Universidad Pública de Navarra



Año Académico: 2023/2024 | Otros años:  2022/2023  |  2021/2022  |  2020/2021  |  2019/2020 
Graduado o Graduada en Ingeniería en Tecnologías Industriales por la Universidad Pública de Navarra
Código: 242714 Asignatura: ROBÓTICA INDUSTRIAL
Créditos: 6 Tipo: Optativa Curso: 4 Periodo: 1º S
Departamento: Ingeniería
Profesorado:
AROCENA ELORZA, JOSE IGNACIO (Resp)   [Tutorías ]

Partes de este texto:

 

Módulo/Materia

Módulo de Tecnología Específica Electrónica Industrial (MTEEI)/Automática Industrial (M62)

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Competencias genéricas

  • CB1: Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación
    secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que
    implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
  • CB5 Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un
    alto grado de autonomía
  • CG1 Capacidad para la redacción y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial, que tengan por objeto la construcción,
    reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos,
    instalaciones energéticas, instalaciones eléctricas y electrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación y
    automatización
  • CG3: Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de
    versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones
  • CG4: Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir
    conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial

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Competencias específicas

  • CEI6-A: Conocimientos de regulación automática y técnicas de control y su aplicación a la automatización industrial.
  • CEI7-A: Conocimiento de principios y aplicaciones de los sistemas robotizados.
  • CEI9-A: Capacidad para diseñar sistemas de control y automatización industrial.

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Resultados aprendizaje

RESULTADO DEL APRENDIZAJE    CONTENIDO                                                                  ACTIVIDAD FORMATIVA  
Conocer los principales elementos constituyentes, mecánicos, eléctricos y del sistema de control de un robot y las herramientas más usuales. Anatomía de un robot manipulador, transmisiones, actuadores y elementos finales. Clases expositivas
Conocer las topologías de robots industriales más típicas y sus características. Configuraciones típicas de un robot industrial. Clases expositivas
Conocer la problemática del posicionamiento del robot y la relación entre los espacios articular y cartesiano. Espacio articular y de configuración. Modelo cinemático directo. Método de Denavit-Hartenberg. Modelo cinemático inverso. Relaciones diferenciales. Clases expositivas y ejercicios
Conocer los sistemas de control articulado más sencillos para la mejora de la precisión y rapidez. Dinámca de robots,  control monoarticular y multiarticular. Clases expositivas y ejercicios.
Programar un robot industrial Programación textual de un robot. prácticas de laboratorio y trabajo experimental

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Metodología

METODOLOGÍA-ACTIVIDAD
Horas Presenciales
Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas
44
 
A-2 Prácticas
16
 
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
 
 
A-4 Elaboración de trabajo
 
18
A-5 Lecturas de material
 
7
A-6 Estudio individual
 
55
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación
8  
A-8 Tutorías individuales
4  
 
 
 
Total
72
80

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Relación actividades formativas-competencias/resultados de aprendizaje

Competencia
Actividad formativa
 CB1, CB5, CG1, CG3, CEI6-A, CEI7-A, CEI9-A
A-1 Clases expositivas/participativas
 CB1, CB5, CG1, CG3, CEI7-A
A-2 Prácticas
 CB1, CB5, CG1, CG3, CEI7-A A-4 Elaboración de trabajo
 CB1, CB5, CG1,  CEI6-A, CEI7-A, CEI9-A
A-5 Lecturas de material
 CB1, CB5, CG1, CG3, CEI6-A, CEI7-A, CEI9-A
A-6 Estudio individual
 CB1, CB5, CG1, CG3, CEI6-A, CEI7-A , CEI9-A
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación
 CB1, CB5, CG1, CEI6-A, CEI7-A , CEI9-A
A-8 Tutorías individuales

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Idiomas

castellano

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Evaluación

 

