APM-1301 - itsx.edu.mx

En el tercer tema se presenta el modelado dinámico de la estructura mecánica delRobot, hablando de manipuladores robóticos, para lograr esto se deben utilizarlas ecuaciones de Euler – Lagrange expuestos también dentro del temario.En el cuarto tema se tratan los tipos de controladores utilizados para el control deun Robot manipulador, tal como el control PID aplicado a un Robot monoarticular.Esta unidad también comprende métodos para la generación de trayectorias, paraque el Robot pueda desplazarse de un punto inicial hasta un punto final.Para el quinto tema se realizan la planeación de las trayectorias como es lageneración y restricción que el robot debe cumplir según las tareas asignadas.En el sexto tema se deberá realizar una aplicación práctica. La parte práctica sedesarrolla de manera que el estudiante aplique los conocimientos teóricos, deforma que se familiarice con el control de un Robot y los elementos que en elinterviene. Por ello es importante partir de prácticas sencillas para que sean defácil comprensión. Hay que formar grupos de trabajo invitando a los participantesa la reflexión continua entre los conceptos y la práctica desarrollada. Haciendoanálisis y síntesis entre los hallazgos encontrados en el desarrollo de losejercicios. Es importante partir de la teoría a la práctica y volver a la teoría parapromover el aprendizaje significativo de los estudiantes.

3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR.Competencias específicas:Analiza y diseña un control aplicado aun Robot manipulador.Competencias genéricas:Competencias instrumentales• Habilidad para el manejo de softwarede simulación.• Habilidad para la solución deproblemas, utilizando el métodocientífico.• Capacidad de análisis y síntesis.Competencias interpersonales• Capacidad crítica y autocrítica.• Trabajo en equipo.• Habilidades interpersonales.Competencias sistémicas• Capacidad de aplicar losconocimientos en la práctica.• Habilidades de investigación.• Capacidad de generar nuevas ideas(creatividad).• Habilidad para trabajar en formaautónoma.

4.- HISTORIA DEL PROGRAMA.Lugar y fecha deelaboración o revisiónDirección General deEducación SuperiorTecnológica, DireccióndeInstitutosTecnológicosDescentralizados, 29 y30 de Septiembre del2011ParticipantesRepresentantes de los InstitutosTecnológicos Superiores de:Coatzacoalcos, Las Choapas,Ecatepec, Monclova y TierraBlanca, Uruapan.EventoPropuestacontenidostemáticosdeDirección General deEducación SuperiorTecnológica, DireccióndeInstitutosTecnológicosDescentralizados, 17 y18 de Enero del 2013.Representantes de los InstitutosTecnológicos Superiores de:Coatzacoalcos, Las Choapas,Tierra Blanca, Uruapan, NuevoCasas Grandes.Y Tecnológicos de EstudiosSuperiores de:Chalco, Ecatepec y Villa Guerrero.Reunión para elAnálisis porCompetenciasProfesionales dela Especialidadde la Carrera deIngenieríaElectrónica.5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSOAdquiere los conocimientos necesarios para proponer soluciones en laautomatización de procesos de manufactura industriales mediante la selección yaplicación de manipuladores robóticos.6.- COMPETENCIAS PREVIAS Manejo de software de simulación. Realiza operaciones con matrices. Genera diagramas de cuerpo libre. Automatiza, controla y programa máquinas. Diagnostica y analiza fallas en máquinas. Selecciona y aplica sensores y transductores a sistemas y procesosindustriales.

