Robótica Industrial. Carrera: Ingeniería Electrónica APM

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Carrera: Clave de la asignatura: SATCA 1 : Robótica Industrial Ingeniería Electrónica APM PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del egresado de Ingeniería Electrónica las competencias que le permiten comprender y aplicar la teoría de la Robótica Industrial, asociados a maquinas que envuelven componentes mecánicos y electrónicos. En la asignatura se refuerzan las operaciones con matrices, el cálculo vectorial así como ecuaciones diferenciales. El temario que la compone surge como resultado de las necesidades, que en materia de sistemas automáticos, son necesarias para su implementación en las tecnologías que se utilizan en el campo profesional, y con base en la experiencia de los profesores de estas áreas. Intención didáctica. Se comprenden seis temas, las cuales se ejemplifican de la siguiente manera: Dentro del primer tema se presenta la morfología del Robot, esto constituye las partes que componen un Robot, algunos conceptos que se deben de tener en cuenta, así como el campo de aplicación de estos. En el segundo tema se exponen los sistemas de coordenadas en los cuales se mueve el Robot, las transformaciones homogéneas, la representación de Denavit Hartenberg el cual representa el cadena cinemática del Robot a través de una matriz y utilizando ciertas reglas de operación, además de la cinemática inversa. 1 Sistema de asignación y transferencia de créditos académicos

2 En el tercer tema se presenta el modelado dinámico de la estructura mecánica del Robot, hablando de manipuladores robóticos, para lograr esto se deben utilizar las ecuaciones de Euler Lagrange expuestos también dentro del temario. En el cuarto tema se tratan los tipos de controladores utilizados para el control de un Robot manipulador, tal como el control PID aplicado a un Robot monoarticular. Esta unidad también comprende métodos para la generación de trayectorias, para que el Robot pueda desplazarse de un punto inicial hasta un punto final. Para el quinto tema se realizan la planeación de las trayectorias como es la generación y restricción que el robot debe cumplir según las tareas asignadas. En el sexto tema se deberá realizar una aplicación práctica. La parte práctica se desarrolla de manera que el estudiante aplique los conocimientos teóricos, de forma que se familiarice con el control de un Robot y los elementos que en el interviene. Por ello es importante partir de prácticas sencillas para que sean de fácil comprensión. Hay que formar grupos de trabajo invitando a los participantes a la reflexión continua entre los conceptos y la práctica desarrollada. Haciendo análisis y síntesis entre los hallazgos encontrados en el desarrollo de los ejercicios. Es importante partir de la teoría a la práctica y volver a la teoría para promover el aprendizaje significativo de los estudiantes.

3 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR. Competencias específicas: Analiza y diseña un control aplicado a un Robot manipulador. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Habilidad para el manejo de software de simulación. Habilidad para la solución de problemas, utilizando el método científico. Capacidad de análisis y síntesis. Competencias interpersonales Capacidad crítica y autocrítica. Trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Habilidades de investigación. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Habilidad para trabajar en forma autónoma.

4 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA. Lugar y fecha de elaboración o revisión Dirección General de Educación Superior Tecnológica, Dirección de Institutos Tecnológicos Descentralizados, 29 y 30 de Septiembre del 2011 Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos Superiores de: Coatzacoalcos, Las Choapas, Ecatepec, Monclova y Tierra Blanca, Uruapan. Evento Propuesta contenidos temáticos de Dirección General de Educación Superior Tecnológica, Dirección de Institutos Tecnológicos Descentralizados, 17 y 18 de Enero del Representantes de los Institutos Tecnológicos Superiores de: Coatzacoalcos, Las Choapas, Tierra Blanca, Uruapan, Nuevo Casas Grandes. Y Tecnológicos de Estudios Superiores de: Chalco, Ecatepec y Villa Guerrero. Reunión para el Análisis por Competencias Profesionales de la Especialidad de la Carrera de Ingeniería Electrónica. 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Adquiere los conocimientos necesarios para proponer soluciones en la automatización de procesos de manufactura industriales mediante la selección y aplicación de manipuladores robóticos. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Manejo de software de simulación. Realiza operaciones con matrices. Genera diagramas de cuerpo libre. Automatiza, controla y programa máquinas. Diagnostica y analiza fallas en máquinas. Selecciona y aplica sensores y transductores a sistemas y procesos industriales.

