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ROBÓTICAManipuladores                Andrés Rosales
Robótica        CONTENIDO• Introducción     • Definiciones     • Tareas     • Estadísticas• Robots Manipuladores    • Defi...
RobóticaINTRODUCCIÓN
IntroducciónMecánica                 Electrónica              RobóticaInformática                 Control
Introducción           Robots ManipuladoresRobótica               Robots Móviles
Introducción                   Definiciones                             Robótica:Es la conexión inteligente entre percepci...
Introducción                      Definiciones                              Manipuladores:Robot Institute of America: Un r...
Introducción                      Definiciones                               Robot móvil:Cualquier robot que posee movilid...
Introducción                      TAREAS ROBOTICAS                      Robots de Servicios     Robots deRobots Industrial...
Introducción                                      Antecedentes                                       históricos           ...
Introducción                                              Manufactura,                                               Palet...
Introducción                                Estadísticas                                             Crecimiento del merca...
Introducción                                     Estadísticas                                                      Robots ...
Introducción                                      Estadísticas                                                  Para el 20...
DescriptoresDESCRIPCIONES ESPACIALES
Descriptores                         P   Con respecto a un origen fijo                             O, la posición de un pu...
DescriptoresEl mismo origen         OA = OB = O                                 {A}             ZA{B}               YB    ...
Descriptores                    Posición del punto P     Posición AP    con respecto al marco                    de refere...
Descriptores       r11     r12     r31                                                                            ZA      ...
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Descriptores                     Producto Cruz y Producto Punto                                                 |p x q| = ...
Descriptores                                           1 0 0 ←           XA                                               ...
Descriptores                          Descripción de un Marco con respecto                                    a una Refere...
Descriptores                Mapeo y Rotaciones                             Mapeo: cambiar las descripciones               ...
ManipuladoresROBOTS MANIPULADORES
Manipuladores               Un Robot Manipulador es un mecanismo articulado                         (cadena cinemática abi...
Manipuladores   Cinemática es la ciencia que trata elmovimiento sin considerar las fuerzas que lo                ocasionan...
ManipuladoresTipos de articulaciones                               Revolutas                                   y          ...
Manipuladores                          Parámetros de configuración                                                        ...
Manipuladores                             Coordenadas generalizadas                                Para un eslabón necesit...
Manipuladores    Parámetros de configuración del efector finalCoordenadas generalizadas: Conjunto de m parámetros que  esp...
Manipuladores                        Coordenadas de las articulaciones = Espacio de articulaciones                        ...
ManipuladoresConfiguraciones   SCARA: Selective Compliant Articulated Robot Arm     (Brazo Robótico Articulado Selectivo O...
Manipuladores  CINEMATICA DIRECTA: Proporciona la posición y orientación del extremo       operativo del robot en función ...
Manipuladores    CINEMATICA INVERSA: Permite obtener la configuración del robot para                   posturas en el espa...
Manipuladores MODELO DINAMICO: Describe la evolución del sistema mecánico sujeto a  restricciones holonómicas (se pueden e...
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Robotica EPN - Manipuladores

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Breve introducción a los manipuladores robóticos

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  • tipos de robots industriales
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Robotica EPN - Manipuladores

  1. 1. ROBÓTICAManipuladores Andrés Rosales
  2. 2. Robótica CONTENIDO• Introducción • Definiciones • Tareas • Estadísticas• Robots Manipuladores • Definiciones • Control• Robots Móviles • Definiciones • Control
  3. 3. RobóticaINTRODUCCIÓN
  4. 4. IntroducciónMecánica Electrónica RobóticaInformática Control
  5. 5. Introducción Robots ManipuladoresRobótica Robots Móviles
  6. 6. Introducción Definiciones Robótica:Es la conexión inteligente entre percepción y acción. (Brady, 1985).
  7. 7. Introducción Definiciones Manipuladores:Robot Institute of America: Un robot es un manipulador reprogramable multifuncional diseñado para mover materiales, piezas o dispositivos especializados a través de movimientos programados variables para la realización de una diversidad de tareas (Schlussel, 1985).Japón: Cualquier dispositivo que reemplaza el trabajo humano. (Sosoka, 1985).
