2 relaciones espaciales en robótica - poliformat.upv.es. 1... · tema 2 relaciones espaciales en...
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Roboacutetica
TEMA 2RELACIONES ESPACIALESEN ROBOacuteTICAMartin Mellado (martinisaupves)
Departamento de Ingenieriacutea de Sistemas y Automaacutetica (DISA)Facultad de Informaacutetica de Valencia (FIV)Universidad Politeacutecnica de Valencia (UPV)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV1
Universidad Politeacutecnica de Valencia (UPV)
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
OBJETIVOS
bull Reconocer la importancia de representar localizaciones como posicioacuten y orientacioacuten en roboacuteticaen roboacutetica
bull Conocer meacutetodos de representacioacuten matemaacutetica de localizaciones adecuadasmatemaacutetica de localizaciones adecuadas para roboacutetica
bull Saber coacutemo utilizar los meacutetodos de representacioacuten de localizaciones aprendidos
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV2
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONTENIDOS
1 Introduccioacuten2 Matrices de Rotacioacuten3 Aacuteng los de E ler3 Aacutengulos de Euler4 Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea5 Utilidad y Aplicaciones5 Utilidad y Aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV3
Introduccioacuten
N id d d R t ioacute E i lbull Necesidad de Representacioacuten Espacialbull Posicioacuten y Orientacioacutenbull Herramientas Matemaacuteticasbull Herramientas Matemaacuteticas
bull Sistemas de Coordenadas Dextroacutegirosgbull XY=Z (YZ=X y ZX=Y)bull Regla de la Mano Derecha
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV4
Matrices de Rotacioacuten
x
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ u
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
zzyyxx
z
yxyz kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
== wwvvuu
w
vuvw kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
==
Pip kijiiiPiPip xx sdot=
Pjp yy sdot= wwyvvyuuyyy
wwxvvxuuxxx
pkjpjjpijPjppkipjipiiPipsdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
M t i d R t ioacute d P t i R
Pkp zz sdot= wwzvvzuuzzz pkkpjkpikPkp sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
Matriz de Rotacioacuten o de Permutaciones R
uwxvxuxx
PRp
kjjjijkijiiip
P ⎥⎤
⎢⎡
⎥⎤
⎢⎡ sdotsdotsdot
⎥⎤
⎢⎡
uvw
w
v
wzvzuz
wyvyuy
z
yxyz PRpp
kkjkikkjjjij
ppP sdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
sdot⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣ sdotsdotsdotsdotsdotsdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV5
Matrices de Rotacioacuten
xyzuvw PQP =uvwxyz PRP sdot=
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= wyvyuy
wxvxux
kjjjijkijiii
R⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= zvyvxv
zuyuxu
kjjjijkijiii
Q⎥⎦⎢⎣ sdotsdotsdot wzvzuz kkjkik ⎥
⎦⎢⎣ sdotsdotsdot zwywxw kkjkik
T1
31T
T1
IRRRRQR
RRQ
=sdot=sdot=
==minus
minus
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV6
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
OBJETIVOS
bull Reconocer la importancia de representar localizaciones como posicioacuten y orientacioacuten en roboacuteticaen roboacutetica
bull Conocer meacutetodos de representacioacuten matemaacutetica de localizaciones adecuadasmatemaacutetica de localizaciones adecuadas para roboacutetica
bull Saber coacutemo utilizar los meacutetodos de representacioacuten de localizaciones aprendidos
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV2
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONTENIDOS
1 Introduccioacuten2 Matrices de Rotacioacuten3 Aacuteng los de E ler3 Aacutengulos de Euler4 Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea5 Utilidad y Aplicaciones5 Utilidad y Aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV3
Introduccioacuten
N id d d R t ioacute E i lbull Necesidad de Representacioacuten Espacialbull Posicioacuten y Orientacioacutenbull Herramientas Matemaacuteticasbull Herramientas Matemaacuteticas
bull Sistemas de Coordenadas Dextroacutegirosgbull XY=Z (YZ=X y ZX=Y)bull Regla de la Mano Derecha
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV4
Matrices de Rotacioacuten
x
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ u
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
zzyyxx
z
yxyz kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
== wwvvuu
w
