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Programa asignatura “Control y programación de robots”
CONTROL Y PROGRAMACIÓN DE ROBOTS
Año académico:
Centro:
Estudios:
Asignatura:
Ciclo:
Curso:
Cuatrimestre:
Carácter:
Créditos teóricos:
Créditos prácticos.:
Profesor/es:
Área:
Departamento:
2006-2007
Escuela Politécnica Superior
Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas
Control y programación de robots
1º
3
1º
Optativa
3
3
D. José Carlos Moreno Úbeda
Ingeniería de Sistemas y Automática
Lenguajes y Computación
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
Control y programación de robots es una asignatura optativa ofertada por el área de Ingeniería de Sistemas y
Automática de la Universidad de Almería que consta de 3 créditos teóricos y 3 créditos prácticos,
impartiéndose durante el primer cuatrimestre del curso académico. Los objetivos fundamentales de la
asignatura son:
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Introducir al alumno en los conceptos fundamentales de la robótica de manipulación, así como la
descripción de sus periféricos, para que sean capaces de analizar, diseñar, programar y utilizar este tipo
de sistemas y adaptarse a su evolución.
Describir las técnicas utilizadas en el control de la trayectoria que debe seguir el robot cuando realiza una
tarea.
Describir las técnicas de control automático utilizadas para el control de los actuadores del robot.
Describir los métodos de enseñanza de robot, ya sea mediante aprendizaje directo o mediante lenguajes
de programación de robots: textuales, a nivel de tareas, etc.
Dar a conocer los criterios, normas y técnicas necesarias para el diseño y la implementación de células
robotizadas para la solución de problemas.
Mostrar al alumno ámbitos de aplicación concretos en los que se puedan utilizar el control automático y
la robótica de manipulación en los distintos sectores de producción de la provincia de Almería: agrícola
(robotización de tareas de trasplante, transporte, recolección y postrecolección), industria del mármol en
la comarca de Macael, robotización en industrias de envasado, industria química y cementera.
PROGRAMA DE TEORÍA
Tema 1.- Introducción a la robótica de manipulación
1.1.- Antecedentes históricos y evolución de la robótica
1.2.- Concepto de robot manipulador
1.3.- Elementos de un sistema robotizado
1.4.- Morfología de los robots manipuladores
1.5.- Clasificación de los robots manipuladores
1.6.- Actuadores
1.7.- Sistema sensorial de los robots manipuladores
1.8.- Controladores
1.9.- Elemento terminal
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Tema 2.- Modelado y simulación de la cinemática de robots manipuladores
2.1.- Concepto de cinemática directa e inversa
2.2.- Representación de la posición
2.3.- Representación de la orientación
2.4.- Matrices de transformación
2.5.- Gráficos de transformación
2.6.- Modelo cinemático directo. Algoritmo Denavit-Hartenberg
2.7.- Modelo cinemático inverso
2.8.- Velocidad de trabajo del manipulador. Jacobiano.
Tema 3.- Modelado y simulación de la dinámica de robots manipuladores
3.1.- Introducción a la dinámica
3.2.- Modelo dinámico de la estructura mecánica de un robot rígido
3.3.- Formulación de Lagrange-Euler
3.4.- Formulación Newton-Euler iterativa
3.5.- Modelo dinámico de los actuadores de un robot manipulador
Tema 4.- Generación de trayectorias: control cinemático de robots manipuladores
4.1.- Funciones del control cinemático
4.2.- Tipos de trayectorias
4.3.- Interpolación articular
4.4.- Generación de trayectorias en el espacio cartesiano
4.5.- Polinomios cúbicos
4.6.- Polinomios de orden superior
4.7.- Funciones lineales con enlace parabólico
4.8.- Muestreo de trayectorias cartesianas
4.9.- Generación en tiempo real
Tema 5.- Control de articulaciones de manipuladores robóticos
5.1.- Control de articulaciones
5.2.- Control PID individual de articulaciones
5.3.- Control mediante el método del par calculado
5.4.- Consideraciones de inercias. Desacoplamiento inercial
5.5.- Control en el espacio cartesiano
5.6.- Introducción al control adaptativo y aprendizaje
5.7.- Control de esfuerzos
5.8.- Esquema híbrido de control de esfuerzos y posición
5.9.- Aspectos prácticos de la implantación del controlador
Tema 6.- Control del movimiento de robots manipuladores
6.1.- Niveles de control
6.2.- Especificaciones
6.3.- Arquitecturas para control
6.4.- Gestión de ejecución e implantación
6.5.- Descripción de las implantaciones más habituales
6.6.- Detección de obstáculos
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Tema 7.- Programación de robots
7.1.- Métodos de programación
7.2.- Programación por guiado
7.3.- Programación a nivel de robot
7.4.- Programación a nivel de tarea
7.5.- Programación textual
7.6.- Requerimientos de un sistema de programación de robots
7.7.- El lenguaje de programación ACL
7.8.- Otros lenguajes de programación de robots
7.9.- Introducción a la programación mediante herramientas CAD
7.10.- Introducción al control con realimentación del entorno y percepción de distancia, posición y
movimiento.
