ROBOTICA: CONTROL DE ROBOTS MANIPULADORES

1.1 Introducci¢n 3
Cirug¡a robotizada 7
1.2 Tipos de robots 9
1.2.1 Robots m¢viles 9
Robots m¢viles 9
1.2.2 Robots humanoides 10
Robots humanoides 11
1.2.3 Robots industriales 12
Componentes de un robot 16
1.3 Control de robots manipuladores 17
1.4 Tecnolog¡a de robots 19
Sistema de engranes 20
Servomotores de transmisi¢n directa 21
1.5 Estad¡sticas de rob¢tica 23
1.6 Historia de la rob¢tica 26
Contribuciones de Leonardo 28
1.7 Sociedades cient¡ficas de rob¢tica 33
1.8 Resumen 37
1.9 Referencias selectas 38
1.10 Problemas propuestos 42
Cap¡tulo 2
Servomotores y sensores 45
2.1 Introducci¢n 47
2.2 Servomotores 49
2.2.1 Principios b sicos de motores el?ctricos 53
Sistemas de engranaje 56
2.2.2 Servomotores de transmisi¢n directa 58
Tecnolog¡a de transmisi¢n directa 58
Programaci¢n de robots manipuladores 62
2.3 Sensores 69
2.3.1 Resolvers 70
2.3.2 Potenci¢metros 71
2.3.3 Tac¢metro 72
2.4 Encoders 73
2.4.1 Encoder incremental 77
2.4.2 Encoder Absoluto 80
2.4.3 Encoder magn?tico 83
2.4.4 Aspectos importantes de los encoders 85
2.4.5 Construcci¢n de un encoder incremental 87
Encoder incremental 88
2.4.6 Glosario para encoders 89
2.5 Resumen 90
2.6 Referencias selectas 92
2.7 Problemas propuestos 94
Cap¡tulo 3
Preliminares matem ticos 97
3.1 Introducci¢n 99
3.2 Vectores 100
3.2.1 Operaciones entre vectores 102
3.2.2 Norma euclidiana 105
3.3 Matrices 106
3.3.1 Matrices especiales 108
3.3.2 Operaciones de matrices 109
Operaciones con matrices 109
Producto de matrices 112
3.3.3 Norma espectral 126
3.4 Funciones definidas positivas 128
3.4.1 Derivadas parciales de funciones de energ¡a 137
3.5 Sistemas din micos 144
3.5.1 Puntos de equilibrio 148
3.6 Teor¡a de estabilidad de Lyapunov 150
3.6.1 Estabilidad en el sentido de Lyapunov 152
3.6.2 Funci¢n candidata de Lyapunov 157
3.6.3 M?todo directo de Lyapunov 158
Simulaci¢n de sistemas din micos 166
Sistema din mico no lineal 174
P?ndulo 182
3.6.4 Principio de invariancia de Lasalle 183
3.7 Norma L 186
3.7.1 Relaci¢n entre L y estabilidad de Lyapunov 189
3.8 Resumen 192
3.9 Referencias selectas 194
3.10 Problemas propuestos 197
Cap¡tulo 4
Cinem tica de robots manipuladores 201
4.1 Introducci¢n 203
4.2 Morfolog¡a del robot 203
4.3 Transformaciones homog?neas 208
Transformaciones homog?neas 209
4.4 Cinem tica 210
4.4.1 Convenci¢n Denavit-Hartenberg 212
4.4.2 Selecci¢n de sistemas de referencia 214
4.4.3 Algoritmo Denavit-Hartenberg 217
4.4.4 Cinem tica diferencial 218
4.5 Tipos de robots industriales 221
4.5.1 Robot antropom¢rfico (RRR) 231
4.5.2 Configuraci¢n SCARA (RRP) 236
4.5.3 Configuraci¢n esf?rica (RRP) 238
4.5.4 Configuraci¢n cil¡ndrica (RPP) 241
4.5.5 Configuraci¢n cartesiana (RRR) 243
4.6 Resumen 245
4.7 Referencias selectas 246
4.8 Problemas propuestos 248
Cap¡tulo 5
Din mica de robots manipuladores 251
5.1 Introducci¢n 253
5.2 Ecuaciones de Euler-Lagrange 255
5.3 Modelo din mico 257
5.3.1 Propiedades del modelo din mico 259
5.3.2 Efecto inercial 259
5.3.3 Fuerzas centr¡petas y de Coriolis 261
5.3.4 Par gravitaciona 262
5.3.5 Fen¢meno de fricci¢n 263
5.3.6 Linealidad en los par metros 264
5.3.7 Modelo de energ¡a 266
5.3.8 Modelo de potencia 267
5.3.9 Ejemplos de modelado din mico 267
P?ndulo robot 275
Robot de 2 gdl 286
5.4 Modelo din mico cartesiano 287
5.4.1 Propiedades del modelo din mico cartesiano 290