vuvw kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
==
Pip kijiiiPiPip xx sdot=
Pjp yy sdot= wwyvvyuuyyy
wwxvvxuuxxx
pkjpjjpijPjppkipjipiiPipsdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
M t i d R t ioacute d P t i R
Pkp zz sdot= wwzvvzuuzzz pkkpjkpikPkp sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
Matriz de Rotacioacuten o de Permutaciones R
uwxvxuxx
PRp
kjjjijkijiiip
P ⎥⎤
⎢⎡
⎥⎤
⎢⎡ sdotsdotsdot
⎥⎤
⎢⎡
uvw
w
v
wzvzuz
wyvyuy
z
yxyz PRpp
kkjkikkjjjij
ppP sdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
sdot⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣ sdotsdotsdotsdotsdotsdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV5
Matrices de Rotacioacuten
xyzuvw PQP =uvwxyz PRP sdot=
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= wyvyuy
wxvxux
kjjjijkijiii
R⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= zvyvxv
zuyuxu
kjjjijkijiii
Q⎥⎦⎢⎣ sdotsdotsdot wzvzuz kkjkik ⎥
⎦⎢⎣ sdotsdotsdot zwywxw kkjkik
T1
31T
T1
IRRRRQR
RRQ
=sdot=sdot=
==minus
minus
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV6
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONTENIDOS
1 Introduccioacuten2 Matrices de Rotacioacuten3 Aacuteng los de E ler3 Aacutengulos de Euler4 Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea5 Utilidad y Aplicaciones5 Utilidad y Aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV3
Introduccioacuten
N id d d R t ioacute E i lbull Necesidad de Representacioacuten Espacialbull Posicioacuten y Orientacioacutenbull Herramientas Matemaacuteticasbull Herramientas Matemaacuteticas
bull Sistemas de Coordenadas Dextroacutegirosgbull XY=Z (YZ=X y ZX=Y)bull Regla de la Mano Derecha
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV4
Matrices de Rotacioacuten
x
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ u
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
zzyyxx
z
yxyz kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
== wwvvuu
w
vuvw kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
==
Pip kijiiiPiPip xx sdot=
Pjp yy sdot= wwyvvyuuyyy
wwxvvxuuxxx
pkjpjjpijPjppkipjipiiPipsdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
M t i d R t ioacute d P t i R
Pkp zz sdot= wwzvvzuuzzz pkkpjkpikPkp sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
Matriz de Rotacioacuten o de Permutaciones R
uwxvxuxx
PRp
kjjjijkijiiip
P ⎥⎤
⎢⎡
⎥⎤
⎢⎡ sdotsdotsdot
⎥⎤
⎢⎡
uvw
w
v
wzvzuz
wyvyuy
z
yxyz PRpp
kkjkikkjjjij
ppP sdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
sdot⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣ sdotsdotsdotsdotsdotsdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV5
Matrices de Rotacioacuten
xyzuvw PQP =uvwxyz PRP sdot=
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= wyvyuy
wxvxux
kjjjijkijiii
R⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= zvyvxv
zuyuxu
kjjjijkijiii
Q⎥⎦⎢⎣ sdotsdotsdot wzvzuz kkjkik ⎥
⎦⎢⎣ sdotsdotsdot zwywxw kkjkik
T1
31T
T1
IRRRRQR
RRQ
=sdot=sdot=
==minus
minus
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV6
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Introduccioacuten
N id d d R t ioacute E i lbull Necesidad de Representacioacuten Espacialbull Posicioacuten y Orientacioacutenbull Herramientas Matemaacuteticasbull Herramientas Matemaacuteticas
bull Sistemas de Coordenadas Dextroacutegirosgbull XY=Z (YZ=X y ZX=Y)bull Regla de la Mano Derecha
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV4
Matrices de Rotacioacuten
x
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ u
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
zzyyxx
z
yxyz kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
== wwvvuu
w
vuvw kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
==
Pip kijiiiPiPip xx sdot=
Pjp yy sdot= wwyvvyuuyyy
wwxvvxuuxxx
pkjpjjpijPjppkipjipiiPipsdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
M t i d R t ioacute d P t i R
Pkp zz sdot= wwzvvzuuzzz pkkpjkpikPkp sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
Matriz de Rotacioacuten o de Permutaciones R
uwxvxuxx
PRp
kjjjijkijiiip
P ⎥⎤
⎢⎡
⎥⎤
⎢⎡ sdotsdotsdot
⎥⎤
⎢⎡
uvw
w
v
wzvzuz
wyvyuy
z
yxyz PRpp
kkjkikkjjjij
ppP sdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
sdot⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣ sdotsdotsdotsdotsdotsdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV5
Matrices de Rotacioacuten
xyzuvw PQP =uvwxyz PRP sdot=
