Guía docente de la asignatura Sistemas Robotizados

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1 Guía docente de la asignatura Sistemas Robotizados Titulación: GRADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA CURSO: 2012_2013

2 Guía Docente 1. Datos de la asignatura Nombre Materia Módulo Sistemas Robotizados (Robotics) Sistemas Robotizados Materias específicas de la especialidad Código Titulación/es Plan de estudios 2009 Centro Tipo Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Obligatoria Periodo lectivo Segundo cuatrimestre Curso 3º Idioma Español ECTS 6 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 180 Horario clases teoría Ver información oficial actualizada de la ETSII Aula Ver información oficial actualizada de la ETSII Horario clases prácticas Ver información oficial actualizada de la ETSII Lugar Ver información oficial actualizada de la ETSII 2. Datos del profesorado Profesor responsable Juan López Coronado Departamento Ingeniería de Sistemas y Automática Área de conocimiento Ingeniería de Sistemas y Automática Ubicación del despacho 1ª Planta Hospital de Marina. Sub- ala Nordeste Teléfono Fax Correo electrónico jl.coronado@upct.es

3 URL / WEB Aula virtual UPCT. Horario de atención / Tutorías Ubicación durante las tutorías A determinar en cada cuatrimestre Despacho indicado más arriba Profesor responsable Jorge Juan Feliu Batlle Departamento Ingeniería de Sistemas y Automática Área de conocimiento Ingeniería de Sistemas y Automática Ubicación del despacho 1ª planta del Hospital de Marina (encima de la cafetería) Teléfono Fax Correo electrónico Jorge.feliu@upct.es URL / WEB Aula virtual UPCT. Horario de atención / Tutorías Ubicación durante las tutorías A determinar en cada cuatrimestre Despacho indicado más arriba

4 3. Descripción de la asignatura 3.1. Presentación La asignatura Sistemas Robotizados es de carácter específica, formando parte del conjunto de asignaturas que dotan de especialidad al título. Su principal objetivo es introducir al alumno en la robótica de manipulación, entendiéndola como el conjunto formado por la parte mecánica y aquellos elementos periféricos que la complementan como son los sensores y los elementos terminales Ubicación en el plan de estudios La asignatura Sistemas Robotizados es el primer contacto de los alumnos de la titulación con esta disciplina. Se imparte en el segundo cuatrimestre del tercer curso y junto con las asignaturas de carácter optativo de cuarto curso Robótica Móvil y Visión Artificial da una perspectiva amplia de la robótica actual Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional El objetivo de la asignatura es que el alumno sea capaz de realizar el diseño básico de un robot industrial, para ello se explican las diferentes morfologías que puede tener un robot, sus condiciones cinemáticas, sus condiciones dinámicas, el control cinemático y el control dinámico de sus articulaciones, etc. Asimismo al alumno se le enseña un lenguaje de programación de robots estándar como es el Rapid y que es similar a otros que se usan en la industria robótica. Su adecuación al perfil profesional queda reflejado en los múltiples sectores donde la robótica tiene un papel importante: industria del automóvil, industria manufacturera (cuero, calzado, madera, caucho, ), industria de la alimentación, aplicaciones agrícolas, construcción, etc. En este sentido cabe resaltar que España destaca por ser uno de los mayores consumidores de tecnología robótica situándose en los últimos años entre los diez primeros países del mundo con mayor número de robots instalados Relación con otras asignaturas. Prerrequisitos y recomendaciones Esta asignatura está relacionada con la asignatura de primero Física I donde se ven las leyes de Newton y las asignaturas de segundo Regulación Automática donde se ven controladores PID y Mecánica de Máquinas donde se estudian transmisiones y reductoras; no obstante, no es necesario tener superadas éstas para afrontar con éxito Sistemas Robotizados Medidas especiales previstas

5 El alumno que, por sus circunstancias, pueda necesitar de medidas especiales debe comunicárselo al profesor durante la primera semana del cuatrimestre, para así poder adaptarle tanto la metodología como el seguimiento del trabajo. 4. Competencias 4.1. Competencias específicas de la asignatura (según el plan de estudios) Conocimientos de principios y aplicaciones de los sistemas robotizados Competencias genéricas / transversales (según el plan de estudios) COMPETENCIAS INSTRUMENTALES. T1.1. Capacidad de análisis y síntesis. T1.2. Capacidad de organización y planificación. T1.3. Comunicación oral y escrita en lengua propia. T1.5. Habilidades básicas computacionales. T1.7. Resolución de problemas. COMPETENCIAS PERSONALES. T2.1. Capacidad crítica y autocrítica. T2.2. Trabajo en equipo. T2.3. Habilidades en las relaciones interpersonales COMPETENCIAS SISTÉMICAS. T3.1. Capacidad para aplicar los conocimientos a la práctica. T3.2. Capacidad de aprender. T3.7. Habilidad de realizar trabajo autónomo. T3.9. Preocupación por la calidad Objetivos generales / competencias específicas del título (según el plan de estudios) COMPETENCIAS ESPECÍFICAS DISCIPLINARES.

