CONTROL Y PROGRAMACIÓN DE ROBOTS.
Programa de teoría. Curso 2014-2015
| Bloque temático
I: Consideraciones básicos sobre la Robótica. |
| Tema I: Introducción
a la Robótica. |
1.1.
Introducción.
1.2. Reseña histórica de la Robótica.
1.3. La robótica y la automatización.
1.4. Definiciones de robot. |
| 1.5.
Clasificaciones de los robots.
1.6. Aplicaciones de los robots.
1.7. Estructura mecánica de un robot.
1.8. Características y especificaciones
de un robot.
1.9. Descripción de las estructuras robóticas:
Estructura cartesiana, estructura cilíndrica,
estructura polar, estructura articulada, estructura
Scara, otras estructuras. |
|
| Bloque temático
II: Herramientas físicas y matemáticas
necesarias en Robótica. |
| Tema 2: Descripciones
y transformaciones espaciales utilizadas en robótica. |
2.1. Introducción.
2.2. Descripciones matemáticas espaciales
de la posición, rotación y localización
de un sólido en el espacio.
2.2.1.
Descripción matemática de un punto
en el espacio. Operación de traslación.
2.2.2.
Estudio de la matriz de cambio de orientación
en el plano.
2.3. Cambio de descripciones y transformaciones
espaciales: traslaciones; rotaciones (simples,
compuestas); ángulos de alabeo, cabeceo
y giro; ángulos de Euler; Módelo
ángulo/eje, modelos descriptivos de la
orientación.
2.3.1.
Operación de rotación de un punto
en el plano.
2.3.2.
Estudio de la matriz de cambio de orientación
tridimensional.
2.3.3.
Composición de rotaciones.
2.3.4.
Descripción analítica del cambio
de orientación y traslación en un
sólido. |
2.3.5. Ángulos
de Euler. Muñeca de Euler.
2.3.5.1.
Ángulos de Euler. Descripción de
la matriz de cambio de orientación (planteamiento
directo).
2.3.5.2.
Ángulos de Euler. Descripción de
la matriz de cambio de orientación (planteamiento
inverso).
2.3.5.3.
Ángulos de Euler. Descripción de
la matriz de cambio de orientación (casos
particulares). |
2.3.6. Ángulos
de alabeo, cabeceo y giro.
2.3.6.1.
Ángulos de alabeo, cabeceo y giro. Descripción
de la matriz de cambio de orientación (planteamiento
directo).
2.3.6.2.
Ángulos de alabeo, cabeceo y giro. Descripción
de la matriz de cambio de orientación (planteamiento
inverso)
2.3.6.3.
Ángulos de alabeo, cabeceo y giro. Descripción
de la matriz de cambio de orientación (casos
particulares)
2.3.7.
Descripción de la orientación mediante
un ángulo y un eje.
2.3.8. Descripción de la orientación
con cuaternios. |
2.4.
Matriz de transformación homogénea.
2.4.1.
Aplicación de la matriz de transformación
homogénea a la descripción de los
elementos de un robot (brazo, muñeca, efector
terminal). |
2.5.
Modelos gráficos para describir la traslación
y cambio de orientación. Grafos de ubicación
aplicados a los elementos de un robot.
2.5.1.
Grafos de ubicación aplicados a un sistema
robótico. |
| 2.6.
Localización y movientos de objetos. |
2.7. Estructura
cilíndrica y esférica. Estudio de
la cinemática.
2.7.1.
Posición del efector terminal en una estructura
cilíndrica.
2.7.2.
Posición del efector terminal en una estructura
esférica.
2.7.3. Derivada de un vector en una base móvil.
2.7.4.
Velocidad lineal del efector terminal en una estructura
cilíndrica.
2.7.5.
Velocidad lineal del efector terminal en una estructura
esférica.
2.7.6.
Aceleración lineal del efector terminal
en una estructura cilíndrica.
2.7.8.
Aceleración lineal del efector terminal
en una estructura esférica.
2.7.9.
Composición de movimientos.
2.7.9.1.
Ejemplo: estructura esférica (Método
1).
2.7.9.2.
Ejemplo: estructura esférica (Método
2).
2.7.10. Muñeca de Euler. Estudio de la
cinemática.
2.7.10.1.
Velocidad angular.
2.7.10.2.
Aceleración angular.
2.7.10.3.
Posición del efector terminal.
2.7.10.4.
Velocidad lineal del efector terminal.
2.7.10.5.
Aceleración lineal del efector terminal.
