PF 3804 Introducción a la Robótica

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1 1 PF 3804 Introducción a la Robótica Profesor: M.Sc. Sanders Pacheco Araya Teléfono: Oficina: 224 Horario: M 17:00 a las 21:00 spacheco@ice.co.cr Créditos: 4.0 Aula: 205 Ciclo: Horas de teoría: cuatro horas Justificación La robótica es una disciplina, con sus propios problemas, sus fundamentos y sus leyes. Tiene dos vertientes: teórica y práctica. En el aspecto teórico se aúnan las aportaciones de la automática, la informática y la inteligencia artificial. Por el lado práctico o tecnológico hay aspectos de construcción (mecánica, electrónica), y de gestión (control, programación). La robótica presenta por lo tanto un marcado carácter interdisciplinario. En la robótica se aúnan para un mismo fin varias disciplinas afines, pero diferentes, como la Mecánica, la Electrónica, la Automática, la Informática, etc. El término robótica se le atribuye a Isaac Asimov. Los tres principios o leyes de la robótica según Asimov son: Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningún ser humano. El robot debe obedecer a todas las órdenes de los humanos, excepto las que contraigan la primera ley. El robot debe auto protegerse, salvo que para hacerlo entre en conflicto con la primera o segunda ley. Objetivos generales. 1- Conocer los conceptos fundamentales de la robótica. 2- Conocer los conceptos fundamentales de la lógica digital y los elementos que esta involucra. 3- Comprender el funcionamiento de los sistemas digitales y automatizados. 4- Conocer la arquitectura básica de un robot y su programación. Objetivos específicos: 1- Analizar la teoría y el funcionamiento de los circuitos digitales. 2- Analizar la teoría de la representación de datos y el álgebra de Boole como elemento para la programación de circuitos. 3- Analizar y diseñar circuitos secuenciales simples. 4- Aprender los fundamentos de la microprogramación, aplicada al diseño de robots. 5- Construir circuitos digitales combinacionales y secuenciales por medio de prácticas de laboratorio, con énfasis en la automatización de procesos. 6- Conocer el diseño de un robot sencillo y su lenguaje de operación. Esta asignatura constituye una introducción a la Robótica. En este sentido, los objetivos expuestos inducen a la familiarización del alumno con las teorías y técnicas que se utilizan para el diseño de robots

2 2 y sus aplicaciones. A su vez, facilitar mediante el estudio de los componentes físicos y sensores más comúnmente utilizados, el como funciona un robot típico. Finalmente, estudiar el robot como máquina programable, analizando las diferentes formas de programación de robots. 3. CONTENIDOS La asignatura se organiza en tres Unidades Didácticas desarrolladas en torno a ocho semanas, que cubren los objetivos antes mencionados. Unidad Didáctica I CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes históricos. 1.2 Teoría Eléctrica, 1.3 Teoría de Circuitos digitales, 1.4. Origen y desarrollo de la robótica Definición y clasificación del robot. (Lógica de Diodos, Compuertas electrónicas, Decodificadores, Codificadores, Multiplexores, Memorias (FF RAM ROM) CAPITULO 2. MORFOLOGÍA DEL ROBOT 2.1. Estructura mecánica de un robot Transmisiones y reductores Actuadores Sensores internos Elementos terminales. Conceptos de robótica. (Grados de Libertad. Tipos de robots, implementaciones) Unidad Didáctica II CAPITULO 3. HERRAMIENTAS MATEMÁTICAS PARA LA LOCALIZACIÓN ESPACIAL 3.1. Representación de la posición Representación de la orientación Matrices de transformación homogénea Aplicación de los cuaternios Relación y comparación entre los distintos métodos de localización espacial. (Sensores activos - Sensores pasivos - Efectores. Programación en V+ - Logo) CAPITULO 4. CINEMÁTICA DEL ROBOT 4.1. El problema cinemático directo Cinemática inversa Matriz Jacobiana. CAPITULO 5. CONTROL CINEMÁTICO 5.1. Funciones del control cinemático Tipos de trayectorias Generación de trayectorias cartesianas Interpolación de trayectorias Muestreo de trayectorias cartesianas. (Actuadotes - Control reactivo - Control deliberativo - Sistemas basados en comportamientos - Mapas y cálculo de trayectorias) Unidad Didáctica III CAPITULO 6. PROGRAMACIÓN DE ROBOTS 6.1. Métodos de programación de robots. Clasificación Requerimientos de un sistema de programación de robots Ejemplo de programación de un robot industrial Características básicas de los lenguajes.