6 E1.2. Conocimientos en materias tecnológicas para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos Resultados esperados del aprendizaje Al finalizar la asignatura, el alumno deberá ser capaz de: 1. Manejar diferentes técnicas matemáticas que expresen posición y orientación 2. Resolver el problema cinemático directo de un robot. 3. Resolver el problema cinemático inverso de un robot. 4. Calcular las ecuaciones dinámicas de un robot. 5. Diseñar diferentes algoritmos de movimiento articular para un robot (control cinemático). 6. Diseñar reguladores para controlar el movimiento de un robot (control dinámico) 7. Programar mediante guiado un robot. 5. Contenidos 5.1. Contenidos (según el plan de estudios) Morfología del robot. Cinemática de robots. Dinámica de robots. Generación de trayectorias. Control de robots. Criterios de implantación de un robot. Sistemas sensoriales y de reconocimiento Programa de teoría UD1. Introducción a la robótica Tema 1. Introducción 1.1. Antecedentes históricos Definición y clasificación. UD2. Morfología del robot Tema 2. Estructura mecánica del robot. Tema 3. Transmisiones y reductores Transmisiones.

7 3.2 Reductores. 3.3 Accionamiento directo. Tema 4. Actuadores 4.1 Actuadores neumáticos. 4.2 Actuadores hidráulicos. 4.3 Actuadores eléctricos. Tema 5. Sensores internos 5.1 Sensores de posición 5.2 Sensores de velocidad 5.3 Sensores de presencia Tema 6. Elementos terminales UD3. Herramientas matemáticas para la localización espacial Tema 7. Representación de la posición 7.1 Coordenadas cartesianas Coordenadas polares y cilíndricas. 7.3 Coordenadas esféricas. Tema 8. Representación de la orientación 8.1 Matrices de rotación. 8.2 Ángulos de Euler 8.3 Par de rotación y Cuaternios Tema 9. Matrices de transformación homogénea 9.1 Coordenadas y matrices homogéneas 9.2 Aplicación y significado geométrico. 9.3 Composición de matrices homogéneas. 9.4 Grafos de transformación.

8 Tema 10. Aplicación de los cuaternios 10.1 Álgebra de cuaternios Utilización de cuaternios. UD4. Cinemática y Dinámica del Robot. Tema 11. Cinemática directa 11.1 Resolución mediante el algoritmo de Denavit- Hartenberg Resolución mediante cuaternios Tema 12. Cinemática inversa 12.1 Resolución mediante métodos geométricos 12.2 Resolución a partir de la matriz de transformación homogénea 12.3 Resolución mediante el desacoplo cinemático Tema 13. Matriz Jacobiana 13.1 Matriz Jacobiana Matriz Jacobiana inversa Configuraciones singulares. Tema 14. Dinámica del robot 14.1 Formulación de Lagrange- Euler Formulación de Newton- Euler Modelo dinámico en el espacio de tarea. UD5. Control cinemático y dinámico Tema 15. Tipos de trayectorias Tema 16. Interpolación de trayectorias 16.1 Interpolador lineal 16.2 Interpolador cúbico Interpolador a tramos.

9 Tema 17. Control dinámico monoarticular 17.1 Control PID Control PID con prealimentación Control PID con compensación de la gravedad Tema 18. Control dinámico multiarticular 18.1 Desacoplo por inversión del modelo 18.2 Control PID con prealimentación Programa de prácticas Práctica 1. Introducción al lenguaje RAPID de programación de robots (1 hora) Práctica 2. Introducción al toolbox de cálculo simbólico de MATLAB (2 horas) Práctica 3. Programación de algoritmos de posicionamiento y orientación (2 horas) Práctica 4. Manejo del algoritmo de Denavit- Hartenberg (2 horas) Práctica 5. Manejo de cuaternios (1 hora) Práctica 6. Cálculo de la cinemática inversa de un robot (2 horas) Práctica 7. Cálculo de configuraciones singulares de un robot (2 horas) Práctica 8. Diseño de trayectorias articulares (2 horas) Práctica 9. Programación por guiado de un robot (1 hora) 5.4. Programa resumido en inglés Unit 1. Introduction to robotics Topic 1. Introduction Unit 2. Robot s morphology Topic 2. Mechanical design

10 Topic 3. Transmissions and gears Topic 4. Actuators Topic 5. Position sensing Topic 6. Tip tools Unit 3. Spatial descriptions Topic 7. Position description Topic 8. Orientation description Topic 9. Homogeneus transform Topic 10. Quaternions applied Unit 4. Robot kinematics and dynamics Topic 11. Direct kinematics Topic 12. Inverse kinematics Topic 13. Jacobian matrix Topic 14. Robot Dynamics Unit 5. Kinematics and dynamics control Topic 15. Types of trajectories Tema 16. Trajectory generation Tema 17. single- joint control strategies Tema 18. multi- joint control strategies