  8. 8. Introducción Definiciones Robot móvil:Cualquier robot que posee movilidad con respecto al medioCualquier sistema el cual es: Móvil - todo el sistema se desplaza con respecto al ambiente. Autónomo - limitada interacción con el hombre. Inteligente - sensa y reacciona a su entorno.
  9. 9. Introducción TAREAS ROBOTICAS Robots de Servicios Robots deRobots Industriales Entretenimiento
  10. 10. Introducción Antecedentes históricos ’90 - Comienzan las investigaciones en robots humanoides y aéreos. ’80 - Comienzan las investigaciones en vehículos autoguiados y robots con patas. 1971 – Se desarrolló el robot Stanford. 1978 – Se desarrolló el robot PUMA.1961 – Se instaló el primer En las decadas de ’60 y ’70 serobot industrial en GM. realizan investigaciones en robot con sensores externos. 1954 – Devol diseña el primer robot programable. 1947 – Primer teleopreador con actuadores eléctricos.
  11. 11. Introducción Manufactura, Paletizado,Imitación de Aplicaciones Agricultura, etc Humanos y Prácticas Animales Aplicaciones Industriales Aplicaciones Espaciales Servicios Insectos Aplicaciones Médicas Humanoides
  12. 12. Introducción Estadísticas Crecimiento del mercado de robots personales yCrecimiento mundial del mercado de robots. de servicio.
  13. 13. Introducción Estadísticas Robots de servicio para uso profesional. Valor de las reservas al final del 2004 (celeste) y valores de instalación proyectados al 2005 – 2008 (morado).Robots de servicio para uso personal y doméstico.Valor de las reservas al final del 2004 (celeste) yvalores de instalación proyectados al 2005 – 2008(morado).
  14. 14. Introducción Estadísticas Para el 2011 habrá más de 1.2 millones de Robots industriales en todo el mundo, la gráfica izquierda está basada en un estudio del número de robots por país por cada 10.000 trabajadores, donde Japón ocupa el primer lugar con 295 robots de producción por cada 10.000 empleados, seguido de Singapur con 169, Corea 164 y Alemania 163.Los robots industriales tendrán su mayorproducción en el sector automotriz, mientrasque según su aplicación el mayor porcentaje losrobots que manejan materiales y procesos.
  15. 15. DescriptoresDESCRIPCIONES ESPACIALES
  16. 16. Descriptores P Con respecto a un origen fijo O, la posición de un punto P se describe por el vector OP p o simplemente p p = OPO Q q = OQ Marco cartesiano P z q E p P p O y Espacio Euclídeo Ox
  17. 17. DescriptoresEl mismo origen OA = OB = O {A} ZA{B} YB ZB OA OB YA XA XB
  18. 18. Descriptores Posición del punto P Posición AP con respecto al marco de referencia {A} ZB {B} Rotación y Traslación OB YB P {A} p ZA XB OA Orientación {AXB, AYB, AZB} O YAXA
  19. 19. Descriptores r11 r12 r31 ZA {B} rB R = ൥ 21A r22 r23 ൩ ZB YB r31 r32 r33 Matriz de OA {A} Rotación OB YA 1 XAA XB = A R BXB = A R ൥0൩ XB B B 0 0 YB = A R B YB = A R ൥1൩ BR = ൣ A XB YB ZB ൧A A A A B B 0 0A ZB = A R B ZB B = A R ൥0൩ B 1
  20. 20. Descriptores r11 r12 r31 ZA {B} rB R = ൥ 21A r22 r23 ൩ ZB YB r31 r32 r33 Matriz de OA {A} Rotación OB YA XA XB XB . XA YB . X A ZB . X ABRA = ൣ A XB A YB A ZB ൧ = ൥ X B . YA YB . YA ZB . YA ൩ X B . ZA YB . ZA ZB . ZA BR = A RT = A R−1 A B B Matriz Ortonormal
  21. 21. Descriptores Producto Cruz y Producto Punto |p x q| = |p| |q| sin(θ) R p.q = |p| |q| cos(θ) Q Q pxq q r q O θ θ pO -r P p P qxp |q| cos(θ) S
  22. 22. Descriptores 1 0 0 ← XA B T YB ZA B R = ൥0 0 −1൩ ← A YA B T 0 1 0 ← ZB ZA B T{B} {A} O YA ↑ ↑ ↑ XB XA A XB A YB A ZB
  23. 23. Descriptores Descripción de un Marco con respecto a una Referencia ሼBሽ = ൛AR B A PBORG ൟ ZB {B} OB YB AP {A} BORG ZA XB MarcoሼBሽ = A X B A YB A ZB A PBORG OA YAXA