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= wyvyuy
wxvxux
kjjjijkijiii
R⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= zvyvxv
zuyuxu
kjjjijkijiii
Q⎥⎦⎢⎣ sdotsdotsdot wzvzuz kkjkik ⎥
⎦⎢⎣ sdotsdotsdot zwywxw kkjkik
T1
31T
T1
IRRRRQR
RRQ
=sdot=sdot=
==minus
minus
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV6
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
x
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ u
kpjpippp
PP ++⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
zzyyxx
z
yxyz kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
== wwvvuu
w
vuvw kpjpipppPP sdot+sdot+sdot=
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝
==
Pip kijiiiPiPip xx sdot=
Pjp yy sdot= wwyvvyuuyyy
wwxvvxuuxxx
pkjpjjpijPjppkipjipiiPipsdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
M t i d R t ioacute d P t i R
Pkp zz sdot= wwzvvzuuzzz pkkpjkpikPkp sdotsdot+sdotsdot+sdotsdot=sdot=
Matriz de Rotacioacuten o de Permutaciones R
uwxvxuxx
PRp
kjjjijkijiiip
P ⎥⎤
⎢⎡
⎥⎤
⎢⎡ sdotsdotsdot
⎥⎤
⎢⎡
uvw
w
v
wzvzuz
wyvyuy
z
yxyz PRpp
kkjkikkjjjij
ppP sdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
sdot⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣ sdotsdotsdotsdotsdotsdot=
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV5
Matrices de Rotacioacuten
xyzuvw PQP =uvwxyz PRP sdot=
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= wyvyuy
wxvxux
kjjjijkijiii
R⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= zvyvxv
zuyuxu
kjjjijkijiii
Q⎥⎦⎢⎣ sdotsdotsdot wzvzuz kkjkik ⎥
⎦⎢⎣ sdotsdotsdot zwywxw kkjkik
T1
31T
T1
IRRRRQR
RRQ
=sdot=sdot=
==minus
minus
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV6
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
xyzuvw PQP =uvwxyz PRP sdot=
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= wyvyuy
wxvxux
kjjjijkijiii
R⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
sdotsdotsdotsdotsdotsdot
= zvyvxv
zuyuxu
kjjjijkijiii
Q⎥⎦⎢⎣ sdotsdotsdot wzvzuz kkjkik ⎥
⎦⎢⎣ sdotsdotsdot zwywxw kkjkik
T1
31T
T1
IRRRRQR
RRQ
=sdot=sdot=
==minus
minus
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV6
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Interpretacioacuten GeomeacutetricaInterpretacioacuten Geomeacutetrica
1 Vector columna = vector unitario del eje del sistema1 Vector columna vector unitario del eje del sistemamoacutevil en funcioacuten del sistema de referencia OXYZ2 Vector fila = vector unitario de los ejes del sistemade referencia en funcioacuten del sistema moacutevil OUVW3 Moacutedulo de Vector ColumnaFila = 1 Determinante=+14 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)4 Producto escalar entre dos columnasfilas es cero (perp)5 La inversa de una matriz de rotacioacuten es su traspuesta
R-1=RT RRT=I33
Las matrices de Rotacioacuten son matrices ORTONORMALES
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV7
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje X⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
αα sencos0001
RRotacioacuten en el Eje XSe supone una rotacioacutende un aacutengulo α
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ αα
αminusα=α
cossen0sencos0R x
respecto del eje OXZ
Y
W
Vα
αY
VZ
W
α = 90ordm
oY
XU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV8
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Y ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
=φ 010sen0cos
R yRotacioacuten en el Eje YSe supone una rotacioacutende un aacutengulo φ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φ
cos0seny
respecto del eje OYZ
W
X
φ
o
Z UW
φ = -90ordm
U
φo
YX
V
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV9
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten Baacutesicas
Rotacioacuten en el Eje Z⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
= 0cossen0sencos
RRotacioacuten en el Eje ZSe supone una rotacioacutende un aacutengulo θ
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
θθ=θ
1000cossenR z
respecto del eje OZ
Y
V
θo
Uθ
o
VZ W
X
YX
U
θ = 90ordm
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV10
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasInversa (traspuesta)
⎤⎡⎤⎡ 001001
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ααminusαα=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αminusαminusαminusminusαminus=== ααminus
minusα
cossen0sencos0
001
cossen0sencos0
001RRR T
xx1x
