PROGRAMA DE LA ASIGNATURA: Control y programación de robots. Código: Curso 2006/2007

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1 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA: Control y programación de robots Código: Curso 2006/2007 CENTRO: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES TITULACIÓN: INGENIERÍA AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA ESPECIALIDAD: CURSO: TIPO DE ASIGNATURA: CUARTO Troncal CRÉDITOS TOTALES: CRÉDITOS AULA: 3 GRUPOS AULA: 1 CRÉDITOS LABORATORIO: 3 GRUPOS LABORATORIO: 1 ANUAL/CUATRIMESTRAL: 2º cuatrimestre PROFESORADO: Nombre Código Créditos Rafael Sanz Domínguez 596 3A + 3L TUTORÍAS: Profesor Días Horas Lugar Rafael Sanz Domínguez martes 9 a 12 Despacho nº 4 Ing. Sist. jueves 9 a 12 1 de 1

2 OBJETIVOS El objetivo de la asignatura es la introducción a la robótica industrial tanto desde el aspecto teórico, como práctico. Se destaca la importancia de las aplicaciones industriales y futuras. El control cinemático y dinámico es tratado en profundidad, permitiendo, de este forma, la mejor comprensión de la problemática de control de robots. Finalmente, se analizan los lenguajes de programación de robots más extendidos. La asignatura se complementa con prácticas de laboratorio. Conocimientos previos Se requieren conocimientos de sistemas de control y de programación, física, geometría y álgebra. PROGRAMA DE TEORÍA (30 h) Tema 1. Introducción a la robótica (1h) Antecedentes históricos. Robótica industrial, conceptos y definiciones. Atributos de los robots. Morfología. Robots móviles. Campos de aplicación. Panorama actual de la robótica en la industria. Tema 2. Morfología de Robots (2h) Caracterización del manipulador. Configuraciones características. Espacio de trabajo. Elementos terminales y sistemas de manutención. Tema 3. Accionamientos (2h) Motores en robótica: tipos y características. Motores eléctricos: corriente continua, motores paso a paso, y sin escobillas. Motores y actuadores neumáticos, hidráulicos y servohidráulicos. Reductoras y transmisiones. Tema 4. Sensores (2h) Sensores internos y sensores del entorno. Medida de posición. Medida de velocidad. Medida de esfuerzos. Detectores de presencia. Medida de distancia. Otros sensores. Tema 5. Modelado de robots: herramientas matemático-geométricas (2h) Herramientas matemáticas de localización espacial. Matrices de rotación. Coordenadas homogéneas. Cuaternios y álgebra de cuaternios. Tema 6. Modelado de robots: modelos geométrico-cinemático (2h) Localización del elemento terminal. Modelo cinemático directo: método Denavit- Hartenberg. Modelo cinemático inverso: métodos de resolución. Tema 7. Modelado de robots: modelo diferencial (2h) 2 de 2

3 Jacobiano del manipulador. Problema diferencial directo. Cálculo del Jacobiano directo. Problema diferencial inverso. Cálculo del Jacobiano inverso. Configuraciones singulares. Tema 8. Modelado de robots: modelo dinámico (1h) Problema dinámico del robot. Modelo dinámico. Dinámica directa e inversa. Formulación de Lagrange-Euler. Formulación de Newton-Euler. Modelo dinámico genérico. Tema 9. Sistema de control (4h) Estructura. Control cinemático: tipos de trayectorias, planificación, generación e interpolación de trayectorias. Control dinámico: tipos de control, estructuras de control, seguimiento de trayectorias. Tema 10. Programación de robots (4h) Lenguajes y niveles de programación. Programación por guiado y textual. Programación implícita y explícita. Particularidades de un sistema de programación de robots. Principales características del lenguaje RAPID de ABB. Tema 11. Implantación de un robot industrial (2h) Selección del robot y diseño de la célula. Elementos de una célula robotizada. Alimentadores/posicionadores de piezas. Sistemas de manutención. Diseño de una célula robotizada. Proceso de diseño. Simuladores. Justificación técnica y económica. Ejemplo. Tema 12. Seguridad en máquinas (2h) Seguridad en instalaciones robotizadas. Medidas de seguridad. Tipos y causas de accidentes. Directivas y normas europeas. Proceso de diseño de las seguridades. Categorías de riesgo. Dispositivos de seguridad. Tema 13. Robots Móviles: la plataforma móvil (2h) Vehículos automáticos guiados. Tecnologías de guiado. Robots móviles. Arquitecturas. Configuraciones de tracción. Cinemática y restricciones cinemáticas. Tema 14. Robots Móviles: percepción, localización y navegación (2h) Odometría. Sensores para odometría y navegación inercial. Técnicas de posicionamiento absoluto. Planificación de movimientos. Técnicas de planificación. Planificación local y navegación reactiva. PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO (30h) Práctica 1. Introducción al robot Scorbot (2h) Nociones básicas de utilización de los componentes básicos de los equipos de prácticas. Características del robot Scorbot ER-III. El entorno de programación Scorbase. Prácticas 2, 3 y 4. Programación de robots didácticos Scorbot (6h) 3 de 3