Tema 8.- Desarrollo e implantación de un sistema robotizado
8.1.- Diseño y control de una célula robotizada
8.2.- Configuraciones en los sistemas de producción robotizados
8.3.- Selección de robots
8.4.- Características del sistema de control de una célula robotizada
8.5.- Elementos terminales específicos
8.6.- Seguridad en instalaciones robotizadas
8.7.- Justificación económica
Tema 9.- Aplicaciones de los robots
9.1.- Mercado de robots
9.2.- Clasificación de las aplicaciones
9.3.- Transferencia de material y carga/descarga de máquinas
9.4.- Operaciones de procesamiento
9.5.- Montaje e inspección
9.6.- Otras aplicaciones
9.7.- Aplicaciones futuras
9.8.- Aplicaciones de la robótica en los sectores de producción de la provincia de Almería
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Módulo 1. Identificación y funcionamiento de una sistema robotizado real: Robot SCORBOT ER-V
Posicionamiento y trabajo (2 horas)
Material: Robot SCORBOT ER-V Plus, Herramienta de simulación ER Simulation
1.1.- Reconocimiento de las partes que constituyen el sistema
1.2.- Conexión del robot a la pistola de mando
1.3.- Conexión del robot a un ordenador
1.4.- Reglas de seguridad a cumplir
1.5.- Desplazamiento de los diferentes grados de libertad
1.6.- Movimiento continuo e intermitente
1.7.- Funcionamiento de la pinza
1.8.- Posicionamiento del robot en el espacio
1.9.- Aprendizaje directo
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Módulo 2.- Diseño e implementación de programas de posicionamiento y manipulación de objetos
(6 horas)
Material: Robot SCORBOT ER-V Plus, Herramienta de simulación ER Simulation
2.1.- Diseñar e implementar programas para el desplazamiento del robot por posiciones memorizadas
2.2.- Almacenamiento de programas
2.3.- Inserción de los movimientos de pinzas
2.4.- Corrección de programas
2.5.- Diseño e implementación de programas “situar el robot y coger objetos” (Pick and Place )
2.6.- Programación de la velocidad del robot
Módulo 3.- Integración del robot en un proceso de fabricación. Gestión de entradas y salidas (6 horas)
Material: Robot SCORBOT ER-V Plus, Herramienta de simulación ER Simulation, sensores de distancia y
presencia, cinta transportadora con variador de velocidad.
3.1.- Interacción del controlador del robot con señales de sensores externos
3.2.- Respuesta del robot a eventos discretos y temporizados
3.3.- Coordinación de movimientos del robot y de una cinta transportadora
Módulo 4. Generación y movimiento del robot a lo largo de una trayectoria determinada (8 horas)
Material: Robot SCORBOT ER-V Plus, Herramienta de simulación ER Simulation
4.1 Definición de posiciones y variables a utilizar.
4.2 Diseñar e implementar un programa que calcule una trayectoria sinusoidal.
4.3 Diseñar e implementar un programa que mueva el robot hacia delante y hacia atrás a lo largo de
la trayectoria anterior.
4.4 Diseño de estrategias de control para robots manipuladores
Módulo 5. Estudio de la cinemática de robots manipuladores (8 horas)
Material: Entorno matemático Matlab, Robotics Toolbox
5.1.- Realización del tutorial del toolbox de robótica. Robot Puma
5.2.- Calculo del modelo cinemático directo de un robot tipo SCARA
5.3.- Calculo del modelo cinemático inverso de un robot tipo SCARA
5.4.- Simulación visual del movimiento a lo largo de una trayectoria de un robot tipo SCARA
5.5.- Estudio de la velocidad de las articulaciones de un robot tipo SCARA
5.6.- Diseño e implementación de una función que genere trayectorias a partir de unos determinados
datos de entrada
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
Se recomienda la siguiente bibliografía, marcadas en negrita la que se considera básica:
Teoría:
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Barrientos, Peñín, Balaguer, Aracil; Fundamentos de Robótica; Ed. Mc Graw Hill, 1997
Fu K.S.; González,, R.C.; Lee, C.S.G.; Robótica. Control, detección, visión e inteligencia. Ed. Mc
Graw Hill, 1990
M.P. Groover, M. Weiss, R.N. Nagel y N.G. Odrey. Robótica Industrial: Tecnología, Programación y
aplicaciones. McGraw-Hill, 1989.
M. W. Spong y M. Vidyasagar. Robot Dynamic and Control. John Wiley and Sons, 1989.
Ollero, A.; Robótica. Manipuladores y Robots Móviles. Editorial Marcombo, 2002
Mellado, M.; Control Cinemático de Robots; Editorial Prentice Hall 2002.
Tomás, Fuente, Robots y Sistemas Sensoriales, Editorial Prentice Hall 2002.
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Programa asignatura “Control y programación de robots”
Prácticas:
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Eshed Robotec, Manual de usuario del SCORBOT - ER V. 1994
Eshed Robotec, ACL Lenguaje de Control Avanzado y ATS Software de terminal Avanzado. Guía de
Referencia. 3ª Edición. Noviembre 1994.
EVALUACIÓN
1.
2.
3.
4.
5.
Prácticas obligatorias
Trabajo obligatorio sobre aplicaciones de la robótica de manipulación
Ejercicios obligatorios a entregar de cada tema
Examen final si se estima necesario: Febrero 2002
Convocatorias extraordinarias que decida Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Almería
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