⎤⎡⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφ
φminusφ=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
φminusφminusminus
φminusφminus=== φφminus
minusφ
cos0sen010
sen0cos
cos0sen010
sen0cosRRR T
yy1y
⎦⎣ φφ⎦⎣ φφ
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θθminusθθ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡θminusθminusθminusminusθminus
=== θθminusminus
θ
1000cossen0sencos
1000cossen0sencos
RRR Tzz
1z
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 100100
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV11
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten BaacutesicasMatrices de Rotacioacuten BaacutesicasRotacioacuten respecto a ejes del Moacutevil
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
αααminusα== αα
cossen0sencos0001
RR xu
⎦⎣ αα cosse0
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡ φφ
== φφ 010sen0cos
RR yv⎥⎥⎦⎢
⎢⎣ φφminus
φφ
cos0senyv
⎥⎤
⎢⎡ θminusθ 0sencos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000cossenRR zw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV12
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Matrices de Rotacioacuten CompuestasMatrices de Rotacioacuten CompuestasComposicioacuten de RotacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesR = I3
Por cada rotacioacuten realizadaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre multiplicaSi giro respecto a eje de OXYZ se pre-multiplica
R = Rbaacutesica-xyz sdot RSi giro respecto a eje de OUVW se post-multiplicaS g o espec o a eje de OU se pos u p ca
R = R sdot Rbaacutesica-uvw
uvwxyz PRP sdot=
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV13
uvwxyz PRP
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Rotacioacuten
Rotacioacuten Respecto a Eje ArbitrarioRotacioacuten Respecto a Eje Arbitrario
Wminusβα
αβminusφβαminusφ sdotsdotsdotsdot= xyzyxr RRRRRRZW Z
r
rrsquoZZ
V
minusβ
minusββ
r x
d
ZW Z
Vrrsquo
ryα
α
α
r x
d d
X
Y
U
V
φ
X
Y
Ur
minusβ
X
Y
U
r rz
α
ZW Z
V
φZ
W
Z
V
Z
W
Z
V
X
YU
r
β
X
YU
r
minusαX
Y
U
V
r
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV14
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 1
g
Aacutengulos de Euler Tipo 1(giroscoacutepicos o ZXZ) Z W Z Wrsquo
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα) Y V
Y
Vφ
2 en U de aacutengulo β (Ruβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X U
X
Uφ
Z θ
WW Z
WZ
VWrsquo ψ
Rαβγ=RzαRuβRwγY
θ
V
V
Y
Vψ
θ
XUrdquoU X
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV15
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 2
g
Aacutengulos de Euler Tipo 2(ZYZ) Z W Z W
φ
Rotaciones1 en Z de aacutengulo α (Rzα)
Y V
XY
V
φ
2 en V de aacutengulo β (Rvβ)3 en W de aacutengulo γ (Rwγ)
X UU
φ
Z
Wθ
W Z
W
Rαβγ=RzαRvβRwγY
V
θ
Y
V
Vψ
ψ
XY
UU
θ
XY
UψU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV16
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Aacutengulos de Euler Tipo 3
g
Aacutengulos de Euler Tipo 3(Roll-Yaw-Pitch)
φGiro
Z W ZW ψ
Rotaciones1 en X de aacutengulo α (Rxα)
θψDesviacioacuten
Elevacioacuten
Y VX
Y
V
ψ
ψ
2 en Y de aacutengulo β (Ryβ)3 en Z de aacutengulo γ (Rzγ)
Elevacioacuten
X U
X U
Z
W
W
θ
Z
W
φ
φ W
Rαβγ= Rzγ Ryβ RxαX
Y
V
W
θ
Vθ
XY
V
W φ
φ
V
X
Uθ
X
U φU
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV17
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2R=RzαRvβRwγ
⎤⎡ asn ⎤⎡ βαγαγβαγαγβα sincoscossinsincoscossinsincoscoscos=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
zzz
yyy
xxx
asnasnasn
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγβminusβαγβαminusγαγα+γβαβαγαminusγβαminusγαminusγβα
cossinsincossinsinsinsincossincoscossincoscoscossinsincoscossinsincoscossinsincoscoscos
Solucioacutencosβ = a tgγ = s ( n ) tgα = a acosβ = az tgγ = sz(-nz) tgα = ayax
PeroLa funcioacuten arcocoseno no es recomendableSi |az|asymp1 entonces nzasymp0 szasymp0 axasymp0 ayasymp0
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV18
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2Si azasymp+1 cosβasymp+1 (βasymp0ordm)nx=cosαcosγ-sinαsinγ sx=-cosαsinγ-sinαcosγnx cosαcosγ sinαsinγ sx cosαsinγ sinαcosγny=sinαcosγ+cosαsinγ sy=cosαcosγ-sinαsinγnx=sy y ny=-sx
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ minus 0nn yxy y
nx=cos(-α)cosγ+sin(-α)sinγ=cos(γ+α)ny=-sin(-α)cosγ+cos(-α)sinγ=sin(γ+α)tg(γ+α)=n n por lo que existen infinitas soluciones
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝
