CONTROL Y PROGRAMACIÓN DE ROBOTS.
Programa de teoría. Curso 2021-2022
| Bloque temático
I: Consideraciones básicos sobre la Robótica. |
| Tema I: Introducción
a la Robótica. |
-
Introducción.
- Reseña histórica de la Robótica.
- La robótica y la automatización.
- Definiciones de robot. |
| -
Clasificaciones de los robots.
- Aplicaciones de los robots.
- Estructura mecánica de un robot.
- Características y especificaciones de
un robot.
- Descripción de las estructuras robóticas:
Estructura cartesiana, estructura cilíndrica,
estructura polar, estructura articulada, estructura
Scara, otras estructuras. |
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| Bloque temático
II: Herramientas físicas y matemáticas
necesarias en Robótica. |
| Tema 2: Descripciones
y transformaciones espaciales utilizadas en robótica. |
Espacio
articular y espacio de la tarea. Coordenadas.
Introducción.
- Espacio de la tarea, operacional o cartesiano.
Coordenadas de tarea.
-
Espacio articular. Coordenadas generalizadas.
-
Introducción a la redundancia de un robot.
Descripciones matemáticas espaciales
de la posición, rotación y localización
de un sólido en el espacio.
Descripción
matemática de un punto en el espacio. Operación
de traslación.
Matriz
de cambio de orientación en el plano X-Y.
Matriz
de rotación de un punto en el plano X-Y.
Matriz
de cambio de orientación tridimensional.
Composición
de cambios de orientación.
Traslación
y cambio de orientación.
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.
Ángulos de Euler. Muñeca de Euler
-
Ángulos de Euler. Descripción
de la matriz de cambio de orientación
(planteamiento directo).
-
Ángulos de Euler. Descripción
de la matriz de cambio de orientación
(planteamiento inverso).
-
Ángulos de Euler. Descripción
de la matriz de cambio de orientación
(casos particulares).
Ángulos de balanceo, cabeceo y giro
-
Ángulos de alabeo, cabeceo y giro. Descripción
de la matriz de cambio de orientación
(planteamiento directo).
-
Ángulos de alabeo, cabeceo y giro. Descripción
de la matriz de cambio de orientación
(planteamiento inverso)
-
Ángulos de alabeo, cabeceo y giro. Descripción
de la matriz de cambio de orientación
(casos particulares)
Descripción
de la orientación mediante un ángulo
y un eje.
Descripción
de la orientación con cuaternios.
Matriz
de transformación homogénea.
-
Aplicación de la matriz de transformación
homogénea a la descripción de
los elementos de un robot (brazo, muñeca,
efector terminal).
Modelos
gráficos para describir la traslación
y cambio de orientación. Grafos de ubicación
aplicados a los elementos de un robot.
-
Grafos de ubicación aplicados a un sistema
robótico.
-
2.6. Localización y movientos de objetos.
Derivada de un vector en una base móvil.
Estructura cilíndrica. Estudio de la cinemática.
-
Posición del efector terminal en una
estructura cilíndrica.
- Velocidad
lineal del efector terminal en una estructura
cilíndrica.
- Aceleración
lineal del efector terminal en una estructura
cilíndrica.
Estructura esférica. Estudio de la cinemática.
-
Posición del efector terminal en una
estructura esférica.
-
Velocidad lineal del efector terminal en una
estructura esférica.
-
Aceleración lineal del efector terminal
en una estructura esférica.
Composición
de movimientos.
- Ejemplo: Cinemática de un brazo manipulador
esférico (Método 1).
-
Ejemplo: Cinemática de un brazo manipulador
esférico (Método 2).
Muñeca de Euler. Estudio de la cinemática.
(Viejo)
2.7.10.1. Velocidad angular.
(Viejo)
2.7.10.2. Aceleración angular.
(Viejo)
2.7.10.3. Posición del efector terminal.
(Viejo)
2.7.10.4. Velocidad lineal del efector terminal.
(Viejo)
2.7.10.5. Aceleración lineal del efector
terminal.
El
centroide.
-
Ejemplo 1: centroide de un triángulo.
-
(Viejo) 2.7.11.1.2. Ejemplo 2: centroide de
una geometría compuesta por geometrías
básicas.
-
(Viejo) 2.7.11.1.3. Ejemplo 3: centroide de
una semiesfera sólida.
- Centroide
de una semiesfera. (Integración en coordenadas
esféricas).
Centro
de masas (cdm).
-
cdm de una semiesfera.
Momento
de inercia de un sólido.
-
Ejemplo 1: momento de inercia de un cilindro.
-
Ejemplo 2: momento de inercia en un cono.
Estudio
de tensor de inercia de un sólido.
-
(Viejo) 2.9.1. Ejemplo 1: tensor de inercia
de un paralelepípedo.
Energía
mecánica.
Energía
cinética traslacional.
Energía
cinética rotacional.
Energía
potencial.
Equilibrio estático en un sólido
rígido
Cinemática vectorial (posición,
velocidad y aceleración angular) de un
sólido rígido en sistemas de referencia
inerciales y no inerciales
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| Bloque temático
III: Estudio de la cinemática de un robot. |
| Tema 3.1: El
problema cinemático directo (P.C.D.) |
Introducción.
