Contenido. Prefacio... Acerca de los autores...

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1 Contenido Prefacio... Acerca de los autores... xi xvi Capítulo 1. Introducción Antecedentes históricos Origen y desarrollo de la robótica Definición del Robot Definición de Robot Industrial Manipulador Definición de otros tipos de robots Clasificación de los Robots Clasificación atendiendo a la Generación Clasificación atendiendo al Área de Aplicación Clasificación atendiendo al tipo de Actuadores Clasificación atendiendo al Número de Ejes Clasificación atendiendo a la Configuración Clasificación atendiendo al Tipo de Control Bibliografía Capítulo 2. Morfología del robot Estructura Mecánica de un Robot Transmisiones y reductores Transmisiones Reductores Accionamiento Directo Actuadores Actuadores Neumáticos Actuadores hidráulicos Actuadores eléctricos Sensores Internos Sensores de Posición Sensores de Velocidad Sensores de Presencia Elementos Terminales Elementos de sujeción Herramientas terminales Bibliografía v

2 vi FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA Capítulo 3. Herramientas matemáticas para la localización espacial Representación de la Posición Sistema cartesiano de referencia Coordenadas cartesianas Coordenadas Polares y cilíndricas Coordenadas Esféricas Representación de la orientación Matrices de rotación Ángulos de Euler Par de rotación Cuaternios Matrices de transformación homogénea Coordenadas y matrices homogéneas Aplicación de matrices homogéneas Significado geométrico de la matrices homogéneas Composición de matrices homogéneas Gráficos de transformación Aplicación de los Cuaternios Álgebra de cuaternios Utilización de los cuaternios Relación y comparación entre los distintos métodos de localización espacial Comparación de métodos de localización espacial Relación entre los distintos métodos de localización espacial Utilización de Matlab para el modelado y simulación de robots Ejercicios Resueltos Bibliografía Capítulo 4. Cinemática del robot El problema cinemático directo Resolución del problema cinemático directo mediante métodos geométricos Resolución del problema cinemático directo mediante matrices de transformación homogénea Algoritmo de Denavit Hartenberg para la obtención del modelo cinemático directo Solución del problema cinemático directo mediante el uso de cuaternios Cinemática Inversa Resolución del problema cinemático inverso por métodos geométricos Resolución del problema cinemático inverso a partir de la matriz de transformación homogénea Desacoplo cinemático Modelo Diferencial. Matriz Jacobiana Jacobiana analítica Jacobiana geométrica Obtención numérica de la Jacobiana geométrica Relación entre la Jacobiana analítica y la Jacobiana geométrica Jacobiana inversa Jacobiana pseudoinversa

3 CONTENIDO vii Configuraciones singulares Ejercicios Resueltos Bibliografía Capítulo 5. Dinámica del robot Modelo dinámico de la estructura mecánica de un robot rígido Obtención del modelo dinámico de un robot mediante la formulación de Lagrange Algoritmo computacional de Lagrange para el modelado dinámico de un robot Obtención del modelo dinámico de un robot mediante la formulación recursiva de Newton Euler Algoritmo computacional de Newton-Euler para el modelado dinámico de un robot Modelo dinámico en variables de estado Modelo dinámico en el espacio de la tarea Modelo dinámico de los actuadores Motor eléctrico de corriente continua Motor hidráulico con servoválvula Ejercicios Resueltos Bibliografía Capítulo 6. Control cinemático Funciones de control cinemático Tipos de trayectorias Trayectorias punto a punto Trayectorias continuas Generación de trayectorias cartesianas Evolución de la orientación Muestreo de trayectorias cartesianas Interpolación de trayectorias Interpoladores lineales Interpolador splin cúbico Interpolador splin quíntico Interpoladores trapezoidales Ejercicios Resueltos Bibliografía Capítulo 7. Control dinámico Control Monoarticular Validez del control monoarticular. Influencia del factor de reducción Esquema general de control monoarticular Control pre-alimentado por inversión del modelo Control Realimentado Control Prealimentado + Realimentado Control con Compensación de Gravedad Control Multiarcular Desacoplamiento por inversión del modelo Control PID con prealimentación

