cuando se sustituyen las aproximaciones geométricas y dinámicas por mediciones del robot real.
Limitaciones actuales
- El modelo CAD incorpora masas e inercias de Inventor; la fricción y la curva de motor siguen siendo aproximaciones sin calibración física.
- El modelo inicial integra comandos para depuración. La prueba circular utiliza encoders ideales y giroscopio simulado; no hay encoders físicos validados.
- La mezcla de expertos es heurística y no ha sido entrenada.
- No existe evidencia de ensayo físico en el repositorio.
Siguientes pasos comprobables
- Medir geometría, masa, centro de masa y orientación de la IMU.
- Calibrar signo, saturaciones y límites conservadores del motor.
- Validar perturbaciones repetibles en Gazebo y registrar episodios.
- Comparar luego la compuerta heurística con una política entrenada.