=1000nnR xy
tg(γ+α)=nynx por lo que existen infinitas solucionesα=0 β=0ordm y obtener γ mediante tg(γ)= nynxSi azasymp-1 cosβasymp-1 (βasymp180ordm)z β (β )α=0 β=180ordm y obtener γ mediante tg(γ)=ny(-nx)
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV19
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 2
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 2alfa=beta=gama=0if |az|gt1+ε return ERROR matriz incorrectaelsif |az|lt1 εelsif |az|lt1-εbeta=invcos(az)180pialfa=atan2(ayax)180pigama=atan2(sz-nz)180pi
elseelseif |nz|+|sz|+|ax|+|ay|ltε
if azgt0if (|nx-sy|ltε) AND (|ny+sx|ltε)gama=atan2(nynx)180pi
l O i ielse return ERROR matriz incorrectaelse
if (|nx+sy|ltε) AND (|ny-sx|ltε)beta=180gama=atan2(ny -nx)180pigama=atan2(ny nx) 180pi
else return ERROR matriz incorrectaelse return ERROR matriz incorrecta
return OK
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV20
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 1
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 1R=RzαRuβRwγ
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βγβγββαminusγαminusγβαγβα+γα
βαγβαminusγαminusγβαminusγα
coscossinsinsinsincossinsincoscoscossincoscoscossin
sinsincoscossinsincossincossincoscos
cosβ = a tgγ = n s tgα = a a
⎥⎦⎢⎣ βγβγβ coscossinsinsin
cosβ = az tgγ = nzsz tgα = -axaySi azasymp+1 cosβasymp+1
α=0 β=0ordm tg(γ)= nynxα 0 β 0 g(γ) y xSi azasymp-1 cosβasymp-1
α=0 β=180ordm tg(γ)=(-ny )nx
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV21
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Resolucioacuten Inversa Tipo 3
g
Resolucioacuten Inversa Tipo 3R= Rzγ Ryβ Rxα
⎤⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
βββαγminusαβγαγ+αβγβγαγ+αβγαγminusαβγβγ
iisincoscossinsincoscossinsinsincossinsinsincossincoscossinsinsincoscoscos
sinβ = n tgγ = n n tgα = s a
⎥⎦⎢⎣ αβαββminus coscossincossin
sinβ = -nz tgγ = nynx tgα = szazSi nzasymp+1 sinβasymp-1
α=0ordm β=-90ordm tg(γ)=(-ay)(-ax)α 0 β 90 g(γ) ( ay)( ax)Si nzasymp-1 sinβasymp+1
α=0 β=90ordm tg(γ )=-ayax
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV22
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Aacutengulos de Euler
Cuaterniones
g
Cuaternionesbull cuatro nuacutemeros (q1 q2 q3 q4)bull q1=cos(θ2) q2=rxsin(θ2) q3=rysin(θ2) q4=rzsin(θ2)q1 cos(θ2) q2 rxsin(θ2) q3 rysin(θ2) q4 rzsin(θ2)
bull θ es el aacutengulo de giro del sistema de coordenadasmoacutevil alrededor del eje de giro
bull (rxryrz) es un vector unitario r director del eje alrededordel cual se efectuacutea la rotacioacutendel cual se efectuacutea la rotacioacuten
bull Utilizado por ABBU ado pobull Velocidad de caacutelculo y ahorro memoria pero poco
intuitivo
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV23
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
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Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
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W
U
V
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Vrsquo
UIII VIIIV
W
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Ursquo
Vrsquo
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V W
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Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Coordenadas Homogeacuteneas
g
Coordenadas HomogeacuteneasppRp uvwxyz +sdot=
)( ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛sdot⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛1
p1)000(pR
1p uvwxyz
11p)000(1 uvw sdot+sdot= ⎟⎠
⎜⎝
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝ 11)000(1
uvw4x4xyz PTP sdot=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=p
P uvw4x4xyz
⎤⎡⎤⎡ posicioacuten|rotacioacutenp|R 1333
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=1
P
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
=⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
= |
posicioacuten|rotacioacuten
|
p|R
T1x33x3
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣⎥
⎥⎦⎢
⎢⎣ escalado|aperspectiv1x1|f 3x1
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV24
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformacioacuten Inversa
g
Transformacioacuten Inversa
⎤⎡ T
⎥⎤
⎢⎡ minus=⎥
⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
minusminus
=minus pRRpsRpn
TTT
3x3TT
3x3
T
1
⎥⎥⎦⎢
⎢⎣
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
minus 101000
paT TT
⎦⎣