5.5 Identificaci¢n param?trica 291
5.5.1 M¡nimos cuadrados 293
5.5.2 Algoritmo recursivo de m¡nimos cuadrados 295
M¡nimos cuadrados 301
5.5.3 Modelo de regresi¢n din mico filtrado 302
5.5.4 Regresi¢n lineal del modelo de energ¡a 304
5.5.5 Modelo de regresi¢n de la potencia filtrada 307
5.6 Robot experimental de 3 gdl 315
5.7 Resumen 322
5.8 Referencias selectas 323
5.9 Problemas propuestos 327
Cap¡tulo 6
Control de posici¢n de robots manipuladores 331
6.1 Introducci¢n 333
6.2 Regulaci¢n 334
6.2.1 Control PD 336
6.2.2 An lisis cualitativo del control PD 342
Control PD p?ndulo 343
Videos del p?ndulo 346
Simulador p?ndulo 352
Robot 2 gdl PD 355
Videos experimentales. Control PD de un p?ndulo 356
6.2.3 Control proporcional integral derivativo 357
PID 358
6.3 Moldeo de energ¡a 359
6.3.1 Control con acciones no acotadas 365
6.3.2 Control con acciones acotadas 376
6.3.3 Ejemplos de algoritmos de control de posici¢n 390
6.4 ï Indice de desempe~no 394
6.5 Aplicaciones de control de posici¢n 404
6.5.1 Control cartesiano 404
6.5.2 Visual servoing 411
Visual servoing 411
6.5.3 Control punto a punto 413
6.5.4 Programaci¢n de instrucciones robot 415
Inteligencia artificial 415
6.5.5 Rob¢tica industrial 419
Programaci¢n FANUC 421
6.6 Resumen 423
6.7 Referencias selectas 424
6.8 Problemas propuestos 431
Cap¡tulo 7
Control de trayectoria de robots manipuladores 437
7.1 Introducci¢n 439
7.2 Control PD + 443
7.2.1 An lisis de estabilidad asint¢tica PD+ 446
7.3. Moldeo de energ¡a PD+ 451
7.3.1 Ejemplos de control de trayectoria tipo PD+ 456
7.4 Control par calculado 459
7.4.1 Moldeo de energ¡a par calculado 460
7.5 Aspectos pr cticos 464
Esquemas de control de trayectoria 464
Videos de robots manipuladores 465
7.6 Resumen 465
7.7 Referencias selectas 466
7.8 Problemas propuestos 469
Cap¡tulo 8
Control de fuerza/impedancia 471
8.1 Introducci¢n 473
8.2 Sensores de fuerza/par 475
8.2.1 Transductor Nano17 476
8.2.2 Transductor Gamma 477
8.2.3 Transductor Omega250 477
8.3 Sistemas h pticos 479
8.4 Modelado del entorno 481
8.5 Control de fuerza 481
8.5.1 Control de fuerza con lazo interno de posici¢n 482
8.5.2 Control de fuerza: lazo interno de velocidad 483
Sistema rob¢tico controlado por fuerza 484
8.6 Control h¡brido de fuerza/posici¢n 485
Robot manipulador SCARA 487
8.7 Control de impedancia 488
8.7.1 Control de impedancia con base en par 490
Robot cartesiano de 1 gdl 491
8.7.2 Control de impedancia con base en posici¢n 491
8.7.3 Enfoque alternativo al control de impedancia 493
Robot manipulador de 2 gdl 495
8.8 Aplicaciones 498
8.9 Resumen 503
8.10 Referencias selectas 504
8.11 Problemas propuestos 507
Cap¡tulo 9
Rob¢tica m¢vil 509
9.1 Introducci¢n 511
9.2 Robots m¢viles 513
9.2.1 Descripci¢n de un robot m¢vil con ruedas 513
9.2.2 Tipos de ruedas 515
9.3 Configuraci¢n de robots m¢viles 520
9.3.1 Configuraci¢n Ackerman 520
9.3.2 Configuraci¢n triciclo cl sico 521
9.3.3 Direccionamiento diferencial 521
9.3.4 Configuraci¢n s¡ncrona 522
9.3.5 Movilidad y direccionabilidad 523
9.4 Cinem tica de robots m¢viles 526
9.5 Din mica de robots m¢viles 529
9.6 Control de robots m¢viles 530
Robot m¢vil tipo uniciclo 533
9.6.1 Control por retroalimentaci¢n no lineal 536
Robot m¢vil tipo (2,0) 539
9.7 Resumen 541
9.8 Referencias selectas 542
9.9 Problemas propuestos 544
¡ndice anal¡tico 547