tecnolÓgico de estudios superiores de ecatepec - tese - sistema de … · 2016-08-08 · de...

22
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELEMÁTICA PRÁCTICAS DE LABORATORIO ASIGNATURA: ROBÓTICA I REALIZÓ: GERARDO PAZOS RODRÍGUEZ

Upload: vanngoc

Post on 06-Sep-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC

DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELEMÁTICA

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

ASIGNATURA:

ROBÓTICA I

REALIZÓ:

GERARDO PAZOS RODRÍGUEZ

Page 2: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

PRESENTACIÓN

El presente manual de prácticas fue realizado, para la asignatura de

Robótica 1, intenta proporcionar a los docentes y estudiantes un material

de apoyo que facilite el proceso enseñanza-aprendizaje, a través del

trabajo en el laboratorio, reforzando de esta manera, la teoría mostrada en

el salón de clases, de tal forma que el estudiante obtenga el conocimiento y

las habilidades necesarias para utilizar software para el diseño, control y

simulación de robots.

Las prácticas de este manual, son presentadas para que el estudiante logre

un aprendizaje significativo, debido a que están diseñadas de forma que el

docente actúe como guía y el estudiante participe activamente, haciendo

experimentos y al mismo tiempo aprendiendo por descubrimiento.

Dicho lo anterior, se justifica el brindar a los estudiantes un manual que los

encamine a la aplicación de los conceptos teóricos, permitiendo profundizar

más en los casos prácticos.

Page 3: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

Contenido

PROTOCOLO DE PRÁCTICA DE ROBÓTICA I ................................................. 1

LOCALIZACIÓN ESPACIAL GEOMETRICA Y CINEMÁTICA DEL ROBOT.……2

1. OBJETIVOS ............................................................................................... 2

2. INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA .................................................... 2

3. LOCALIZACIÓN ESPACIAL ....................................................................... 4

4. MODELO GEOMÉTRICO-CÍNEMATICO DE UN ROBOT ......................... 6

4.1ROBOT PUMA 560 ................................................................................... 6

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………….9

PROTOCOLO DE PRÁCTICA DE ROBÓTICA II…………………………………..10

MODELADO CINEMÁTICO DE UN ROBOT……………………………………….11

1.OBJETIVOS………………………………………………………………………….11

PREPARACIÓN DE LA PRÁCTICA………………………………………………...11

2.INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA ........................................................ 12

3.MODELO GEOMÉTRICO-CINEMÁTICO DE UN ROBOT .............................. 12

3.1ROBOT PUMA 560 ................................................................................... 12

3.2ROBOT COMERCIAL ("mirobot ") ............................................................. 13

3.2.1MODELADO CINEMÁTICO; SOLUCIÓN GENÉRICA ........................... 14

3.2.2MODELADO CINEMÁTICO; SOLUCIÓN ANALITICA ........................... 15

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………..18

PROYECTO…………………………………………………………………………...19

Page 4: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

1

PROTOCOLO DE PRÁCTICA DE ROBÓTICA I 1.-DATOS GENERALES

1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: Tecnológico De Estudios Superiores De Ecatepec

3.- Asignatura: Robótica I 4.- Clave:ACB-0802

5.- Profesor titular:__________________________

6.- Laboratorista:____________________________

7.- Grupo:_________ 8.- Horario del laboratorio: _______________hrs

9.- Práctica No._1_ 10.- Unidad: _3_ 11.- Temática: Modelado de robots.

12.- Nombre de la práctica: Localización espacial geométrica y cinemática del robot.

13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_2_

2.- EQUIPO # ___________ INTEGRANTES

1.-

2.-

3.-

Coordinador:

Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)

3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Representar la localización de objetos en el espacio, así como la obtención el modelo cinemático de un robot,

generación de trayectorias y diseño del control.

4.- MARCO TEÓRICO

El estudiante investigará la teoría de la localización de objetos en el espacio, así como la del modelo

cinemático de un robot, generación de trayectorias y diseño del control.

5.- OBJETIVO

Adquirir el conocimiento en el manejo de herramientas matemáticas que permitan resolver de forma sencilla

problemas relacionados con la localización de objetos en el espacio, así como problemas de cinemática

(directo-inverso) de cualquier robot manipulador.

6.- ACTIVIDAD Utilizar el Robotics Toolbox para crear y manipular tipos de datos y funciones específicas de los robots

manipuladores (tales como matrices de transformación homogénea, matrices de Denavit-Hartenberg,

trayectorias, etc). Además, realizar simulaciones y analizar los resultados de los comportamientos cinemáticas

de robots reales.