2.7.11. Estudio del centroide.
2.7.11.1.
Cálculo del centroide.
2.7.11.1.1.
Ejemplo 1: centroide de un triángulo.
2.7.11.1.2.
Ejemplo 2: centroide de una geometría compuesta
por geometrías básicas.
2.7.11.1.3.
Ejemplo 3: centroide de una semiesfera sólida.
2.7.12. Estudio del centro de masas (cdm).
2.7.12.1.
Cálculo del centro de masas.
2.7.12.1.1.
Ejemplo 1: cdm de una semiesfera. |
| 2.8.
Estudio del momento de inercia de un sólido.
2.8.1.
Ejemplo 1: momento de inercia de un cilindro hueco.
2.8.2. Ejemplo 2: momento de inercia en un cono
recto. |
2.9.
Estudio de tensor de inercia de un sólido.
2.9.1.
Ejemplo 1: tensor de inercia de un paralelepípedo. |
| 2.10. Cinemática
vectorial (posición, velocidad y aceleración
lineal) de un sólido rígido en sistemas
de referencia inerciales y no inerciales. |
| 2.11. Cinemática
vectorial (posición, velocidad y aceleración
angular) de un sólido rígido en sistemas
de referencia inerciales y no inerciales. |
2.12. Energía
cinética de un sólido.
2.12.1.Energía cinética traslacional.
2.12.2. Energía cinética rotacional.
2.12.3. Energía potencial de un sólido. |
| 2.13. Leyes de
equilibrio estático en un sólido rígido |
|
| Bloque temático
III: Estudio de la cinemática de un robot. |
| Tema 3.1: El
problema cinemático directo. |
3.1.
Introducción.
3.1.
Planteamiento y resolución del problema
cinemático directo (P.C.D.)
3.1.1.
Formulación de Denavit-Hartenberg. Condiciones
y parámetros.
3.1.3.
Ejemplos de resolución del problema cinemático
directo. Pasos a seguir.
3.1.3.1.
Resolución del problema cinemático
directo en un manipulador con 2 articulaciones
rotacionales.
3.1.3.2.
Resolución del problema cinemático
directo en un robot Scara.
3.1.3.3.
Resolución del problema cinemático
directo en una muñeca de Euler.
3.1.3.4.
Resolución del problema cinemático
directo en un brazo esférico tipo Stanford. |
|
| Tema 3.2: El
problema cinemático inverso. |
3.2.1.
Introducción.
3.2.2.
Planteamiento del problema cinemático inverso
P.C.I.
3.2.3.
Estudio de la existencia y unicidad del P.C.I.
3.2.4.
Métodos de resolución del P.C.I.
(métodos genéricos y métodos
particulares).
3.2.5.
Desacoplo del P.C.I. en dos subproblemas. P.C.I.
de posición del brazo. P.C.I. de orientación
de la muñeca.
3.2.6.
Resolución del P.C.I. en un robot con 2
g.d.l. utilizando métodos algebraicos.
3.2.6.2.
Resolución del P.C.I. en un robot con 2
g.d.l. utilizando métodos geométricos.
3.2.6.3.
Resolución del P.C.I. en un robot SCARA. |
|
| Tema 3.3: Estudio
del mapa de velocidades de un robot: El Jacobiano. |
3.3.1.
Introducción al Jacobiano.
3.3.2.
Cálculo del Jacobiano del velocidad angular.
3.3.2.1.
Ejemplo de Jacobiano de velocidad angular en un
robot con 2 g.d.l. rotacionales.
3.3.3. Cálculo del Jacobiano de velocidad
lineal.
3.3.3.1.
Método 1: derivación en el tiempo
del vector de posición.
3.3.3.2.
Método 2: producto vectorial entre el vector
de velocidad angular de arrastre y el vector de
posición relativo.
3.3.3.3.
Ejemplo de Jacobiano de velocidad lineal en un
robot con 2 g.d.l. rotacionales.
3.3.4.
Resumen de las fórmulas de cálculo
de la matriz Jacobiana.
3.3.4.1.
Cálculo del Jacobiano de un robot Scara.
3.3.5. Velocidad lineal y angular de un eslabón.
3.3.6. Aceleración lineal y angular de
un eslabón.
3.3.7. Estudio de las configuraciones singulares
de un robot.
3.3.7.1. Desacoplamiento del problema de configuraciones
singulares.