3 3 CRITERIOS DE IMPLANTACIÓN DE UN ROBOT INDUSTRIAL 6.5. Diseño y control de una célula robotizada Características a considerar en la selección de un robot Seguridad en instalaciones robotizadas Justificación económica Mercado de robots. APLICACIONES DE LOS ROBOTS Clasificación Aplicaciones industriales de los robots Nuevos sectores de aplicación de los robots. Robots de servicio. Sistemas híbridos - Sistemas Multi-robot - Control emergente (individual y colectivo) Evaluación: 2 exámenes parciales 30% Investigación sobre un tema asignado 20 % Exámenes cortos y tareas 50 % Total % Los exámenes se avisaran 8 días antes de su realización, los exámenes cortos se realizarán cada día de clase de la materia vista o lecturas asignadas 8 días antes. Los exámenes se realizaran los días sábado: de mayo del 2010 de las 09 a las 12 horas de julio del 2010 de las 09 a las 12 horas 4. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA BARRIENTOS, A. y otros: Fundamentos de robótica. McGraw-Hill, Clive Gifford. SM Saber. Robots. Descubre cómo funcionan estas máquinas 1998 CRAIGH, J. J.: Introduction to Robotics. Mechanics and Control. Addison Wesley, Cyr Martha N. ROBOLAB. Guía del profesor para el Software ROBOLAB Ed. LEGO Dacta 1999 Erwin Benjamin, Papert Seymour "Creative Projects with LEGO Mindstorms" MIT, 1999 GROOVER, M. P. y otros: Robótica Industrial. Tecnología, Programación y Aplicaciones. McGraw-Hill, Hayes, John P. Diseño de Sistemas Digitales y Microprocesadores. Editorial Mc Graw Hill, FU; GONZALEZ, y LEE: Robotics. Control, Sensing Vision and Intelligence. McGraw-Hill, Johnson D. y otros. Análisis Básico de circuitos eléctricos. Editorial Prentice Hall, Knudsen Jonathan B. "The Unofficial Guide to LEGO MINDSTORMS Robots" Ed. O REILLY. Octubre Lázaro Antonio M. LabVIEW 6i. Programación Gráfica para el Control de Instrumentación. Ed. Paraninfo 2001 McCalla T. R. Lógica Digital y diseño de computadores. Editorial LIMUSA, México. Morris Mano, M. Arquitectura de computadores. Editorial Prentice Hall, 1982.

