240AR012 - Cinemática, Dinámica y Control en Robótica

Transcripción

1 Unidad responsable: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona Unidad que imparte: ESAII - Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial Curso: Titulación: 2015 MÁSTER UNIVERSITARIO EN AUTOMÁTICA Y ROBÓTICA (Plan 2012). (Unidad docente Obligatoria) Créditos ECTS: 6 Idiomas docencia: Inglés Profesorado Responsable: Otros: RITA MARIA PLANAS DANGLA Rita M. Planas Raúl Suárez Capacidades previas Álgebra Lineal, Cálculo Diferencial, nociones de sistemas de control lineales y no lineales Requisitos No hay requisitos Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: 1. El/la estudiante será capaz de analizar y determinar los modelos cinemáticos y dinámicos de los robots, y diseñar sistemas de control de movimientos y de fuerza. 2. El/la estudiante será capaz de utilizar herramientas de análisis y diseño asistido por ordenador de sistemas de control en las tareas habituales de análisis, simulación y diseño de controladores. 3. El/la estudiante tendrá conocimientos para analizar, diseñar e implementar aplicaciones robóticas avanzadas. Genéricas: 4. Capacidad de realizar investigación, desarrollo e innovación en el ámbito de la ingeniería de sistemas, de control y la robótica, así como de dirigir el desarrollo de soluciones de ingeniería en entornos nuevos o poco conocidos, relacionando creatividad, innovación y transferencia de tecnología 5. Capacidad de razonar y actuar en base a la llamada cultura de la seguridad y la sostenibilidad 6. Tener los adecuados conocimientos matemáticos, analíticos, científicos, instrumentales, tecnológicos, de información y de gestión. Transversales: 7. TERCERA LENGUA: Conocer una tercera lengua, preferentemente el inglés, con un nivel adecuado oral y escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán los titulados y tituladas. 8. TRABAJO EN EQUIPO: Ser capaz de trabajar como miembro de un equipo interdisciplinar, ya sea como un miembro más o realizando tareas de dirección, con la finalidad de contribuir a desarrollar proyectos con pragmatismo y sentido de la responsabilidad, asumiendo compromisos teniendo en cuenta los recursos disponibles. 1 / 6

2 Metodologías docentes Los contenidos teóricos del curso se desarrollan en sesiones de 1.5 horas, dos sesiones por semana, donde el profesor explica la teoría y también resuelve los problemas para mejorar la comprensión de los temas y para entrenar a los estudiantes en la resolución de casos prácticos. Además hay sesiones de laboratorio donde los estudiantes utilizan paquetes de simulación y experimentación con robots reales. El desarrollo de las sesiones de clase magistral sigue una metodología similar a la de un seminario, en el que la participación activa de los asistentes es un aspecto fundamental. En este sentido, la tarea del profesor es, en esencia, dirigir la sesión, la presentación y configuración de los temas, y liderar el debate y la discusión entre los estudiantes. Para facilitar este debate y fomentar la participación, el profesor introduce, al final de cada sesión, los temas que se tratarán en la siguiente sesión, de modo que los estudiantes pueden prepararse las clases con antelación, de conformidad con las orientaciones bibliográficas dadas por el profesor. En la presentación de cada tema, se analizan casos prácticos para introducir a los alumnos en los aspectos metodológicos, y mostrarles las dificultades reales, el alcance y las limitaciones de los métodos y técnicas estudiadas en el curso. Objetivos de aprendizaje de la asignatura La robótica se ocupa del estudio de aquellas máquinas que pueden reemplazar a los seres humanos en la ejecución de las tareas, tanto respecto a la actividad física como a la toma de decisiones. En todas las aplicaciones de los robots la realización de una tarea requiere la ejecución de un movimiento específico prescrito para el robot. La correcta ejecución de este movimiento se confía al sistema de control que debería proporcionar los activadores del robot con las órdenes compatibles con el movimiento deseado. El control de movimiento requiere un análisis preciso de las características de la estructura mecánica, actuadores y sensores. El objetivo de este análisis es la derivación de los modelos matemáticos (cinemáticos y dinámicos que describe la relación de entrada / salida de la caracterización de los componentes del robot. Por tanto, la modelización de un robot oporedor es una premisa necesaria para el desarrollo de estrategias de control de movimiento. El objetivo del curso es dar a conocer las bases metodológicas del modelado y control de robots, así como los principales aspectos teóricos y prácticos de estos temas. Para alcanzar este objetivo, el curso presenta las ideas clave en la morfología, la cinemática y la dinámica de los robots ", pasando luego a analizar el control de los movimientos y la fuerza. Los contenidos del curso se completan con el estudio del control guiado por la visión, concluyente con los aspectos prácticos de la arquitectura de los sistemas de control de robots y programación. El resultado esperado de este curso es que los estudiantes lleguen a la formación necesaria para abordar los temas de investigación aplicada y en el campo de la modelización robot y el control. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: Grupo grande/teoría: Grupo mediano/prácticas: Grupo pequeño/laboratorio: Actividades dirigidas: Aprendizaje autónomo: 2 / 6