7.- PLAN DE TRABAJO

Con la información presentada el estudiante elaborará un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en

el tiempo previsto la práctica.

8.- DESARROLLO

A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará un reporte de resultados.

9.- MATERIAL Y EQUIPO

Equipo de cómputo con Matlab y Toolbox de robótica.

10.- CONCLUSIONES

El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos.

11.- BIBLIOGRAFIA La consultada por los estudiantes.

Page 5: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

2

PRÁCTICA 1:

LOCALIZACIÓN ESPACIAL GEOMETRICA Y CINEMÁTICA DEL ROBOT

1. OBJETIVOS

El objetivo principal de esta práctica es el conocimiento y manejo de

herramientas matemáticas que permitan resolver de forma sencilla problemas

relacionados con la localización de objetos en el espacio, así como problemas de

cinemática (directo-inverso) de cualquier robot manipulador.

Para facilitar la tarea de representar la localización de objetos en el espacio,

así como la de obtener el modelo cinemático y dinámico de un robot, generación

de trayectorias y diseño del control, entre otras, se va a utilizar el entorno Matlab y

más concretamente el Toolbox Robotics que permitan al usuario crear y manipular

tipos de datos y funciones específicas de los robots manipuladores (tales como

matrices de transformación homogénea, matrices de Denavit-Hartenberg,

trayectorias, etc). Además, el Toolbox Robotics permite realizar simulaciones y

analizar los resultados de los comportamientos cinemáticas y dinámicos de robots

reales.

Concretamente, en esta práctica se presenta el modelo cinemático directo e

inverso del robot industrial Puma 560. Otro de los objetivos de esta práctica será el

de comparar la resolución numérica y analítica del modelo cinemático inverso de

dicho robot.

2. INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA

La Toolbox _Robotics contiene un demo o tutorial que permite realizar una

visita guiada acerca de las funciones desarrolladas para resolver los problemas

relacionados con los robots manipuladores (modelado cinemático, dinámico, etc.).

Además se ha desarrollado una aplicación gráfica específica para ver los

diferentes aspectos robóticos mencionados resueltos para tres configuraciones de

Page 6: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

3

robots concretas: Puma, Stanford y Scara.

Para comenzar el tutorial, se debe arrancar Matlab y ejecutar el comando:

» rtdemo

Automáticamente se despliega el siguiente menú:

En esta primera práctica se aconseja

recorrer las opciones del demo señaladas,

familiarizándose con las funciones disponibles y

su utilización.

No olvidar que utilizando el comando help:

>> help función_matlab

Se podrá obtener toda la información

acerca de esa función (sintaxis, variables,

comandos relacionados con ella, etc).

A continuación se abrirá una ventana de demostración correspondiente al

robot seleccionado. Esta ventana es genérica para todos los robots y posibilita una

serie de funciones al estudiante, como el hallar la cinemática directa, la inversa,

generar trayectorias, calcular jacobianos, entre otros. Notar que sólo puede abrirse

una Demo_Window cada vez. Si se intenta abrir varios robots a la vez, se

producirá un error.

Figura 1 Ventana rtdemo.

Page 7: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

4

La ventana mostrada en la Figura 1, está dividida en dos paneles:

1.- Información del robot: donde se muestra información acerca del número de

elementos, grados de libertad y rango de movimiento de las articulaciones del

robot, además en ella se puede visualizar su espacio de trabajo y la matriz de

Denavit Hartenberg (DH) asociada al robot. En esta primera versión la matriz DH

se establece de forma numérica para unos parámetros del robot dados. Los

parámetros del robot son fijos y en principio no se pueden modificar.

2.- Panel de Control: Ofrece una serie de botones que permiten al estudiante

realizar toda una serie de experimentos simulados con el robot.

A lo largo de las sucesivas prácticas, se irán conociendo y utilizando los diferentes

botones.

3. LOCALIZACIÓN ESPACIAL

Responde y justifica la respuesta a las siguientes cuestiones:

a.- Obtener las matrices homogéneas que transforman un sistema de referencia

de acuerdo a los siguientes movimientos básicos (expresados todos en el sistema

de referencia original):

Rotación de 45° sobre el eje Y, seguida de una traslación de 10 unidades

sobre el eje X.

Traslación de 10 unidades sobre el eje X, seguida de una rotación de 45°

sobre el eje Y. Comparar ambas transformaciones. Interpretar las

diferencias considerando tanto la parte de traslación como la de rotación.