5 Selecciona, aplica y diseña elementos y dispositivos mecánicos en sistemas dinámicos. Interpreta y aplica tolerancias y dimensiones geométricas. Selecciona materiales para construcción de robots y manipuladores. Programa utilizando Microcontroladores. Conoce los conceptos básicos de control. 5.- TEMARIO No. Nombre de temas Subtemas 1 Introducción a la robótica 1.1 Antecedentes de la robótica. 1.2 Estructura mecánica de un robot. 1.3 Tipos y características de los robots. 1.4 Transmisiones y reductores. 1.5 Elementos terminales. 1.6 Espacio de trabajo. 1.7 Los robots como sistemas Mecatrónicos. 1.8 Aplicaciones de los robots. 2 Modelado cinemático 2.1 Sistemas de coordenadas. 2.2 Movimiento rígido y transformaciones homogéneas. 2.3 Representación de Denavit Hartenberg. 2.4 Cinemática inversa. 2.5 Simulación. 3 Modelado dinámico 3.1 Introducción al modelado dinámico. 3.2 Ecuación de Euler Lagrange. 3.3 Modelado dinámico de un robot manipulador Manipulador de 1 GDL Manipulador de 2 GDL Restricciones. 3.3 Simulación. 4 Control 4.1 Conceptos básicos de control. 4.2 Interpolación de trayectorias. 4.3 Control cinemático. 4.4 Control Dinámico Control monoarticular (Control PID). 4.5 Análisis de un sistema de control. 5 Planeación de trayectorias 6 Proyecto final 5.1 Introducción. 5.2 Consideraciones generales y problemática. 5.3 Generación de trayectorias Perfil trapezoidal. 5.4 Restricción de trayectorias. 6.1 Aplicación al análisis e implementación del movimiento de robots bidimensionales.

6 7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad, señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación de patrones, un análisis, una síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el profesor, luego será el alumno quien lo identifique. Ejemplos: reconocer los grados de libertad de un robot dada la configuración del mismo: reconocimiento de patrones; elaboración de un principio a partir de una serie de observaciones producto de un experimento: síntesis. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Ejemplo: buscar y contrastar comportamientos como aquellos de los movimientos de traslación y rotación, identificando puntos de coincidencia y diferencia entre ellos en cada situación concreta (matriz de transformación homogénea). Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Ejemplo: al socializar los resultados de las investigaciones hechas a partir de software de programación y simulación (RAPL, Matlab) y las experiencias prácticas solicitadas como trabajo extra clase. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Ejemplos: el proyecto final se realizará tomando en cuenta el contenido de todos los temas. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Ejemplos: señalar que el control continuo y discreto son necesarios para controlar los movimientos de los robots estudiados en esta clase, los cuales son necesarios para implementar manufactura integrada por computadora, etc. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (RAPL, LabView, Matlab, Simmon, Octave, etc.).

7 8.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en: Ejercicios y problemas en clase. Exposición de temas por parte de los alumnos con apoyo y asesoría del profesor. Evaluación de trabajos de investigación entregados en forma escrita. Evaluación por tema para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos. Evaluación de las prácticas por tema, considerando los que éste contenga. Evaluación de las aplicaciones del contenido de la materia. Considerar reporte de un proyecto final que describa las actividades realizadas y las conclusiones del mismo. 9.- TEMAS DE APRENDIZAJE Tema 1.- Introducción a la robótica. Comprende la importancia de la robótica, así como las disciplinas que intervienen en el análisis y diseño de manipuladores. Conoce los elementos que intervienen en un Robot. Investiga en distintas fuentes de información acerca de las aplicaciones de los robots. Consulta diversas fuentes para conocer publicaciones científicas y tecnológicas de la robótica. Describe los componentes de un robot industrial, las características de robots y las definiciones básicas de la robótica. Identifica y determina los grados de libertad y el espacio de trabajo de un sistema mecánico articulado. Compara los diferentes sistemas de acción destacando sus ventajas y desventajas.