3 Contenidos - Morfología del robot, detección y actuación Dedicación: 8h Grupo grande/teoría: 3h Aprendizaje autónomo: 5h - Estructura Robot y Componentes - Sistema de accionamiento - Sensores propioceptivos - Sensores Exteroceptivos - Cinemática Dedicación: 42h 30m Grupo grande/teoría: 1 Grupo mediano/prácticas: 3h 30m Aprendizaje autónomo: 26h - Transformaciones geométricas - Cinemática directa - Cinemática de calibración - Cinemática inversa - Cinemática Diferencial - Singularidades - Diseño de trayectoria Dedicación: 14h Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 1h 30m Aprendizaje autónomo: 9h 30m - Caminos y Trayectorias - Conjunto Trayectorias Espacio - Trayectorias espacio operacional 3 / 6

4 - Programación Dedicación: 11h 30m Grupo grande/teoría: 2h Grupo mediano/prácticas: 1h Aprendizaje autónomo: 5h 30m - Entornos de programación y lenguajes - Enseñanza por Showing - Programación de Robot-orientado - Programación orientada a objetos Actividades vinculadas: La programación de diversas tareas de robótica - Dinámica Dedicación: 28h Grupo grande/teoría: 6h Grupo mediano/prácticas: 3h Aprendizaje autónomo: 16h - Formulación de Lagrange - Identificación de parámetros dinámicos - Newton - Euler Formulación - Espacio Operativo Modelo Dinámico Actividades vinculadas: Análisis y simulación del modelo dinámico de varios robots 4 / 6

5 - Control Dedicación: 31h Grupo grande/teoría: 7h Grupo mediano/prácticas: 3h Aprendizaje autónomo: 18h - Espacio Común de Control de Movimiento - Operativa de Control de Movimiento Espacial - Control de la Fuerza - Control visual (Posición basada en acciones e imágenes) - Arquitectura de Control Actividades vinculadas: Simulación del comportamiento de varios robots con diferentes esquemas de control y verificación de su rendimiento. Sistema de calificación Las competencias y capacidades adquiridas se evaluarán en base a cuatro evaluaciones: Grado y nivel de participación a lo largo del curso en las sesiones de clases magistrales (contribución al debate de los temas, formulación y resolución de preguntas, 1 de la puntuación del curso). Grado de la resolución de los ejercicios de las clases de problemas (2 de la puntuación del curso) Grado de desarrollo de los trabajos prácticos en las sesiones de laboratorio (2 de la puntuación del curso) Nota del examen final (5). 5 / 6

6 Bibliografía Básica: Siciliano, Bruno. Robotics : modelling, planning and control. London: Springer, ISBN Corke, Peter I. Robotics, vision and control : fundamental algorithms in Matlab. 1st ed. New York: Springer, ISBN Spong, Mark W; Hutchinson, Seth; Vidyasagar, M. Robot modeling and control. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, cop ISBN Craig, John J. Introduction to robotics : mechanics and control. 3rd ed. Upper Saddle Hall: Pearson Educacion Internacional, cop ISBN Complementaria: Khalil, W; Dombre, E. Modeling, identification & control of robots [Recurs electrònic] [en línea]. London ; Sterling, VA: Kogan Page Science, cop. 2002Disponible a: < ISBN X. Kelly, Rafael; Santibáñez, Víctor; Loría, Antonio. Control of robot manipulators in joint space. London: Springer, cop ISBN Asada, Haruhiko; Slotine, Jean-Jacques E. Robot analysis and control. New York: John Wiley and sons, cop ISBN Ghosh, B. K; Xi, Ning; Tarn, T. J. Control in robotics and automation : sensor-based integration. San Diego [etc.]: Academic Press, cop ISBN Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama. Springer handbook of robotics. Berlin: Springer, cop ISBN Bajd, T.; Mihelj, M.; Lenar, J.; Stanovnik, A.; Munih, M. Robotics. Dordrecht: Springer, c2010. ISBN Jazar, Reza N. Theory of applied robotics : kinematics, dynamics, and control. 2nd ed. New York [etc.]: Springer, cop ISBN Otros recursos: Peter Corke's Robotics Toolbox for MATLAB 6 / 6