Indirect Thermal-Aware Supervision for Agonist–Antagonist SMA Ankle Actuation

Resumen

Las aleaciones con memoria de forma (SMA) ofrecen alta densidad de potencia para rehabilitación portátil, pero su aplicación se ve limitada por la lenta relajación térmica y la acumulación de calor. Este trabajo presenta una unidad modular SMA agonista–antagonista para el tobillo, validada mediante Hardware-in-the-Loop. Se implementa un PID discreto coordinado por una lógica supervisora con supervisión térmica indirecta, capaz de favorecer la relajación térmica mediante intervalos intraciclo de “enfriamiento libre” e intervalos de recuperación entre lotes activos sin desactivar el lazo cerrado. En un modelo mecánico de tobillo con tres grados de libertad (3 DOF), el sistema mantuvo operación estable durante 40 minutos sin saturación térmica, logrando un RMSE global en fases activas de 0.218° y un error máximo de 1.384°. La repetibilidad cíclica mostró una dispersión media de 0.068° sin deriva progresiva. La principal contribución es integrar explícitamente la recuperación térmica en la arquitectura de control mediante supervisión térmica indirecta, mejorando la consistencia operativa a largo plazo en sistemas SMA antagonistas.