3.3.7.2. Configuraciones singulares del brazo.
3.3.7.3. Configuraciones singulares de la muñeca. |
|
| Tema 3.4: Estudio
de la estática de un robot. |
| 3.4.1. Leyes
de equilibrio estático aplicadas a un eslabón
3.4.2. Cálculo recursivo
de las escuaciones de la estática de un
robot.
3.4.3. Resolución de
sencillos ejemplos de manipuladores industriales |
Bloque temático
IV: Introducción a la dinámica de
un robot. |
| Tema 4.1: Estudio
de la dinámica de un robot mediante la formulación
de Lagrange-Euler. |
| 4.1.1. Introducción. |
| 4.1.2. Definición
de la ecuación de Lagrange. |
| 4.1.3. Cálculo
de las energías cinética y potencial
de los eslabones de un robot: Tensores de inercia
y Jacobianos de los eslabones; Tensor de inercia
global del robot y Fuerzas gravitacionales. |
| 4.1.4. Fuerzas
generalizadas de un robot. |
| 4.1.5. Método
de obtención del modelo dinámico de
un robot mediante la formulación de Lagrange
Euler. |
| 4.1.6 Resolución
de sencillos ejemplos de manipuladores industriales. |
|
| Tema 4.2: Estudio
de la dinámica de un robot mediante la formulación
de Newton-Euler. |
| 4.2.1. Introducción. |
| 4.2.2. Formulación
recursiva de Newton-Euler: Ecuaciones dinámicas
de Newton-Eulet recursivas directas e inversas.
|
| 4.2.3. Método
de obtención del modelo dinámico de
un robot mediante la formulación de Newton-Euler. |
| 4.2.4. Resolución
de sencillos ejemplos de manipuladores industriales. |
|
|
| Bloque temático
V: Control cinemático de un robot. Planificación
de trayectorias. |
| Tema 5.1: El
control cinemático de un robot. |
| 5.1.1. Introducción. |
| 5.1.2. Relación
entre el modelo cinemático de un robot y
su control cinemático. |
| 5.1.3. Tipos de
trayectorias de un robot. |
| 5.1.4. Generación
y planificación de trayectorias: Interpoladores
lineales, cúbicos, PSB, otros. |
|
|
| Bloque temático
VI: Introducción al control dinámico
de un robot. |
| Tema 6.1: Introducción
a la teoría de control de sistemas lineales. |
| 6.1.1. Introducción. |
| 6.1.2. Modelos
matemáticos que describen el comportamiento
dinámico de sistemas. |
| 6.1.3. Descripción
del comportamiento dinámico de sistemas de
1º y 2º orden: regimen transitorio y permanente. |
| 6.1.4. Estudio
del error en regimen permanente. |
| 6.1.5. Estudio
de la estabilidad. |
| 6.1.6. Controladores
PID. |
| 6.1.7. Estudio
de un servomecanismo como elemento de control de
una articulación. |
| 6.1.8. Modelo de
estado aplicado a las ecuaciones dinámicas
de un robot. |
|
|
| Tema 6.2: Controles
dinámicos de un robot. |
| 6.2.1. Introducción. |
| 6.2.2. Controles
monoarticulares y multiarticulares. |
| 6.2.3. Control
monoarticular PID. |
| 6.2.4. Control
monoarticular PID con prealimentación. |
| 6.2.5. Control
monoarticular PID con compensación por gravedad. |
|
|
| Bloque temático
VII: Métodos de programación de robots.
|
| Tema 7.1: Sistemas
de programación de robots. |
| 7.1.1. Introducción. |
| 7.1.2. Métodos
de programación de robots: programación
por guiado y programación textual. |
| 7.1.3. Requerimientos
de un sistema de programación de robots. |
| 7.1.4. Características
básicas de los lenguajes de programación
de robots. |
| 7.1.5. Ejemplo
de programación de un robot industrial. |
|
|
| Bloque temático
VIII: Introducción a la tecnología
de los robots. |
| Tema 8.1: Elementos
que forman parte de un robot industrial. |
| 8.1.1. Introducción. |
| 8.1.2. Actuadores
utilizados en robótica: actuadores neumáticos
(cilindros y motores), actuadores hidráulicos
(cilindros y motores), actuadores electromecánicos
(motores paso a paso, c.c., c.a., etc). |
| 8.1.3. Sensores
utilizados en robótica: Medida de la posición
lineal y angular (encorders absolutos e incrementales,
resolvers); Medida de la velocidad (dinamos tacométricas);
otros sensores. |
| 8.1.4. Transmisiones
y reductoras. |
| 8.1.5. Elementos
terminales. |
|
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