Resultados de
aprendizaje
Actividad de
evaluación
Peso (%) Carácter
recuperable
Nota mínima
requerida
  • Conocer los principales elementos constituyentes, mecánicos, eléctricos y del sistema de control de un robot y las herramientas más usuales.
  • Conocer las topologías de robots industriales más típicas y sus características.
  • Conocer la problemática del posicionamiento del robot y la relación entre los espacios articular y cartesiano.
Prueba de respuesta corta tipo test. 10% NO NO HAY
Conocer la problemática del posicionamiento del robot y la relación entre los espacios articular y cartesiano. (cinemática directa) Prueba de Respuesta Larga- Examen de evaluación continua 20% 5
Conocer la problemática del posicionamiento del robot y la relación entre los espacios articular y cartesiano. (cinemática inversa y relaciones diferenciales) Prueba de Respuesta Larga- Examen de evaluación continua 20% 5
Conocer los sistemas de control articulado más sencillos para la mejora de la precisión y rapidez. Prueba de respuesta corta tipo test. 10% NO NO HAY
Conocer los sistemas de control articulado más sencillos para la mejora de la precisión y rapidez. Prueba de Respuesta Larga- Examen de evaluación continua 20% 5
Programación de un robot industrial Pruebas e informes de trabajo experimental. Trabajos e informes 20% NO NO HAY

CÁLCULO DE LA NOTA FINAL

  1. La nota final se calculará como la media ponderada (según los pesos indicados) de las actividades de evaluación descritas en la tabla anterior. Será necesario alcanzar un 5 en la nota final para el aprobado.
  2. Si la nota final es igual o superior a 5, pero no se cumple este requisito, la calificación final será de 4.9 (suspenso).
  3. El examen de recuperación se realizará sobre las partes no aprobadas de la evaluación continua (respuesta larga).
  4. La calificación de la asignatura será ¿No presentado¿ siempre y cuando el peso de las actividades de evaluación en las que ha participado el estudiante sea inferior al 50% (art. 6.4. ACG 07/05/2019)

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Contenidos

Se comienza con una breve descripción de la asignatura, la descripción y alcance de los contenidos y los objetivos perseguidos. Se define, dentro del amplio espectro de robots, el robot objeto de estudio: el robot manipulador industrial o "brazo manipulador". De éste se describen sus elementos mecánicos básicos: los eslabones y articulaciones; los eléctricos: actuadores y sensores y el sistema de control con su entorno de programación.  La combinación de eslabones y articulaciones da lugar a estructuras multiarticulares denominadas cadenas cinemáticas. Existe en todo robot un punto de interés, denominado efector final,  cuya posición espacial (posición y orientación), las variables naturales del usuario, se puede modificar actuando sobre las variables articulares, éstas son las variables naturales del robot. Se definen así dos espacios de interés: el espacio cartesiano y el espacio articular relacionadas entre sí mediante un relación cinemática no lineal.
 
Los modelos cinemáticos describen relación entre ambos espacios que pueden ser directos o inversos. El método de Denavit-Hartenberg obtiene el modelo cinemático directo, mediante matrices de transformación homogéneas, la posición y orientación del efector final en función de las variables articulares y siempre tiene solución. El inverso en cambio es más difícil de conseguir, y puede no tener solución. Las tipologías típicas están diseñadas para obtener "soluciones sencillas". Completan el capítulo de modelos cinemáticos el análisis de los pequeños movimientos obtenido de la linealización de las ecuaciones cinemáticas (no lineales) en torno a una configuración espacial determinada, dando lugar una relación lineal entre variables articulares y cartesianas. El modelo matemático de dichas relaciones infinitesimales aporta también características importantes sobre la estructura cinemática objeto de estudio.
 