Page 8: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

5

b.- Obtener las matrices homogéneas que representen las siguientes

transformaciones:

Rotación de 90° sobre el eje Y, seguida de una traslación de 10 unidades

sobre el eje X del sistema de referencia original.

Traslación de 10 unidades sobre el eje X, seguida de una rotación de 90°

sobre el nuevo eje Y. ¿Qué ocurre?

c.- Se ha preparado una estación de trabajo con un robot y una cámara que

observa la base del robot y un objeto que tiene que ser manipulado. Se han

establecido sistemas de coordenadas asociados a la base del robot, al objeto y a

la cámara. El objeto visto desde la cámara se puede representar con la

transformación TCO y la base del robot vista desde la cámara con la

transformación.

¿Cuál es la localización del objeto respecto a la base del robot? (para

ayudar, dibujar el grafo correspondiente).

Una vez colocado el equipo alguien ha rotado la cámara 180° respecto al

eje X de su sistema de referencia. Y después ha trasladado la cámara

según sus nuevos ejes de referencia una distancia de 11 unidades en

dirección X y de -10 unidades en dirección Y. ¿Cuál es la localización de la

cámara respecto a la base del robot?

Posteriormente el objeto se ha rotado 90° sobre su eje Z y se ha trasladado

10 unidades sobre el eje X de su nuevo sistema de referencia. ¿Cuál es

ahora la localización del objeto respecto a la cámara?

Page 9: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

6

4. MODELO GEOMÉTRICO-CÍNEMATICO DE UN ROBOT

4.1 ROBOT PUMA 560

En este Toolbox se encuentra implementada la cinemática y dinámica del robot

Puma 560 que se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Sistemas de referencia asociados al PUMA 560 (posición cero: Өi =0)

a.- Cargar el robot Puma 560. Para ello, ejecutar el comando

>> puma560

Figura 3 Ejecución del comando puma560 en Matlab

Page 10: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

7

En la ventana Workspace se puede observar que se han creado varias variables,

siendo una de ellas de tipo robot. Esta variable, p560, representa la matriz de

Denavit-Hartenberg (datos relativos a la cinemática del robot) correspondiente al

PUMA 560 y tres vectores correspondientes a diferentes configuraciones

articulares.

Utiliza la ayuda disponible de este Toolbox, y averigua con más detalle el

significado de dichas variables.

>> help puma560

>> help robot

>> help ... (otras funciones que te resulten de interés)

Visualiza estas tres posiciones características del PUMA. Para ello, utilizar

la función plot.

>> help robot/plot

b.- Tras familiarizarte con las características de este robot, se trata de resolver su

problema cinemático directo.

Obtener la matriz T resultante para la siguiente configuración articular:

q1=[0, 0, -pi/4, pi/4, pi/10, 0]

>> help fkine

Visualiza el robot puma en dicha configuración.

Obtener de la matriz T resultante, la posición y orientación a la que se

corresponde, i.e. (x, y, z, α, β, ү)

Page 11: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

8

c.- A continuación, obtener (si es que existe solución) las distintas configuraciones

articulares del Puma que llegan a la misma localización cartesiana. Como habrás

visto en la demo, se dispone de dos funciones:

La primera de ellas (ikine) es numérica y general para cualquier robot.

>> help ikine

La segunda (ikine560) resulta más eficiente ya que utiliza una solución analítica

específica del PUMA 560 y resuelve el problema cinemático inverso de éste por

métodos analíticos. Esta última función, con los argumentos opcionales de

configuración, permite seleccionar las diferentes soluciones (8 en total).

>> help ikine560

Aplicar a la localización cartesiana resultante en el apartado b) anterior (T1),

el modelo cinemático inverso. Utilizar para este caso la función ikine560,

con diferentes argumentos de configuración.

Describir las distintas soluciones (hombro, codo, flip) analizando las

coordenadas articulares de cada una y visualizándolas con plot. ¿Cuántas y

cuáles son? ¿Coincide alguna con la localización articular de partida?

Comprobar si las distintas soluciones articulares llevan a la misma

localización cartesiana.

d.- Comparar el coste computacional de los modelos inversos analítico y

numérico, midiendo tiempos de ejecución en dos o tres localizaciones. Para medir

tiempos se utilizan las funciones tic/toc. Se aconseja escribir dichas sentencias en

una única línea de comandos para evitar medidas erróneas de tiempo. Por

ejemplo,

>> tic; q = ikine(p560, T); toc

elapsed_time = 0.7700 (milisegundos)

Page 12: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

9

En tu opinión, ¿el tiempo que has obtenido te parece lento o adecuado para

aplicar posteriormente un control en tiempo real?