11 6. Metodología docente 6.1. Actividades formativas Actividad Descripción de la actividad Trabajo del estudiante ECTS Clase expositiva basada en la técnica Presencial: Toma de apuntes. Planteamiento Clase de teoría de la lección magistral con variantes de dudas. Realización de actividades de 1 de aprendizaje cooperativo informal. aprendizaje cooperativo informal. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes. No presencial: Estudio de la materia 1.1 Presencial: Participación activa. Resolución Clase de problemas. Clase de prácticas de laboratorio Seminarios de problemas y otras actividades de trabajo cooperativo Tutorías individuales y de grupos Exámenes Se resolverán problemas tipo. Se enfatizará el trabajo en plantear métodos de resolución y no en los resultados. Las clases prácticas de laboratorio permite la utilización de equipos que hacen posible el planteamiento de casos similares a los reales. También permite el planteamiento de situaciones, casos, ejemplos y problemas que enlazan directamente los contenidos teóricos y prácticos de la asignatura. Los puestos de trabajo de los laboratorios están dotados de equipos informáticos que permiten también el desarrollo de habilidades computacionales y el manejo de programas profesionales. Se realizarán seminarios de problemas a lo largo del curso. Los alumnos serán tutorizados tanto individualmente como en grupos. Se realizarán varias pruebas escritas de tipo individual. Estas pruebas están distribuidas a lo largo del cuatrimestre. de ejercicios. Planteamiento de dudas. No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor tanto en clase como en la bibliografía. Presencial: Manejo de instrumentación y de equipos y elaboración de informes durante la sesión de prácticas. No presencial: El alumno realizará una memoria después de la sesión de laboratorio. Presencial: Resolución de los problemas. Presencial: Resolución de dudas. No presencial: Planteamiento de dudas mediante correo electrónico. Presencial: Resolución de problemas y cuestiones teórico prácticas

12 7. Evaluación 7.1. Técnicas de evaluación Instrumentos Realización / criterios Ponderación Pruebas escritas individuales Informes de laboratorio Al final del curso se realizará una prueba escrita que constará de una serie de problemas. Se plantearán ejercicios a lo largo del curso que el alumno deberá resolver de forma individual. Los alumnos deberán presentar un informe de en el que se valorarán las destrezas y habilidades para el manejo de los equipos 70% de la nota final, aunque será imprescindible obtener al menos un 5 sobre 10 para superar la asignatura. 20% 10% 7.2. Mecanismos de control y seguimiento Competencias genéricas (4.2)evaluadas T1.1, T1.3, T1.7 y T3.2. T1.2, T1.3, T1.5, T2.1, T2.2, T2.3, T3.1, T3.2, T3.7, T3.9 y E1.2 Resultados (4.4) evaluados 1, 2, 3, 5 y 6 Todos El seguimiento y control del aprendizaje del alumno se realizará a través de las siguientes actividades: Prueba escrita: corresponderá a un examen que se realizará al final del curso. El examen escrito evaluará la adquisición por parte del alumno de las competencias específicas de la materia. El peso de esta parte de la evaluación es del 70%, aunque el alumno deberá obtener una nota mínima de 5 puntos sobre 10 para poder superar la asignatura. La prueba será convocada públicamente con una antelación de al menos quince días a la fecha del examen. En dicha convocatoria se fijarán todos los detalles de la prueba. En dicha prueba se valorarán, no sólo los conocimientos específicos de la asignatura, sino también las competencias transversales T1.1, T1.3, T1.7 y T3.2. Cuestiones y actividades planteadas en las clases presenciales, actividades de

13 Aprendizaje Colaborativo informal individuales. Con este grupo de actividades se pretende valorar, además de las competencias específicas de la asignatura, las competencias transversales T1.1, T1.3, T1.7 y T3.2. La valoración conjunta de estas actividades tendrá un peso en la nota final del 10%. Memoria del trabajo en el laboratorio. Los alumnos deberán realizar un informe en grupo (dos alumnos por grupo). En éste se admite que los alumnos amplíen el trabajo desarrollado en el laboratorio. En las memorias realizadas en grupo se valorarán, además de los conocimientos específicos adquiridos en cada práctica, las competencias transversales T1.2, T1.3, T1.5, T2.1, T2.2, T2.3, T3.1, T3.2, T3.7, T3.9 y E1.2. La valoración conjunta de estas memorias del trabajo en el laboratorio tiene un peso en la nota final del 20%. 8. Distribución de la carga del trabajo del alumno 9. Recursos y bibliografía 9.1. Bibliografía básica A. Barrientos, L.F. Peñín, C. Balaguer y R. Aracil. Fundamentos de Robótica. McGraw- Hill J.J. Craig. Introduction to Robotics Mechanics and Control. Addison- Wesley Bibliografía complementaria K. Fu, R.C. González y C.S.G. Lee. Robótica: control, detección, visión e inteligencia. McGraww- Hill M.W. Spong y M. Vidyasagar. Robot Dynamics and Control. John Wiley and Sons. New York Recursos en red y otros recursos Asignatura en el aula virtual. Contenidos: Presentaciones de Power Point utilizadas durante el curso.