4 PAUL, R. P.: Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control. MIT Press, Shiva, Sajjan G. Introduction to logic Design. Editorial Scott, Foresman and Co., Taub, Herbert. Circuitos digitales y microprocesadores. Editorial Mc Graw Hill, Tocci, Ronald. Sistemas Digitales, principios y aplicaciones. Editorial Prentice Hall, Wakerly, John F. Diseño digital, principios y prácticas. Editorial Prentice Hall, PF 3805 Laboratorio de Introducción a la Robótica Profesor: M. Sc. Sanders Pacheco Araya. Teléfono: Oficina. 224 Horario: a convenir con los alumnos spacheco@ice.co.cr Créditos: 2.0 Ciclo: Justificación La robótica en sí misma es un aprender haciendo, si sólo es teoría, la comprensión de los alcances o limitaciones de la mecánica, de la teoría, o de la habilidad del constructor no se aprecian; si solo es teoría, entonces el conocimiento puede perderse, por ello es particularmente importante tratar de conjugar ambos mundos. EL laboratorio busca afianzar los conocimientos teóricos adquiridos y visualizar las experiencias de construcción de un robot. Objetivo General. Desarrollar en los educandos las destrezas de programación y diseño de robots, Coadyuvar en el entendimiento de los avances de la técnica y la ciencia en el campo de la robótica. Implementar laboratorios que faciliten el aprender haciendo, relacionando la teoría con la práctica. Metodología. Aprender Haciendo. Investigación libre sobre el tema de la robótica. Evaluación. Reporte de investigación. 30 % Exposición de la investigación y del robot diseñado. 20 % Laboratorios 50 % Total 100 % La exposición tendrá una duración de 20 minutos en grupo de no más de 3 personas. El objetivo de la exposición será la presentación de detalles especialmente notables acerca de la robótica. La presentación de los trabajos finales será la semana del 28 de junio al 03 de julio del El reporte debe contener: Introducción 5% Profesor: M.Sc. Sanders A. Pacheco Araya. I-2010

5 Desarrollo del tema 10% Planteamiento de un problema a resolver 20% Soluciones al problema propuesto 20% Implementación de la solución 20% Conclusión 20% Presentación, bibliografía. Otros 5% 5 Es obligatorio hacer los laboratorios completos y entregar el trabajo de investigación para aprobar el curso. Cada laboratorio será un informe técnico, bien presentado, de los resultados y experiencias de cada tema ensayado. Los mismos serán individuales o grupales según indicación del profesor. Cada lista de materiales se entregará 8 días antes del laboratorio. Las normas de presentación de informes estarán indicadas en la página del curso. 4. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA BARRIENTOS, A. y otros: Fundamentos de robótica. McGraw-Hill, Clive Gifford. SM Saber. Robots. Descubre cómo funcionan estas máquinas 1998 CRAIGH, J. J.: Introduction to Robotics. Mechanics and Control. Addison Wesley, Cyr Martha N. ROBOLAB. Guía del profesor para el Software ROBOLAB Ed. LEGO Dacta 1999 Erwin Benjamin, Papert Seymour "Creative Projects with LEGO Mindstorms" MIT, 1999 GROOVER, M. P. y otros: Robótica Industrial. Tecnología, Programación y Aplicaciones. McGraw-Hill, Hayes, John P. Diseño de Sistemas Digitales y Microprocesadores. Editorial Mc Graw Hill, FU; GONZALEZ, y LEE: Robotics. Control, Sensing Vision and Intelligence. McGraw-Hill, Johnson D. y otros. Análisis Básico de circuitos eléctricos. Editorial Prentice Hall, Knudsen Jonathan B. "The Unofficial Guide to LEGO MINDSTORMS Robots" Ed. O REILLY. Octubre Lázaro Antonio M. LabVIEW 6i. Programación Gráfica para el Control de Instrumentación. Ed. Paraninfo 2001 McCalla T. R. Lógica Digital y diseño de computadores. Editorial LIMUSA, México. Morris Mano, M. Arquitectura de computadores. Editorial Prentice Hall, PAUL, R. P.: Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control. MIT Press, Shiva, Sajjan G. Introduction to logic Design. Editorial Scott, Foresman and Co., Taub, Herbert. Circuitos digitales y microprocesadores. Editorial Mc Graw Hill, Tocci, Ronald. Sistemas Digitales, principios y aplicaciones. Editorial Prentice Hall, Wakerly, John F. Diseño digital, principios y prácticas. Editorial Prentice Hall, NOTA: ES PROHIBIDO EL USO DE CELULARES Y COMUNICADORES EN CLASE, SALVO CASOS ESPECIALES PREVIA AUTORIZACIÓN DEL PROFESOR. Los estudiantes tienen la obligación de revisar la página del curso para mensajes, asignaciones o trabajos de clase. Profesor: M.Sc. Sanders A. Pacheco Araya. I-2010