Control y programación de robots
GUÍA DOCENTE Curso 2024-25
| Titulación: | Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática | 805G |
| Asignatura: | Control y programación de robots | 640 |
| Materia: | Automática y control |
| Módulo: | Formación obligatoria en tecnología electrónica industrial |
| Modalidad de enseñanza de la titulación: | Presencial | Carácter: | Obligatoria |
| Curso: | 3 | Créditos ECTS: | 6,00 | Duración: | Semestral (Primer Semestre) |
| Horas presenciales: | 60,00 | Horas estimadas de trabajo autónomo: | 90,00 |
| Idiomas en que se imparte la asignatura: | Español |
| Idiomas del material de lectura o audiovisual: | Inglés, Español |
Departamentos responsables de la docencia
| INGENIERÍA ELÉCTRICA | R109 |
| Dirección: | C/ San José de Calasanz, 31 | Código postal: | 26004 |
| Localidad: | Logroño | Provincia: | La Rioja |
| Teléfono: | 941299477 | Fax: | 941299478 | Correo electrónico: | dpto.die@unirioja.es |
Profesorado previsto
| Profesor: | Elvira Izurrategui, Carlos | Responsable de la asignatura |
| Teléfono: | 941299481 | Correo electrónico: | carlos.elvira@unirioja.es |
| Despacho: | 109 | Edificio: | DEPARTAMENTAL | Tutorías: | Consultar |
Descripción de los contenidos
• Modelo y control cinemáticos y dinámicos de robots industriales.
• Técnicas de programación de robots.
• Diseño y desarrollo de aplicaciones de automatización, robotización y control.
Requisitos previos de conocimientos y competencias para poder cursar con éxito la asignatura
Recomendados para poder superar la asignatura.
Tener conocimientos de las siguientes materias:
(493) Teoría de mecanismos
Análisis y Síntesis de mecanismos. Cinemática y dinámicas de mecanismos.
Justificación: Todos los conocimientos anteriores son necesarios para abordar el modelado cinemático y dinámico de un robot (cadena cinemática abierta)
(494) Sistemas electrónicos
Introducción al Microprocesador.
Justificación: conocer los detalles de funcionamiento del corazón del armario de control de un robot industrial.
(644) Electrotecnia
Motores asíncronos.
Máquinas de corriente continua.
Máquina síncrona funcionando como motor.
Motores paso a paso
Motores Brushless
Justificación: aplicar la tecnología de los actuadores electromecánicos en los robots industriales.
(836) Matemáticas I
Cálculo diferencial e integral de una variable.
Justificación: Necesario para el cálculo de parámetros dinámicos de un cuerpo sólido rígido (eslabón), como el momento de inercia, la matriz tensor de inercia.
(837) Matemáticas II
Espacios vectoriales y matrices. Justificación: Necesario para el modelado cinemático de un robot utilizando la formulación de Denavit-Hartenberg
(840) Mecánica
Cinemática de los sistemas mecánicos
Dinámica de los sistemas mecánicos
Estática de los sistemas mecánico
Geometría de masas
Justificación: Todos los conocimientos anteriores son necesarios para abordar el modelado cinemático y dinámico de un robot (cadena cinemática abierta)
(843) Informática
Programación: noción de algoritmo, tipos de datos elementales, estructuras de composición de sentencias, subalgoritmos.
Tipos de datos: mecanismos básicos de estructuración de datos, estructuras de datos, modelos abstractos y módulos de librería.
Justificación: Implementar en la práctica de funciones y/o programas en lenguaje de alto nivel para calcular modelos cinemáticos y dinámicos de un robot.
(844) Matemáticas III
Cálculo diferencial e integral en varias variables.
Justificación: Necesario para el cálculo de parámetros dinámicos de un cuerpo sólido/eslabón, como el tensor de inercia.
(877) Fundamentos de control
Análisis y síntesis de sistemas lineales en el dominio del tiempo.
Análisis y síntesis de sistemas lineales en el dominio de la frecuencia.
El controlador PID industrial.
Justificación: aplicar las técnicas de análisis y síntesis de sistemas dinámicos a las ecuaciones dinámicas de las articulaciones independientes (control monoarticular) de un robot.
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.
Resultados del aprendizaje
El alumno:
R5. Tendrá conocimientos de principios y aplicaciones de los sistemas robotizados.
Temario
Temario de AULA
- Consideraciones básicas sobre la Robótica.
- 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.
- Herramientas físicas y matemáticas necesarias en Robótica.
- Espacio articular y espacio de la tarea. Coordenadas generalizadas.
- Descripciones matemáticas espaciales: vectores cinemáticos.
- 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.
- Transformaciones homogéneas: coordenadas y matrices homogéneas; significado geométrico; aplicación de la matriz homogénea al brazo, muñeca y pinza de un robot.
- Grafos de transformación y movimiento; localización y movimientos de objetos.
- 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.
- Tensor de inercia de un sólido rígido.
- Cinemática vectorial (posición, velocidad y aceleración lineal y angular) de un sólido rígido en sistemas de referencia inerciales y no inerciales.
- Cinemática de movimiento de manipuladores cilíndricos y esféricos.
- Descripción vectorial de las energías mecánicas (traslacional y rotacional) de un sólido rígido.
- Leyes de equilibrio estático en un sólido rígido.
- Estudio de la cinemática de un robot.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Introdución a la dinámica de un robot.
- 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.
- 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.
- Control cinemático de un robot. Planificación de trayectorias.
- 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, LSPB, otros.
- Métodos de programación de robots.
- 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.
- Introducción a la tecnología de los robots.
- 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.
