Control  y  programación  de  robots

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DEPARTAMENTO PROFESOR/ES
INGENIERÍA ELÉCTRICA Carlos Elvira Izurrategui
TITULACIONES EN LAS QUE SE IMPARTE LA ASIGNATURA
Titulación Carácter Curso Semestre Créditos Guía Docente
Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Obligatoria 3 Primer Semestre 6 pdf
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Fundamentos de robótica / Antonio Barrientos...[et al.]-- 2ª ed-- Madrid : McGraw Hill/Interamericana de España, 2007
Theory of Robot Control. Carlos Canudas de Wit. Springer-Verlag. ISBN: 3540760547.
Introduction to robotics. Mc Kerrow P.J. Addison Wesley. ISBN: 0201182408.
Robot Manipulators. Mathematics, programming and control. Paul R. P. MIT-Press. ISBN: 026216082X
Analytical robotics and mechatronics / Wolfram Stadler-- New York : McGraw-Hill, cop. 1995
Introduction to robotics : mechanics and control / John J. Craig-- 3rd ed-- Upper Saddle River (New Jersey) : Pearson Education International, [2005]
Robotics : modelling, planning and control / Bruno Siciliano...[et al.]-- New York : Springer, cop. 2009
Mecánica : Grado de Ingeniería de Tecnologías Industriales / Juan Lladó Paris, Beatriz Sánchez Tabuenca. (2015) Editorial: Zaragoza : Copy Center Digital, D.L. 2015
Modern robotics : mechanics, planning, and control / Kevin M. Lynch and Frank C. Park. / Cambridge : Cambridge University Press, 2017 (Repr. 2021)
Robot dynamics and control / Mark W. Spong, M. Vidyasagar-- New York : John Wiley & Sons, cop. 1989
Robots y sistemas sensoriales / Fernando Torres ... [et.al.]-- Madrid : Prentice Hall, [2002]
Web del profesor. Guía de la asignatura "Control y programación de robots"
Canal de YouTube CEIAR_UR. Lista de vídeos de robótica CPR:UR (Curso 2015-16) Sesiones docentes de la asignatura.
Canal de YouTube CEIAR_UR. Lista de vídeos de robótica CPR:UR (Curso 2013-14) Sesiones docentes de la asignatura.
Servidor CEIAR de apoyo a la docencia en la asignatura
Canal de YouTube. Lecture Collection | Introduction to Robotics. Stanford University. Lecture by Professor Oussama Khatib for Introduction to Robotics (CS223A)
Campus virtual oficial de la UR (Blackboard)
Canal de YouTube. Northwestern Robotics


CONTEXTO
El carácter multidisciplinar de la Robótica, tanto en la parte de análisis y diseño requiere de sólidos conocimientos en los campos de la mecánica, la electrónica, la electrotecnia y la informática, por lo que guarda estrecha relación con las asignaturas previas pertenecientes a esos campos.
Además aporta competencias y resultados de aprendizaje propios del Pertil en Automática y Sistemas Robotizados.
COMPETENCIAS
COMPETENCIAS GENERALES:
- O3. Conocimiento en materias basicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.
- G1. Capacidad de análisis y síntesis
- G2. Capacidad de aplicar los conocimientos a la práctica
- G3. Planificación y gestión del tiempo
- G6. Habilidades informáticas básicas
- G10. Capacidad crítica y autocrítica
- G11. Capacidad de adaptación a nuevas situaciones
- G12. Capacidad para generar nuevas ideas
- G13. Resolución de problemas
- G15. Trabajo en equipo