8 Tema 2.- Modelado cinemático. Comprende los conceptos sobre el modelado cinemático de un Robot manipulador, su importancia y limitaciones. Analiza los movimientos de translación y rotación de un robot. Muestra en clase la forma de modelar la cinemática directa de los robots manipuladores. Obtiene la matriz de traslación, rotación y transformación homogénea para algún movimiento determinado de un robot, dada su configuración particular. Realiza la cadena cinemática de los eslabones de un robot utilizando la metodología Denavit Hartenberg. Muestra la forma de calcular la cinemática inversa de un robot manipulador. Efectúa una búsqueda en internet sobre simuladores de uso gratuito. Realiza ejemplos de modelación que el profesor exponga en clase. Realiza una práctica en donde se programe en computadora y se simule el modelo de la cinemática de un robot. Tema 3.- Modelado dinámico. Comprende los conceptos sobre el modelado dinámico de un Robot manipulador, su importancia y limitaciones. Analiza y comprende la importancia del modelo dinámico dentro de la robótica industrial. Muestra en clase la forma de realizar el modelado dinámico de un robot manipulador. Realiza el modelado dinámico de los eslabones de un robot utilizando la metodología de Euler - Lagrange. Realiza prácticas en donde se implemente un programa en computadora que simule el modelo dinámico de un robot y su respectivo análisis de las gráficas de salida de las simulaciones.

9 Tema 4.- Control. Reconoce los diferentes esquemas de control y su aplicación para los requerimientos de movimiento de un robot manipulador. Demuestra las formas de controlar la posición, velocidad y fuerza en robots industriales. Realiza prácticas orientadas a simular modelos de control de uno o varios grados de libertad de un robot. Utiliza lenguajes de programación virtual para control y monitoreo de procesos de manufactura robotizados. Tema 5.- Planeación de trayectorias. Aprende a realizar la planificación de trayectorias de un robot manipulador. Muestra la forma de modelar la planificación de trayectorias de los robots manipuladores. Realiza prácticas en donde se simule un robot manipulador dentro de su entorno de trabajo y su trayectoria deseada para efectuar los diferentes resultados obtenidos. Tema 6.- Proyecto Final. Realiza un robot manipulador y el control de una trayectoria utilizando los conocimientos adquiridos en clase. Desarrolla un prototipo de robot manipulador para realizar la manipulación de una tarea.

10 10.- FUENTES DE INFORMACIÓN. 1. Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L. & Oriolo, G., Robotics: Modelling, Planning and Control, Springer, Craig, J., Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Addison- Wesley, leading, MA., Spong, M.W., Vidyasagar, M., Robot Dynamics and control, John Wiley & Sons, Fu, K. S., González, R. C., y Lee, C. S. G., Robótica: Control, Detección,Visión e Inteligencia, McGraw Hill, Barrientos, et. al., Fundamentos de robótica, McGraw Hill, Shahinpoor, M., A robot Engineering Textbook, Harper & Row, N.Y., Standler, W., Analytical Robotics and mechatronics, McGraw Hill International Ed., Koren, Y., ROBOTICS for engineers, McGraw Hill International Ed., catalog catalog.10. Safford, E.L., Handbook of Advanced Robotics, TAB BOOKS inc., PRÁCTICAS SUGERIDAS. 1. Establecer los parámetros que definen dimensionalmente a un robot de 2GDL. 2. Aplicar el modelo dinámico a un robot de 2GDL mediante el método de Euler Lagrange. 3. Aplicar el modelo dinámico establecido por Euler - Lagrange a un robot de 2GDL. 4. Realizar simulaciones de robots bidimensionales utilizando el software matlab/simulink en donde el alumno programe de forma textual los movimientos de un robot. 5. Desarrollar el análisis cinemático directo e inverso del robot bidimensional. 6. Realizar un programa en computadora que simule el modelo de la cinemática y dinámica de un robot. 7. Diseñar y detallar el controlador dinámico articular para un sistema robótico propuesto. 8. Diseñar un robot experimental esquematizado que satisfaga a una necesidad real.