Bibliografía
| Tipo: | Título |
| Básica | Robotics: modelling, planning and control / Bruno Siciliano...[et al.]-- New York : Springer, cop. 2009 Absys Biba |
| Básica | Analytical robotics and mechatronics / Wolfram Stadler-- New York : McGraw-Hill, cop. 1995 Absys Biba |
| Básica | Fundamentos de robótica / Antonio Barrientos...[et al.]-- 2ª ed-- Madrid : McGraw Hill/Interamericana de España, 2007 Absys Biba |
| Básica | Introduction to robotics : mechanics and control / John J. Craig-- 3rd ed-- Upper Saddle River (New Jersey) : Pearson Education International, [2005] Absys Biba |
| Básica | Fundamentals of robotics : analysis and control / Robert J. Schilling-- Englewood Cliffs, New Jersey : Prentice Hall, cop. 1990 Absys Biba |
| Básica | Robot Manipulators. Mathematics, programming and control. Paul R. P. MIT-Press. ISBN: 026216082X |
| Básica | Mecánica : Grado de Ingeniería de Tecnologías Industriales / Juan Lladó Paris, Beatriz Sánchez Tabuenca. (2015)
Editorial: Zaragoza : Copy Center Digital, D.L. 2015. CATA |
| Básica | Theory of Robot Control. Carlos Canudas de Wit. Springer-Verlag. ISBN: 3540760547. |
| Básica | Modern robotics : mechanics, planning, and control / Kevin M. Lynch and Frank C. Park. / Cambridge : Cambridge University Press, 2017 (Repr. 2021) |
| Complementaria | Robot dynamics and control / Mark W. Spong, M. Vidyasagar-- New York : John Wiley & Sons, cop. 1989 Absys Biba |
| Complementaria | Robots y sistemas sensoriales / Fernando Torres ... [et.al.]-- Madrid : Prentice Hall, [2002] Absys Biba |
| Recursos en Internet |
Web del profesor. Guía de la asignatura "Control y programación de robots" |
Campus virtual oficial de la UR (Blackboard) |
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. Northwestern Robotics |
Canal de YouTube. Lecture Collection | Introduction to Robotics.
Stanford University. Lecture by Professor Oussama Khatib for Introduction to Robotics (CS223A) |
Metodología
Modalidades organizativas
Clases teóricas
Seminarios y talleres
Clases prácticas
Tutorías
Estudio y trabajo autónomo individual
Métodos de enseñanza
Método expositivo - Lección magistral
Estudio de casos
Resolución de ejercicios y problemas
Aprendizaje cooperativo
Organización
| Actividades presenciales | Tamaño de grupo | Horas |
| Clases prácticas de aula | Reducido | 4,00 |
| Clases prácticas de laboratorio | Laboratorio | 24,00 |
| Clases teóricas y pruebas presenciales de evaluación | Grande | 32,00 |
| Total de horas presenciales | 60,00 |
| Trabajo autónomo del estudiante | Horas |
| Elaboración de trabajos e informes | 10,00 |
| Estudio personal | 40,00 |
| Estudios previos, y análisis posterior de resultados de las prácticas | 10,00 |
| Resolución de ejercicios y problemas. | 30,00 |
| Total de horas de trabajo autónomo | 90,00 |
Evaluación
| Sistemas de evaluación | Recuperable | No Recup. |
| Pruebas escritas | 60% | |
| Pruebas orales | 20% | |
| Técnicas de observación | | 20% |
| Total | 100% |
Comentarios
- Como parte de la evaluación continua se realizarán pruebas de evaluación a lo largo del curso que aportarán el 20% de la nota final. Estas pruebas tienen caracter no recuperable.
- En la fecha publica por la ETSII se realizará una evaluación asociada a las prácticas de laboratorio que aportará el 20% de la nota final. Esta evaluación será recuperable.
- Para los estudiantes a tiempo parcial (reconocidos como tales por la Universidad), las actividades de evaluación no recuperable podrán ser sustituidas por otras, a especificar en cada caso. Esta posibilidad se habilitará siempre y cuando la causa que le impida la realización de la actividad de evaluación programada sea la que ha llevado al reconocimiento de la dedicación a tiempo parcial. Con el objetivo de planificar para el estudiante a tiempo parcial las actividades sustitutivas, éste deberá entregar al profesor responsable de la asignatura un documento acreditativo que justifique su dedicación parcial fuera de la universidad junto con su dedicación horaria.
- La información detallada de las actividades académicas de la asignatura se refleja en su cronograma correspondiente disponible en el servidor de apoyo a la asignatura.
Las acciones fraudulentas, entre las que se considera el plagio o copia durante las pruebas, darán lugar a una calificación de suspenso (0 puntos) para todos los estudiantes implicados en la acción, incluido el autor original si se encontrase entre ellos.
Cuando el profesor lo considere necesario, requerirá la comparecencia del estudiante para que defienda ante él los materiales entregados y/o el examen realizado, de modo que una justificación insuficiente por su parte, que ponga de manifiesto el desconocimiento de los conceptos implicados, conllevará la asignación de una calificación de suspenso.
Criterios críticos para superar la asignatura
Para superar la asignatura el alumno deberá alcanzar, al menos, el 40% (4.0 puntos) de la calificación máxima en las pruebas escritas.
Si no se supera este criterio crítico de evaluación, la calificación total de la asignatura será SUSPENSO, con la nota resultante de la suma de las calificaciones obtenidas en todos los sistemas de evaluación, truncada a un máximo de 4.5 puntos.
Versión: 04/06/2024 14:25:17 - G 2024-25 - 805G - 640