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV25
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones
g
Transformacionesbull Una matriz de transformacioacuten homogeacutenea representa
la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)la localizacioacuten (posicioacuten y orientacioacuten)de un sistema de coordenadas moacutevilrespecto a uno fijo
bull La relacioacuten o transformacioacuten entre dos sistemas de coordenadassistemas de coordenadas
bull El vector p es el origen del sistema moacutevil la matriz R ec o p es e o ge de s s e a oacute a aes la orientacioacuten del sistema moacutevil
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV26
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
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Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
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Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Baacutesicas
⎥⎥⎥⎤
⎢⎢⎢⎡
αminusα== αα
0sencos00001
RR ux ⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
0010a001
DD⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣
αααα
10000cossen0
RR ux
⎤⎡ φφ 0sen0cos
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
10000100
DD auax
⎤⎡ 0001
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
φφminus
φφ
== φφ
10000cos0sen00100sen0cos
RR vy
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
==
10000100b0100001
DD bvby
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
θθθminusθ
00cossen00sencos
⎦⎣ 1000
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
00100001
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
θθ== θθ
1000010000cossen
RR wz
⎥⎥⎥
⎦⎢⎢⎢
⎣
==
1000c1000010
DD cwcz
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV27
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas Compuestas
g
Matrices de Transformacioacuten Homogeacuteneas CompuestasComposicioacuten de TransformacionesProducto de Matrices no ConmutativoProducto de Matrices no Conmutativo
Sistemas de coordenadas coincidentesT = I4
Por cada transformacioacuten realizadaSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZSi transformacioacuten respecto a eje de OXYZ
se pre-multiplica T = Tbaacutesica-xyz sdot TSi transformacioacuten respecto a eje de OUVWS a s o ac oacute espec o a eje de OU
se post-multiplica T = T sdot Tbaacutesica-uvw
Pxyz = T sdot Puvw
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV28
xyz uvw
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV36
Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Matrices de Transformacioacuten Homogeacutenea
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
g
Transformaciones respecto a ejes fijos y moacuteviles
WrsquoWI
Wrsquo
WIII
WII
UII
VII
Uacute
Vrsquo
W
U
V
W
U
V
UI
VI
Ursquo
Vrsquo
UIII VIIIV
W
U
V
Wrsquo
Ursquo
Vrsquo
W
V W
V UU
U
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV29
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Objetos
y p
Modelado de ObjetosLocalizacioacuten de Primitivas
LjTPiTPi
YPi
XPi
ZPi
XL3
ZL3
YL3
XPj
ZPj
YPj
L3TPi
L3TPj
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV30
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV31
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de RobotsLocalizacioacuten de Elementos
RTLiTLi
RTL3RTL4
L5RT
RTL1
RTL0
RTL2
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Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Utilidad y Aplicaciones
Modelado de Robots
y p
Modelado de Robots
Sistema de la HerramientaSistema de la Herramienta
Si la herramienta se acopladirectamente a la bridaFlangeTtool = FlangeTFTi FTiTtool
Si las herramientas seacoplan a la bridaacop a a a b damediante un adaptadorFlangeTtooli = FlangeTA ATATi ATiTFTi FTiTtooli
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV32
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
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Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
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Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV38
Utilidad y Aplicacionesy p
Resolucioacuten de los problemas debull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica directa del puntobull Cinemaacutetica inversa del puntobull Cinemaacutetica directa de velocidadCinemaacutetica directa de velocidadbull Cinemaacutetica inversa de velocidad
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV33