Selecciona, aplica y diseña elementos y dispositivos mecánicos en sistemasdinámicos. Interpreta y aplica tolerancias y dimensiones geométricas. Selecciona materiales para construcción de robots y manipuladores. Programa utilizando Microcontroladores. Conoce los conceptos básicos de control.5.- TEMARIONo. Nombre de temas Subtemas1 Introducción a la robótica 1.1 Antecedentes de la robótica.1.2 Estructura mecánica de un robot.1.3 Tipos y características de los robots.1.4 Transmisiones y reductores.1.5 Elementos terminales.1.6 Espacio de trabajo.1.7 Los robots como sistemas Mecatrónicos.1.8 Aplicaciones de los robots.2 Modelado cinemático 2.1 Sistemas de coordenadas.2.2 Movimiento rígido y transformacioneshomogéneas.2.3 Representación de Denavit – Hartenberg.2.4 Cinemática inversa.2.5 Simulación.3 Modelado dinámico 3.1 Introducción al modelado dinámico.3.2 Ecuación de Euler – Lagrange.3.3 Modelado dinámico de un robotmanipulador.3.2.1 Manipulador de 1 GDL.3.2.2 Manipulador de 2 GDL.3.2.3 Restricciones.3.3 Simulación.4 Control 4.1 Conceptos básicos de control.4.2 Interpolación de trayectorias.4.3 Control cinemático.4.4 Control Dinámico.4.4.1 Control monoarticular (Control PID).4.5 Análisis de un sistema de control.5 Planeación detrayectorias6 Proyecto final5.1 Introducción.5.2 Consideraciones generales yproblemática.5.3 Generación de trayectorias.5.3.1 Perfil trapezoidal.5.4 Restricción de trayectorias.6.1 Aplicación al análisis e implementacióndel movimiento de robots bidimensionales.

7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad,señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: unaidentificación de patrones, un análisis, una síntesis, la creación de unheurístico, etc. Al principio lo hará el profesor, luego será el alumno quien loidentifique. Ejemplos: reconocer los grados de libertad de un robot dada laconfiguración del mismo: reconocimiento de patrones; elaboración de unprincipio a partir de una serie de observaciones producto de unexperimento: síntesis. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información endistintas fuentes. Ejemplo: buscar y contrastar comportamientos comoaquellos de los movimientos de traslación y rotación, identificando puntosde coincidencia y diferencia entre ellos en cada situación concreta (matrizde transformación homogénea). Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, elintercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y lacolaboración de y entre los estudiantes. Ejemplo: al socializar los resultadosde las investigaciones hechas a partir de software de programación ysimulación (RAPL, Matlab) y las experiencias prácticas solicitadas comotrabajo extra clase. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campoocupacional. Ejemplos: el proyecto final se realizará tomando en cuenta elcontenido de todos los temas. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan deestudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visióninterdisciplinaria en el estudiante. Ejemplos: señalar que el control continuoy discreto son necesarios para controlar los movimientos de los robotsestudiados en esta clase, los cuales son necesarios para implementarmanufactura integrada por computadora, etc. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura(RAPL, LabView, Matlab, Simmon, Octave, etc.).

8.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓNLa evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar eldesempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especialénfasis en: Ejercicios y problemas en clase. Exposición de temas por parte de los alumnos con apoyo y asesoría delprofesor. Evaluación de trabajos de investigación entregados en forma escrita. Evaluación por tema para comprobar el manejo de aspectos teóricos ydeclarativos. Evaluación de las prácticas por tema, considerando los que éste contenga. Evaluación de las aplicaciones del contenido de la materia. Considerar reporte de un proyecto final que describa las actividadesrealizadas y las conclusiones del mismo.9.- TEMAS DE APRENDIZAJETema 1.- Introducción a la robótica.Competencia específica a desarrollar.Comprende la importancia de larobótica, así como las disciplinas queintervienen en el análisis y diseño demanipuladores.Conoce los elementos que intervienenen un Robot.Actividades de aprendizaje. Investiga en distintas fuentes deinformación acerca de lasaplicaciones de los robots. Consulta diversas fuentes paraconocer publicaciones científicas ytecnológicas de la robótica. Describe los componentes de unrobot industrial, las características derobots y las definiciones básicas dela robótica. Identifica y determina los grados delibertad y el espacio de trabajo de unsistema mecánico articulado. Compara los diferentes sistemas deacción destacando sus ventajas ydesventajas.