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Manual de la Toolbox DISA_Robotics.

Page 13: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

10

PROTOCOLO DE PRÁCTICA DE ROBÓTICA II 1.-DATOS GENERALES

1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE

ECATEPEC

3.- Asignatura: Robótica I 4.- Clave:ACB-0802

5.- Profesor titular:__________________________

6.- Laboratorista:____________________________

7.- Grupo:_________ 8.- Horario del laboratorio: _______________hrs

9.- Práctica No._2_ 10.- Unidad: _3_ 11.- Temática: Modelado de robots.

12.- Nombre de la práctica: Modelado cinemático de un robot

13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_3_

2.- EQUIPO # ___________ INTEGRANTES

1.-

2.-

3.-

Coordinador:

Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)

3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Modelar cinemáticamente un robot industrial.

4.- MARCO TEÓRICO

El estudiante investigará la teoría del modelo cinemático de un robot.

5.- OBJETIVO

Encontrar el modelo cinemático y diferencial de un robot industrial real.

6.- ACTIVIDAD El estudiante, partiendo de catálogos actuales de robots comerciales, deberá de ser capaz de modelar

cinemáticamente un robot industrial real seleccionado por él.

7.- PLAN DE TRABAJO

Con la información presentada el estudiante elaborará un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en

el tiempo previsto la práctica.

8.- DESARROLLO

A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará la práctica y presentará un reporte de resultados.

9.- MATERIAL Y EQUIPO

Equipo de cómputo con Matlab y Toolbox de robótica.

10.- CONCLUSIONES

El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos.

11.- BIBLIOGRAFIA La consultada por los estudiantes.

Page 14: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

11

PRÁCTICA 2:

MODELADO CINEMÁTICO DE UN ROBOT

1. OBJETIVOS

El objetivo principal de esta práctica es el modelado cinemático y diferencial de

un robot industrial real. En la práctica anterior, el estudiante se familiarizó con el

robot Puma 560, que se encuentra implementado en el Toolbox Robotics. En este

caso, el estudiante, partiendo de catálogos actuales de robots comerciales, deberá

de ser capaz de modelar cinemáticamente un robot industrial real seleccionado

por él. De esta forma, el estudiante se familiariza con los catálogos comerciales de

robots actuales, cumpliendo otro de los objetivos de esta práctica.

PREPARACIÓN DE LA PRÁCTICA

A continuación, se facilitan algunas páginas web u otros catálogos similares que el

estudiante podrá utilizar para seleccionar su robot:

http://www.abb.es/prod uct/us/9AAC910011 .aspx

http://www.staubli.com/web/robot/division.nsf

http://www.kuka.com/

http://www.motoman.se/

http://www.fanuc.co.ip/en/product/robot/index.html

http://www.mitsubishi-automation.de/products.html

http://www.robotsdotcom.com/

Page 15: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

12

Una vez seleccionado el robot, preparar una asignación de sistemas de

referencia de acuerdo a las reglas de Denavit-Hartenberg (conviene tener un

esquema del robot con las referencias superpuestas) y obtener sus parámetros

característicos (Өi, di, αi, ai).

2. INTRODUCCIÓN A LA HERRAMIENTA

Como en esta práctica se va a trabajar tanto con el modelo cinemático (directo

e inverso) como con el diferencial, se aconseja visualizar del tutorial de Robotics

Toolbox las siguientes opciones:

>> rtdemo

Además se ha desarrollado una aplicación gráfica “Ejemplos robot”

específica para ver los diferentes aspectos robóticos resueltos para tres

configuraciones de robots concretas: Puma, Stanford y Scara. Para el uso de esta

aplicación, se deberá seleccionar en primer lugar uno de los tres robots

especificados en la ventana desplegable (por defecto, Puma 560), y pulsar Abrir

Robot. A continuación se abrirá una ventana de demostración correspondiente al

robot seleccionado.

3. MODELO GEOMÉTRICO-CINEMÁTICO DE UN ROBOT

3.1 ROBOT PUMA 560

En la práctica anterior se vio el problema cinemático directo ikine (p560,...) y el

inverso (ikine (p560,..)) del robot PUMA 560. Además, se empleó una función en la

que está implementada la resolución del problema cinemático inverso de forma

Cinemática Directa

Cinemática Inversa

Page 16: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

13

analítica para dicho robot (ikine560), pudiéndose observar las múltiples soluciones

del problema (diferentes configuraciones: hombro, codo, flip).