Planteamiento
y resolución del problema cinemático
directo (P.C.D.)
-
Formulación de Denavit-Hartenberg. Condiciones
y parámetros.
-
Resolución del problema cinemático
directo utilizando la notación de Denavit-Hartenberg.
Pasos a seguir.
-
(Viejo). Resolución del problema cinemático
directo en un manipulador con 2 articulaciones
rotacionales.
-
Resolución del problema cinemático
directo en un manipulador con 3 articulaciones
rotacionales.
-
(Viejo) Resolución del problema cinemático
directo en un robot Scara.
-
(Viejo) Resolución del problema cinemático
directo en una muñeca de Euler.
-
(Viejo) Resolución del problema cinemático
directo en un brazo esférico tipo Stanford.
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| Tema 3.2: El
problema cinemático inverso (P.C.I.) |
Introducción
al P.C.I. Planteamiento y resolución.
Estudio
de la existencia y unicidad del P.C.I.
Métodos
de resolución del P.C.I. (métodos
genéricos y métodos particulares).
-
(Viejo) Resolución del P.C.I. en un robot
con 2 g.d.l. utilizando métodos algebraicos.
-
(Viejo) Resolución del P.C.I. en un robot
con 2 g.d.l. utilizando métodos geométricos.
Desacoplo
del P.C.I. en dos subproblemas. P.C.I. de posición
del brazo. P.C.I. de orientación de la
muñeca.
-
Desacoplo del PCI en un robot RRR.
-
Resolución del P.C.I. de brazo en un
robot RRR. Método algebraico.
-
Resolución del P.C.I. de brazo en un
robot RRR. Método geométrico.
-
Resolución del P.C.I. de muñeca
en un robot RRR.
(Viejo)
Resolución del P.C.I. en un robot SCARA. |
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| Tema 3.3: Estudio
del mapa de velocidades de un robot: El Jacobiano. |
-
El Jacobiano de un robot.
-
Derivada de una matriz de cambio de orientación.
-
Velocidad lineal de un eslabón i-ésimo.
-
Velocidad angular de un eslabón i-ésimo.
-
Aceleración angular de un eslabón
i-ésimo.
-
Aceleración lineal de un eslabón
i-ésimo.
-
Jacobiano de velocidad lineal (analítico).
-
Jacobiano de velocidad lineal (geométrico).
-
Jacobiano de velocidad angular (geométrico).
-
Resumen de las fórmulas de cálculo
de la matriz Jacobiana.
-
(Viejo) Ejemplo de Jacobiano de velocidad angular
en un robot con 2 g.d.l. rotacionales.
-
(Viejo) Ejemplo de Jacobiano de velocidad lineal
en un robot con 2 g.d.l. rotacionales.
-
(Viejo) Cálculo del Jacobiano de un robot
Scara.
-
Jacobiano de un robot con 3 g.d.l. moviéndose
en un plano principal.
Configuraciones
singulares de un robot.
-
Descomposición del cálculo de
las configuraciones singulares de un robot.
-
Configuraciones singulares de un brazo con 2
g.d.l.
-
Configuraciones singulares de la muñeca
de Euler.
-
Configuraciones singulares de un robot Scara.
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| Tema 3.4: Estudio
de la estática de un robot. |
| Equilibrio
estático de un eslabón
- Equilibrio de fuerzas de un eslabón
- Equilibrio de pares de un eslabón
- Ejemplo: equilibrio estático de los
eslabones de un robot con 2 g.d.l.
Ecuaciones recursivas de la estática de un robot.
- Ecuaciones recursivas de la estática de un robot. Vectores fuerza.
- Ecuaciones recursivas de la estática
de un robot. Vectores par.
- Ejemplo 1 de un robot RR con 2 g.d.l. Introducción.
- Ejemplo 1de un robot RR con 2 g.d.l. Iteración
1.
- Ejemplo 1 de un robot RR con 2 g.d.l. Iteración
2.
- Ejemplo 2 de un robot RR con 2 g.d.l. Introducción.
- Ejemplo 2 de un robot RR con 2 g.d.l. Iteración
1.
- Ejemplo 2 de un robot RR con 2 g.d.l. Iteración
2.
- Ejemplo 3 de un robot RP con 2 g.d.l. Introducción.
- Ejemplo 3 de un robot RP con 2 g.d.l. Iteración
1.
- Ejemplo 3 de un robot RP con 2 g.d.l. Iteración
2.
|
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. |
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| 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. |
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| Bloque temático
VI: Introducción al control dinámico
de un robot. |
| Tema 6.1: Controles
dinámicos de un robot. |
| 6.1.1. Introducción. |
| 6.1.2. Controles
monoarticulares y multiarticulares. |
| 6.1.3. Control
monoarticular PID. |
| 6.1.4. Control
monoarticular PID con prealimentación. |
| 6.1.5. Control
monoarticular PID con compensación por gravedad. |
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| 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. |
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| 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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