Tema 2.- Modelado cinemático.Competencia específica a desarrollar.Comprende los conceptos sobre elmodelado cinemático de un Robotmanipulador, su importancia ylimitaciones.Analiza los movimientos de translacióny rotación de un robot.Actividades de aprendizaje. Muestra en clase la forma demodelar la cinemática directa delos robots manipuladores. Obtiene la matriz de traslación,rotación y transformaciónhomogénea para algún movimientodeterminado de un robot, dada suconfiguración particular. Realiza la cadena cinemática delos eslabones de un robotutilizando la metodología Denavit–Hartenberg. Muestra la forma de calcular lacinemática inversa de un robotmanipulador. Efectúa una búsqueda en internetsobre simuladores de uso gratuito. Realiza ejemplos de modelaciónque el profesor exponga en clase. Realiza una práctica en donde seprograme en computadora y sesimule el modelo de la cinemáticade un robot.Tema 3.- Modelado dinámico.Competencia específica a desarrollar.Comprende los conceptos sobre elmodelado dinámico de un Robotmanipulador, su importancia ylimitaciones.Analiza y comprende la importancia delmodelo dinámico dentro de la robóticaindustrial.Actividades de aprendizaje. Muestra en clase la forma derealizar el modelado dinámico deun robot manipulador. Realiza el modelado dinámico delos eslabones de un robotutilizando la metodología de Euler -Lagrange. Realiza prácticas en donde seimplemente un programa encomputadora que simule el modelodinámico de un robot y surespectivo análisis de las gráficasde salida de las simulaciones.

Tema 4.- Control.Competencia específica a desarrollar.Reconoce los diferentes esquemas decontrol y su aplicación para losrequerimientos de movimiento de unrobot manipulador.Actividades de aprendizaje. Demuestra las formas de controlarla posición, velocidad y fuerza enrobots industriales. Realiza prácticas orientadas asimular modelos de control de unoo varios grados de libertad de unrobot. Utiliza lenguajes de programaciónvirtual para control y monitoreo deprocesos de manufacturarobotizados.Tema 5.- Planeación de trayectorias.Competencia específica a desarrollar.Aprende a realizar la planificación detrayectorias de un robot manipulador.Actividades de aprendizaje. Muestra la forma de modelar laplanificación de trayectorias de losrobots manipuladores. Realiza prácticas en donde sesimule un robot manipulador dentrode su entorno de trabajo y sutrayectoria deseada para efectuarlos diferentes resultados obtenidos.Tema 6.- Proyecto Final.Competencia específica a desarrollar.Realiza un robot manipulador y elcontrol de una trayectoria utilizando losconocimientos adquiridos en clase.Actividades de aprendizaje. Desarrolla un prototipo de robotmanipulador para realizar lamanipulación de una tarea.

10.- FUENTES DE INFORMACIÓN.1. Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L. & Oriolo, G., Robotics: Modelling,Planning and Control, Springer, 2009.2. Craig, J., Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Addison-Wesley, leading, MA., 1986.3. Spong, M.W., Vidyasagar, M., Robot Dynamics and control, John Wiley& Sons, 1989.4. Fu, K. S., González, R. C., y Lee, C. S. G., Robótica: Control,Detección,Visión e Inteligencia , McGraw Hill, 1987.5. Barrientos, et. al., Fundamentos de robótica, McGraw Hill, 1997.6. Shahinpoor, M., A robot Engineering Textbook, Harper & Row, N.Y.,1987.7. Standler, W., Analytical Robotics and mechatronics, McGraw HillInternational Ed., 1995.8. Koren, Y., ROBOTICS for engineers, McGraw Hill International Ed.,1987.9. www.unimation.com: catalog.10. www.abbrobots.com: catalog.10. Safford, E.L., Handbook of AdvancedRobotics, TAB BOOKS inc.,1982.http://www.dtsicorp.com/whyscada.html11.- PRÁCTICAS SUGERIDAS.1. Establecer los parámetros que definen dimensionalmente a un robot de2GDL.2. Aplicar el modelo dinámico a un robot de 2GDL mediante el método deEuler – Lagrange.3. Aplicar el modelo dinámico establecido por Euler - Lagrange a un robot de2GDL.4. Realizar simulaciones de robots bidimensionales utilizando el softwarematlab/simulink en donde el alumno programe de forma textual losmovimientos de un robot.5. Desarrollar el análisis cinemático directo e inverso del robot bidimensional.6. Realizar un programa en computadora que simule el modelo de lacinemática y dinámica de un robot.7. Diseñar y detallar el controlador dinámico articular para un sistema robóticopropuesto.8. Diseñar un robot experimental esquematizado que satisfaga a unanecesidad real.