4 Caso práctico de manipulación de piezas, comenzando con robots independientes para cada tarea y, a continuación, utilizando robots coordinados para resolver una misma tarea. Sincronización y gestión de eventos. Prácticas 5 y 6. Simulación de robots con VirtualRobot (4h) Estructura del simulador. Uso de los modelos precompilados. Programación y simulación fuera de línea. Simulación de una célula de fabricación flexible. Prácticas 7, 8 y 9. Programación y simulación de robots con VirtualRobot (6h) Introducción al EdtRapid y a la programación en código Rapid de ABB. Simulación de una célula de fabricación flexible incluyendo varios robots y otros elementos. Coordinación entre robots. Practicas 10 y 11. Programación de Robot Industrial: ABB-IRB140 (4h) Utilización del IRB140 para manipulación y montaje. Niveles de programación. Coordinación robot y elementos externos. Conexión sensores. Sincronización y gestión de eventos. Practica 12. Introducción a los robots móviles (Pioneer y PeopleBot) (2h) Descripción y demostración de sus dispositivos y su funcionamiento. Simulación. Técnicas de navegación y seguimiento de trayectorias. Practicas 13, 14 y 15. Robots móviles didácticos (Mark III, AIRAT) (6h) Descripción y demostración de sus dispositivos y su funcionamiento. Programación en C concurrente. Competición de robots: búsqueda de luz y laberinto. BIBLIOGRAFÍA Además de las transparencias del curso que están disposición de los alumnos, se recomienda la siguiente bibliografía: Básica A. Barrientos, L.F. Peñín, C. Balaguer, R. Aracil. Fundamentos de Robótica. McGraw-Hill, F. Torres y otros. Robots y sistemas sensoriales. Prentice-Hall, Complementaria Borenstein, Everett, Feng. Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning. A. K. Peters, de 4

5 Fu, González, Lee. ROBÓTICA: Control, Detección, Visión, e Inteligencia. McGraw-Hill H.R. Everett. Sensors for Mobile Robots. A.K. Peters, 1995 Ashada & Slotine. Robot Analysis and Control. John Wiley and Sons ORGANIZACIÓN DOCENTE Método docente Clases de teoría utilizando pizarra y transparencias, reforzadas con ejercicios resueltos, bien en clase o bien en el laboratorio con ayuda de medios informáticos. Además, como apoyo a las clases teóricas, en alguna ocasión se pasan videos y se realizan presentaciones y simulaciones utilizando el cañón proyector. Prácticas extensas conformando mini proyectos de control. En lo posible, se utilizan plantas reales a escala, junto con herramientas de simulación y control en tiempo real. En general las prácticas de laboratorio tendrán una duración de dos horas y se realizarán en el Laboratorio de Robótica y en un aula de informática de la Escuela. Evaluación Se realizará un examen final. Los criterios de valoración serán específicos de cada prueba. La calificación global será una suma ponderada de las notas de examen junto con las prácticas de laboratorio que se consideran obligatorias y trabajos opcionales para subir nota. Otros datos de interés Se realizará un trabajo (opcional) de robots móviles que culmina en una exhibición pública. Este trabajo sirve para subir nota. 5 de 5