3.2 ROBOT COMERCIAL ("mirobot ")

a.- Una vez seleccionado el robot comercial, construir un fichero 'data_mirobot.m'

en el que se incluyan, a modo informativo, los datos geométricos del robot (n° de

articulaciones, tipos de articulaciones, rangos de movimiento, longitudes de los

elementos, fabricante, etc.). Este fichero será únicamente de datos, de manera

que el usuario pueda tener la información básica del robot correspondiente en

cualquier momento. También se pueden adjuntar fotos y planos.

A continuación se va a comparar, al igual que en el Puma560, la diferencia

computacional existente entre las funciones en las que se encuentran

implementadas las soluciones analíticas de un robot concreto, y las funciones que

implementan soluciones genéricas.

SOLUCIÓN GENÉRICA: fkine (p560,q) ikine (p560,T) SOLUCIÓN ANALÍTICA: ikine560 (p560, T,’configuración’)

Page 17: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

14

3.2.1 MODELADO CINEMÁTICO; SOLUCIÓN GENÉRICA

Esta solución se basa en generar un objeto robot y resolver el problema

cinemático directo e inverso utilizando las funciones genéricas fkine e ikine.

b.- Crear el objeto ’mirobot.m’ de forma que contenga la matriz que describe

la cinemática del robot seleccionado, (inicialmente serán 5 columnas,

correspondientes a los parámetros de D-H, y posteriormente, se ampliará en

futuras sesiones con los parámetros referentes a la dinámica del robot, hasta 20

columnas).

q=[0,0,0,0];

L{1} = link ([0 0 q(1) 0.4 0]);

L{2} = link ([-pi/2 -0.1 0 q(2) 1]);

L{3} = link ([0 0 0 q(3) 1]);

L{4} = link ([0 0 q(4) 0.2 0]);

mirobot = robot(L)

SOLUCIÓN GENÉRICA: fkine mirobot,q)

fkine mirobot,T)

SOLUCIÓN ANALÍTICA: directkine (mirobot,q)

inversekine (mirobot,T)

Figura 4 Mirobot

Page 18: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

15

b1.- Utilizando los comandos genéricos fkine e ikine de la Toolbox de Robotics,

transformar diferentes localizaciones articulares en coordenadas cartesianas del

extremo del robot, en uno y otro sentido.

¿Se obtienen las mismas localizaciones o configuraciones de partida?

Razonar la respuesta.

Nota: Puedes partir tanto de una localización cartesiana, como de una articular.

b2.- Visualizar alguna de las localizaciones elegidas con la función plot y

drivebot.

3.2.2 MODELADO CINEMÁTICO; SOLUCIÓN ANALITICA

Una vez asignados los parámetros del robot siguiendo las normas de Denavit-

Hartenberg, y obtenidos sus parámetros característicos (Өi, di, αi, ai), crear una

función que resuelva el problema cinemático directo del robot.

C.- Implementar una función 'mi_fkine' o directkine’ que devuelva la matriz de

transformación del sistema de coordenadas del extremo respecto de la base en

función del vector q de coordenadas articulares. En realidad se trata de

implementar la solución tratada en clase (con todos los pasos).

La solución final de dicha función debe ser:

posición_extremo (x,y,z) y orientación_extremo (a,(3,y)).

A continuación se muestran dos ejemplos de funciones que resuelven la

cinemática directa de un robot de 4 GDL (RPPR) y de 6 GDL (RRRRRR).

Page 19: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

16

% DIRECTKINE4

% Resuelve el problema cinemático directo para un robot de 4 GDL (RPPR).

% A04=DIRECTKINE4(Q) devuelve la matriz de transformación del 1er sistema de

coordenadas al último en función del vector Q de variables articulares.

function A04 = directkine4(q)

% Dimensiones del robot

l1=0.4; l2= -0.1; l3=0.2;

% Parámetros Denavit-Hartenberg del robot

theta = [q(1) 0 0 q(4)];

d = [l001 q(2) q(3) l3];

a = [0 l2 0 0];

alfa - [0 -pi/2 0 0 ];

% Matrices de transformación homogénea entre sistemas de coordenadas

consecutivos.

