Tema
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Dpt. Teoría de la Señal, Telemática y Comunicaciones
Secciones
1.
Introducción y definiciones.
2.
Visión General de la manipulación
mecánica.
1.
Posicionamiento y Cinemática
2.
Dinámica de Manipuladores.
3.
Planificación de Trayectorias.
4.
Control de Movimientos.
5.
Capacidad Sensorial Externa.
1. Introducción y Definiciones
•
¿Qué es un Robot?
Robota = Trabajo.
Origen: Necesidad de flexibilizar los procesos de
producción.
Manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos
especiales, mediante movimientos programables y variables que permitan llevar a cabo tareas diversas.
•
Primer Robot Industrial:
George Devol en 1960.
Desarrollo durante los años 70, paralelamente al
desarrollo del microprocesador.
1. Introducción y Definiciones
• Estructura:
Enlaces.
Articulaciones.
Efector Final.
a) Robot Cincinnati Milacron b) Robot serie PUMA
• Especificaciones de operación:
Repetibilidad: error al volver a una posición.
1. Introducción y Definiciones
• Característica Fundamental: Manipulador reprogramable.
• Inicialmente los robots se limitaban a repetir una cierta secuencia de movimientos aprendida.
Actualmente se les intenta dotar de cierta inteligencia.
• Objetivos de la robótica: mejora de la productividad y calidad ($$$).
Mayor velocidad.
Elevado tiempo de funcionamiento sin fallos.
1. Introducción y Definiciones
•
Áreas de la robótica:
Manipulación mecánica.
Locomoción.
Interacción Entorno-Maquina.
Inteligencia Artificial.
•
Nos centraremos fundamentalmente en la
manipulación mecánica
(clásico). Implica:
Mecánica.
Control.
2. Manipulación mecánica
•
¿En que consiste?
•
¿Problemas a resolver?
Situar al robot en una serie de posiciones de acuerdo con las ordenes de movimiento dadas y las condiciones de trabajo.
• Posicionamiento y Cinemática. • Dinámica de Manipuladores. • Planificación de Trayectorias. • Control de movimientos.
2.1. Posicionamiento y Cinemática
•
Posicionamiento:
Estudio de posiciones de
objetos en el espacio tridimensional.
•
Posicionamiento de
un objeto:
• Posición • Orientación•
Herramienta:
Sistemas de
referencia.
Transformaciones
homogéneas.
2.1. Posicionamiento y Cinemática
• Cinemática: Estudio de las características geométricas de los sistemas robóticos.
• La geometría del robot es cambiante. Articulaciones: Lineal o prismática.
Rotacional.
Torsión (revolución)
2.1. Posicionamiento y Cinemática
• Objetivo. Conocer la posición del efector final (EF) (pinza, soldador, etc.)
Volumen de trabajo: Conjunto de puntos accesibles por el EF. • Orientación no limitada vs Orientación limitada.
• Grados de libertad: Número de variables de posición independientes. Nº Articulaciones
2.1. Posicionamiento y Cinemática
•
Problema Cinemático Directo (PCD).
Hallar la posición y orientación del EF respecto a la
base en función de las variables de articulación θ
i.
Ecuaciones Cinemáticas:
Posición = fpos({θi}) Orientación = for({θi})
2.1. Posicionamiento y Cinemática
•
Problema Cinemático Inverso (PCI).
Operación Inversa. Hallar las variables de articulación
θ
ipara alcanzar una determinada posición.
Mas relevante que el anterior.
Pero más difícil:
• Resolución ecuaciones no lineales (aparición de funciones trigonométricas).
• Existencia de soluciones (Volumen de trabajo!). • Multiplicidad de soluciones.
2.2. Dinámica de Manipuladores.
• La cinemática atiende a las posiciones pero ignora las fuerzas que hacen posible llegar a dichas posiciones.
• Ecuaciones dinámicas:
Fuerza = f (aceleraciones, velocidades, posiciones)
2.3. Planificación de Trayectorias.
• Trayectoria: Camino que describe el EF en el espacio al realizar el movimiento.
θ
i=
θ
i(t)
∀
i
• Objetivos planificación: Evitar obstáculos.
Evitar movimientos bruscos y/o en zigzag (maximizar productividad).
2.3. Planificación de Trayectorias.
• Características de la trayectoria:
θ
i función de variación suave en el tiempo. Todas las articulaciones comienzan y acaban el movimiento simultáneamente.
• Planificación de la trayectoria: generación de las funciones de movimiento.
• Tipos:
Trayectorias cartesianas: Dominio cartesiano (coordenadas).
Trayectorias interpoladas: Dominio de las variables de articulación (puntos intermedios).
2.4. Control de Movimientos.
• Generación del movimiento: mediante aplicación de fuerzas (lineales) o pares de ellas (rotacionales) en las articulaciones.
• Control de movimiento: cálculo de los pares
necesarios para conseguir posiciones y velocidades requeridas.
• Características adicionales: compesación de errores y perturbaciones. Planificador de Trayectorias Algoritmo de Control Motor CC + Respuesta Dinámica Sensores +
-Posición deseada error tension CC
2.5. Capacidad Sensorial Externa.
• Tipos de sensores:
Internos: componentes del sistema de generación y control de movimientos.
Externos: dotan al sistema robótico de capacidad sensorial para interactuar con el entorno de forma autónoma.
• Ejemplos:
Subsistemas de visión (cámaras).
Sensores de obstáculos (ultrasonidos, interruptores).
Subsistemas de posicionamiento (GPS, Zigbee).
Sensores de fuerza.
…
• Fuerte relación con Inteligencia Artificial:
2.6. Programación.
• El lenguaje de programación de robots sirve de interfaz a los usuarios.
Baja complejidad.
Sencillo y directo.
Generalmente visual.
Capacidad de funcionamiento off-line: simular movimientos sin necesidad de la presencia física del robot ($$$).
3. Estructuras de Robots
• Clasificación por la interconexión de los enlaces: Tipo paralelo:
• Elementos mecánicos independientes entre si.
• Movimiento poco intuitivo.
Tipo serie:
• Enlaces consecutivos unidos entre sí por articulaciones.
• Acumulación de errores.
• Primeras articulaciones: fijan el área de trabajo.
• Últimas articulaciones (muñeca): movimientos pequeños dentro del
3. Estructuras de Robots
• Configuraciones típicas:
Robots cartesianos.
• Articulaciones lineales en ejes cartesianos.
• Sencillez de uso.
• Ocupan mucho espacio. • Poca capacidad de
3. Estructuras de Robots
• Configuraciones típicas:
Robots giratorios.
• Estilo antropomórfico.
• Control complejo (coordenadas cartesianas vs variables
articulación.
• Gran volumen de trabajo y amplias posibilidades de movimiento.
3. Estructuras de Robots
• Configuraciones típicas:
Robots mixtos Giratorio-Prismáticos.
• Menor dificultad de control. • Amplio volumen de trabajo.