  24. 24. Descriptores Mapeo y Rotaciones Mapeo: cambiar las descripciones de un marco a otro{B} P Si P está dado en {B}: BP A XB . B P A XB A P = ൮ A YB . B P൲ = ൮ A YB ൲ B P {A} A ZB . B P A ZB A P = A R BP B
  25. 25. ManipuladoresROBOTS MANIPULADORES
  26. 26. Manipuladores Un Robot Manipulador es un mecanismo articulado (cadena cinemática abierta) Conjunto de Eslabón o vínculo vínculos unidos por (link) articulacionesArticulación (joint) Efector final Base (fija)
  27. 27. Manipuladores Cinemática es la ciencia que trata elmovimiento sin considerar las fuerzas que lo ocasionan. z y z z x x y x y
  28. 28. ManipuladoresTipos de articulaciones Revolutas y Prismáticas
  29. 29. Manipuladores Parámetros de configuración Conjunto de parámetros deArticulación posición que describen la revoluta configuración del sistema (1 DOF) Articulación prismática Las coordenadas generalizadas (1 DOF) son un conjunto de parámetros de configuración independientes 1 eslabón fijo + n eslabones móviles Grados de libertad = número de z coordenadas generalizadas x El número de grados de libertad se refiere al número mínimo de números reales que necesitamos especificar para determinar completamente la y velocidad de un mecanismo o el número de reacciones de una estructura
  30. 30. Manipuladores Coordenadas generalizadas Para un eslabón necesito Para n eslabones 6 parámetros: 3 para la posición y necesito 6n 3 para la orientación parámetros1 articulación = 1 DOF 5 restricciones Para n articulaciones hay 5n restricciones DOF del sistema = 6n – 5n = n
  31. 31. Manipuladores Parámetros de configuración del efector finalCoordenadas generalizadas: Conjunto de m parámetros que especifican completamente la posición y orientación del efector final con respecto a {0} (marco de referencia fijo) z y {0} x z y 0n+1 x Punto de operación Coordenadas de operación: Conjunto de m0 parámetros de configuración independientes, donde m0 es el número de grados de libertad del efector final
  32. 32. Manipuladores Coordenadas de las articulaciones = Espacio de articulaciones α θ1 θ {x,y} Un robot se dice que es redundante si n > m0 θ2 θ3Grados de redundancia = n – m0 α y x Coordenadas operacionales = Espacio operacional
  33. 33. ManipuladoresConfiguraciones SCARA: Selective Compliant Articulated Robot Arm (Brazo Robótico Articulado Selectivo Obediente)
  34. 34. Manipuladores CINEMATICA DIRECTA: Proporciona la posición y orientación del extremo operativo del robot en función de las coordenadas articulares.  q1 Coordenadas   q x q(n) = M  Cinemática articulares Directa q   nCoordenadas p de la tarea x( m) =   = x(q) φ   Cinemática diferencial ∂x n&x= & & q = Jq m m n ∂q Si m < n Robot redundante
  35. 35. Manipuladores CINEMATICA INVERSA: Permite obtener la configuración del robot para posturas en el espacio de la tarea.x Cinemática q Generación de referencias en el Inversa espacio del robot. No siempre tiene solución única Se resuelve por optimización x = J +q & & integrar & q→q
  36. 36. Manipuladores MODELO DINAMICO: Describe la evolución del sistema mecánico sujeto a restricciones holonómicas (se pueden expresar mediante una ecuación algebraica). Sistema Multivariable && & &τ = M(q)q + C(q, q)q + g(q) Sistema No Lineal La relación geométrica entre las proporciones de las articulaciones y la velocidad del efector final pueden τ = Y(q, q, q )θ describirse en una matriz conocida & && como Jacobiano. ˆ θ→ Identificación

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