COMPETENCIAS ESPECÍFICAS:
E7. Conocimiento y capacidad para el modelado y simulación de sistemas
E9. Conocimientos de principios y aplicaciones de los sistemas robotizados.
TEMARIO
TEMARIO DE AULA
1. Bloque temático I: Consideraciones básicas sobre la Robótica.
1.1 Introducción a la Robótica. Reseña histórica. Definiciones. Clasificaciones. 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.
2. Bloque temático II. Herramientas físicas y matemáticas necesarias en Robótica.
2.1. Espacio articular y espacio de la tarea. Coordenadas generalizadas.
2.2. Descripciones matemáticas espaciales: vectores cinemáticos.
2.3. Cambio de descripciones y transformaciones espaciales de traslación y rotación (simples, compuestas); ángulos de alabeo, cabeceo y giro; ángulos de Euler; Modelo ángulo/eje, modelos descriptivos de la orientación.
2.4. Transformaciones homogéneas: coordenadas y matrices homogéneas; significado geométrico; aplicación de la matriz homogénea al brazo, muñeca y pinza de un robot.
2.5. Grafos de transformación y movimiento; localización y movimientos de objetos.
2.6. Vectores de la dinámica de un sólido. Centroide y centro de masas de un sólido rígido: aplicación a eslabones con geometrías tridimensionales. Momento de inercia de un sólido rígido; aplicación a eslabones con geometrías tridimensionales.
2.7. Tensor de inercia de un sólido rígido.
2.8. Cinemática vectorial (posición, velocidad y aceleración lineal y angular) de un sólido rígido en sistemas de referencia inerciales y no inerciales.
2.9. Cinemática de movimiento de manipuladores cilíndricos y esféricos.
2.10. Descripción vectorial de las energías mecánicas (traslacional y rotacional) de un sólido rígido.
2.11. Leyes de equilibrio estático en un sólido rígido.
3. Bloque temático III: Estudio de la cinemática de un robot.
3.1. El problema cinemático directo. Introducción. Planteamiento y resolución del problema cinemático directo P.C.D.: Representación de Denavit-Hartenberg; Sistemas de referencia según la notación de Denavit-Hartenber; Pasos a seguir en la resolución del P.C.D.. Estudio del P.C.D. en varios brazos y muñecas de varios robots industriales. Estudio de la ubicación de un robot en un entorno de aplicación.
3.2. El problema cinemático inverso. Introducción. Planteamiento y resolución del problema cinemático inverso P.C.I.: Estudio de la existencia y unicidad del P.C.I.; Métodos de resolución del P.C.I. (métodos genéricos y métodos particulares); Desacoplo del P.C.I.; Fases en la resolución del P.C.I.. Estudio del P.C.D. en varios brazos y muñecas de varios robots industriales.
3.3. Estudio del mapa de velocidades de un robot. Introducción. Relaciones diferenciales entre los desplazamiento infinitesimales de las articulaciones de un robot y el desplazamiento infinitesimal de su elemento terminal. Método de obtención de la matriz Jacobiana: jacobiano de velocidad lineal y jacobiano de velocidad angular. Obtención del Jacobiano de varios robots industriales. Configuraciones singulares de un robot: Desacoplo del problema; Obtención de las configuraciones singulares del brazo y de la muñeca de un robot.
3.4. Estudio de la estática de un robot. Leyes de equilibrio estático aplicadas a un eslabón. Cálculo recursivo de las ecuaciones de la estática en un robot. Resolución de sencillos ejemplos de manipuladores industriales.
4. Bloque temático IV. Introdución a la dinámica de un robot.
4.1. Estudio de la dinámica de un robot mediante la formulación de Newton-Euler. Introducción. Formulación recursiva de Newton-Euler: Ecuaciones dinámicas de Newton-Eulet recursivas directas e inversas. Método de obtención del modelo dinámico de un robot mediante la formulación de Newton-Euler. Resolución de sencillos ejemplos de manipuladores industriales.
4.2. Estudio de la dinámica de un robot mediante la formulación de Lagrange-Euler. Introducción. Definición de la ecuación de Lagrange. 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. Fuerzas generalizadas de un robot. Método de obtención del modelo dinámico de un robot mediante la formulación de Lagrange Euler. Resolución de sencillos ejemplos de manipuladores industriales.
5. Bloque temático V. Control cinemático de un robot. Planificación de trayectorias.
5.1. El control cinemático de un robot. Introducción. Relación entre el modelo cinemático de un robot y su control cinemático.Tipos de trayectorias de un robot. Generación y planificación de trayectorias: Interpoladores lineales, cúbicos, PSB, otros.
6. Bloque temático VII. Métodos de programación de robots.
6.1. Introducción. Métodos de programación de robots: programación por guiado y programación textual. Requerimientos de un sistema de programación de robots. Características básicas de los lenguajes de programación de robots. Ejemplos de programación de un robot industrial.
7. Bloque temático VIII. Introducción a la tecnología de los robots.
7.1. Introducción. 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). Sensores utilizados en robótica: Medida de la posición lineal y angular (encorders absolutos e incrementales, resolvers); Medida de la velocidad (dinamos tacométricas); otros sensores. Transmisiones y reductoras. Elementos terminales.
TEMARIO DE LABORATORIO
Prácticas dirigidas a la PROGRAMACIÓN de modelos utilizados en los robots industriales
Prácticas dirigidas a la PROGRAMACIÓN de tareas básicas sobre manipuladores didácticos.
Prácticas dirigidas a la PROGRAMACIÓN de un manipulador industrial ligero.