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV34
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV35
Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Utilidad y Aplicaciones
Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
Relaciones espaciales en roboacutetica Martin Mellado DISA - UPV37
Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
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Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten OriginTtool describe doacutende estaacute la herramientaLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotLa transformacioacuten que lleva del SCorigen del robotal sistema de coordenadas que localiza su herramienta
Instruccioacuten de movimiento del robotMoveRobot(OriginT)
Cambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreCambiar configuracioacuten del robot para que la relacioacuten entreSCorigen de programacioacuten del robot y SCherramientasea igual a la transformacioacuten especificadasea gua a a a s o ac oacute espec cada
Fuerza al robot a cumplir OriginTtool=OriginT
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Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
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Utilidad y Aplicaciones
Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Relacioacuten entre Robot y Entorno
y p
Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
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Tema 2Relaciones espaciales en roboacutetica
CONCLUSIONES
bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
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Movimiento del Robot
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Movimiento del RobotTransformacioacuten Absoluta Respecto a SCoriginTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool toolTTransformacioacuten Relativa Respecto a SCtool TMoveRobot(OriginTtool toolT)
toolT
OriginT
T
Ttool
OriginT
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Movimiento del Robot
y p
Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
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Relacioacuten entre Robot y Entorno
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Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
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OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
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bull Se ha visto el uso de las matrices de rotacioacuten para representar orientacionesS h li d l aacute l d E lbull Se han explicado los aacutengulos de Euler como meacutetodos de representar orientaciones
bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
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Movimiento del Robot
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Movimiento del RobotInstruccioacuten de Aproximacioacuten (-Ztool)APPROX(OriginT distance) = MoveRobot(OriginT DW distance)APPROX( T distance) MoveRobot( T DW-distance)Instruccioacuten de Retirada (-Ztool)DEPART(distance) = MoveRobot(OriginTtool DW-distance)
DistanceDistance
DistanceOrigin
Ttool
Origin
T
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Relacioacuten entre Robot y Entorno
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Relacioacuten entre Robot y EntornoOriginTPickPart1=OriginTRobotRobotTWorldWorldTTableTableTSupportSupportTPart1Part1TPickPart1
SCtool
SCSupport
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SCPart1
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OriginTtool
SCOrigin
SC
TableTSupport
RobotTSCWorld
SCTable
SCRobot
WorldTTable
TOrigin
WorldTRobot
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bull Se han estudiado las matrices deSe han estudiado las matrices de transformacioacuten homogeacutenea para representar localizaciones
bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
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SCtool
SCSupport
SCPickPart1
SCPart1
SupportTPart1
Part1TPickPart1
OriginTtool
SCOrigin
SC
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SCTable
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bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
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bull Se han introducido ejemplos de utilidad y aplicaciones
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