A01 = denavit(theta(1), d(1), a(1), alfa(1));

A12 = denavit(theta(2), d(2), a(2), alfa(2));

A23 = denavit(theta(3), d(3), a(3), alfa(3));

A34 = denavit(theta(4), d(4), a(4), alfa(4));

% Matriz de transformación del primer al último sistema de coordenadas

A04 = A01 * A12 * A23 * A34;

% DIRECTK1NE6

% Resuelve el problema cinemático directo para un robot de 6 GDL (RRRRRR)

% A06 = DIRECTKINE6 (Q) devuelve la matriz de transformación del

Page 20: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

17

% primer sistema de coordenadas al último en función del vector Q

% de variables articulares,

function A06 = directkine6(q)

% Parámetros Denavit-Hartenberg del robot

theta = q;

d = [0.315 0 0 0.5 0 0.08]; a = [0 0.45 00 0 0];

alfa = [-pi/2 0 pi/2 -pi/2 pi/2 0];

% Matrices de transformación homogénea entre sistemas de coordenadas

consecutivos

A01 = denavit(theta(1), d(1), a(1), alfa(1));

A12 = denavit(theta(2), d(2), a(2), alfa(2));

A23 = denavit(theta(3), d(3), a(3), alfa(3));

A34 = denavit(theta(4), d(4), a(4), alfa(4));

A45 = denavit(theta(5), d(5), a(5), alfa(5));

A56 = denavit(theta(6), d(6), a(6), alfa(6));

% Matriz de transformación del primer al último sistema de coordenadas

A06 = A01 * A12 * A23 * A34 * A45 * A56:

NOTA: La función Denavit devuelve la matriz de transformación homogénea 4x4 a

partir de los parámetros de Denavit-Hartenberg (d, alpha, a, theta).

C1.- Para el problema de la cinemática inversa, implementar una función

‘mi_ikine’ ó ‘Inversekine” que devuelva el vector q de coordenadas articulares en

función de la matriz de transferencia del sistema de coordenadas del extremo

respecto de la base.

Para ello dispones de dos funciones ya implementadas que resuelven el

problema cinemático inverso de forma analítica para los dos ejemplos

Page 21: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

18

anteriores.

C2.- Para verificar que las funciones implementadas son correctas, transformar

diferentes localizaciones articulares y cartesianas en uno y otro sentido.

C3.- Comparar los costes computacionales obtenidos con la solución genérica y

los obtenidos con la solución analítica de ‘mirobot’.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Toolbox de Robotics, http://www.cat.csiro.au/cmst/staff/pic/robot/

Ollero, ‘Robótica, Manipuladores y Robots Móviles’, Ed. Marcombo, 2001.

Page 22: TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC - TESE - Sistema de … · 2016-08-08 · de trayectorias y diseño del control, entre otras, ... generar trayectorias, calcular jacobianos,

19

PROYECTO. PROTOCOLO DE PRÁCTICA DE ROBÓTICA II

1.-DATOS GENERALES

1.- Ciclo Escolar:_________ 2.- Institución: Tecnológico De Estudios Superiores De Ecatepec

3.- Asignatura: Robótica I 4.- Clave:ACB-0802

5.- Profesor titular:__________________________

6.- Laboratorista:____________________________

7.- Grupo:_________ 8.- Horario del laboratorio: _______________hrs

9.- Práctica No._1_ 10.- Unidad: _6_ 11.- Temática: Control de robots.

12.- Nombre de la práctica: Proyecto

13.- Número de sesiones que se utilizaran para esta práctica:_7_

2.- EQUIPO # ___________ INTEGRANTES

1.-

2.-

3.-

Coordinador:

Apellido Paterno Apellido Materno Nombre(s)

3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Controlar a través de simulación un robot de máximo 3 grados de libertad.

4.- MARCO TEÓRICO El estudiante investigará la teoría del modelado, diseño y control de robots.

5.- OBJETIVO Diseñar, modelar y simular un robot de máximo 3 grados de libertad.

6.- ACTIVIDAD Controlar un robot mediante el uso de software.

7.- PLAN DE TRABAJO Con la información presentada el estudiante elaborará un plan de trabajo para concluir satisfactoriamente en tiempo previsto el proyecto.

8.- DESARROLLO A partir del plan de trabajo el estudiante desarrollará el proyecto y presentará un reporte de resultados.

9.- MATERIAL Y EQUIPO Equipo de cómputo con Mechanical desktop, Visual Nastran, Matlab y Toolbox de robótica.

10.- CONCLUSIONES El estudiante concluirá de acuerdo a resultados obtenidos.

11.- BIBLIOGRAFÍA La consultada por los estudiantes.