La dinámica del robot relaciona los pares o fuerzas aplicados en las articulaciones con las aceleraciones resultantes en las articulaciones. La dinámica de robot se expresa mediante las denominadas ecuaciones de estado del robot, éstas son multivariables (con interacciones entre articulaciones y pares/fuerzas aplicados) y no lineales. No pueden pues expresarse mediante funciones de transferencia ni son válidas las técnicas de control lineal clásico. Sin embargo, para una clase muy amplia de robots, los robots con reductores en sus transmisiones, pueden reducirse bajo ciertas condiciones modelos lineales, de parámetros constantes y desacoplados. En estos robots las estragias de control se simplifican mucho, en caso contrario será necesario considerar la característica no lineal y acoplada que requieren modelos de control multiarticulares.
 
Finalmente, se describirá, en prácticas de laboratorio, el lenguaje de programación textual que nos permitirá realizar las tareas deseadas. Se utilizará un lenguaje genérico (desarrollado en la UPNA) ya que cada fabricante de robot tiene el suyo (no existe ningún lenguaje estándar universal).

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Temario

1. Morfología del Robot

1.1. Estructura Mecánica

  • Anatomía de un robot manipulador.
  • Configuraciones típicas.
  • Elementos Finales.

1.2. Elementos de Transmisión y Actuación.

  • Transmisiones y Reductores.
  • Accionamiento, Sensores y Controladores.

 2. Modelos Cinemáticos

2.1. Descripción de los espacios de configuración y articular de un robot.

  • Descripción de la posición.
  • Descripción de la orientación.
  • Matrices de orientación
  • Ángulos de Euler.

2.2. Relaciones cinemáticas entre espacios articulares y de configuración

  • Modelo cinemática directo
  • Modelo cinemática inverso.

2.3. Modelo Cinemático Directo

  • Matrices de Transformación homogéneas
  • Algoritmo de Denavit-Hartenberg.

2.4. Modelo cinemática inverso

  • Método geométrico
  • Método matricial.

2.5. Relaciones Diferenciales.

  • Relaciones diferenciales de posición y velocidad.
  • Matriz Jacobiana.
  • Puntos singulares.
  • Relaciones diferenciales entre fuerzas y pares cartesianos y articulares

3. Modelización y Control

3.1. Fuerzas y momentos en un eslabón aislado

  • Momentos y fuerzas estáticas.
  • Momentos y fuerzas dinámicas

3.2. Modelo multiarticular

  • Ecuaciones de estado.
  • Acoplamientos y no linealidades.

3.3. Modelo simplificado de un robot

  • Ecuaciones de estado de un robot.
  • Acoplamientos y no linealidades.
  • Efecto de los reductores en la dinámica de un robot
  • Ecuaciones lineales independientes.

3.4. Control monoarticular de un robot.

  • Control Proporcional-Derivativo (PD)
  • Control PD con prealimentación de fuerzas inerciales y de gravedad.

3.5 Control multiarticular

  • Control de pares calculados

4. Programación

  • Programación textual de un robot de laboratorio.
  • Programación de modelos cinemáticos directos e inversos.

 

 

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Programa de prácticas experimentales

PRÁCTICAS DE LABORATORIO:

  • Programación de textual del robot de laboratorio CS-113
  • Programación con Matlab del modelo cinemático directo del robot de laboratorio CS-113 mediante el método de Denavit-Hartenberg.
  • Programación con Matlab del modelo cinemático inverso del robot de laboratorio CS-113 mediante el método geométrico.

TRABAJOS EXPERIMENTALES:

  • Programación de modelos de cinemática directa con Matlab.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.


Bibliografía básica:

  • Fundamentos de Robótica. A. Barrientos, L.F. Peñín, C. Balaguer, R. Aracil.  McGraw-Hill/Interamericana de España S.A., 1997. Ref. biblioteca P610-3-1 
  • Robot Analysis and Control. K. Asada y J.J. Slotine. Editorial Wiley.
  • Apuntes propios

Bibliografía complementaria:

  • Robótica: Control, detección, visión e inteligencia. K.S. Fu, R.C. González, C.S.G. Lee.  Mc. Graw Hill, 1988. Ref. biblioteca P610-2-1/2/3

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Lugar de impartición

Aulario y laboratorio de Automática (edificio Los Pinos).

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