4 viii FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA 7.3. Control Adaptativo Control adaptativo por planificación de ganancias (GS) Control adaptativo con modelo de referencia (MRAC) Control por par calculado adaptativo Aspectos prácticos de la implantación del Regulador Ajuste de los parámetros del PID. Especificaciones de diseño Saturación de los amplificadores. Efecto de la acción integral Flexión y osciladores estructurales Ejercicios resueltos Bibliografía Capítulo 8. Programación de robots Métodos de programación de robots. Clasificación Programación por guiado o aprendizaje Programación textual Requerimientos de un sistema de programación de robots Entorno de desarrollo Modelado del entorno Tipos de datos Manejo de entradas salidas Comunicaciones Control del movimiento del robot Control del flujo de ejecución del programa Estandarización Ejemplo de programación de un robot industrial Características básicas de los lenguajes Rapid y V El lenguaje de programación RAPID Ejercicios Bibliografía Capítulo 9. Criterios de implantación de un robot industrial Diseño y control de una célula robotizada Disposición del robot en la célula de trabajo Características del sistema de control de la célula de trabajo Características a considerar en la selección de un robot Área de trabajo Grados de libertad Precisión, repetibilidad y resolución Velocidad Capacidad de carga Sistema de control Seguridad en instalaciones robotizadas Causas de accidentes Medidas de seguridad Justificación económica Factores económicos y datos básicos necesarios El robot como elemento principal del análisis económico Métodos de análisis económico Mercado de Robots

5 CONTENIDO ix 9.6. Ejercicios Resueltos Bibliografía Capítulo 10. Aplicaciones de los robots Aplicaciones de los Robots industriales Manipuladores. Clasificación Aplicaciones industriales de los robots Trabajos en fundición Soldadura Aplicación de materiales. Pintura Aplicación de adhesivos y sellantes Alimentación de máquinas Procesado Corte Montaje Paletización y empaquetado Control de Calidad Manipulación en salas limpias o blancas Aplicaciones de los Robots de servicio. Clasificación Robots en la Agricultura Robots en la Construcción Robots en la Industria nuclear Robots en Medicina Robots aéreos y submarinos Robots asistenciales Robots para el ocio Ejercicios Resueltos Bibliografía Capítulo 11. Fundamentos de teleoperación Antecedentes históricos Definición de nuevos términos Definición de términos relacionados con la manipulación Definición de términos relacionados con la realimentación sensorial Elementos y arquitectura de un sistema de teleoperación Elementos de un sistema de teleoperación Arquitectura de control de un sistema de teleoperación Teleoperación frente a robótica Dispositivos de control y realimentación Dispositivos de control Características de los dispositivos de control Dispositivos de realimentación Características de los dispositivos de realimentación Factores humanos en teleoperación Características dinámicas del operador Modelo general de un operador en un bucle de control manual Modelo de cross-over de McRuer Control en teleoperación Control unilateral Reflexión de fuerzas

6 x FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA Control bilateral Control de sistemas con retardo temporal Prestaciones de un sistema de teleoperación Factores funcionales de operación Control bilateral para teleoperación Esquema general de implantación del control bilateral Esquemas básicos de control bilateral Comparación entre esquemas de control bilateral Modelo básico de un sistema de teleoperación con control bilateral Análisis de sistemas de control bilateral con teoría clásica de control Análisis de sistemas de control bilateral con teoría del cuadripolo Comparación entre métodos de diseño y análisis del control bilateral Control supervisado y teleprogramación Conceptos de control supervisado Tele-programación Aplicaciones de la teleoperación Caso práctico-teleoperación espacial Aplicación de la teleoperación espacial Teleoperación del sistema ETS-VII Ejercicios resueltos Bibliografía Anexo 1. Normativa sobre robots industriales Anexo 2. Notación de representación esquemática de robots Índice analítico