TY - BOOK AU - Pérez Cisneros, Marco A. ; TI - Fundamentos de robótica y mecatrónica con Matlab© y Simulink© SN - 978-607-622-169-3 U1 - '629.892 PY - 2015/// PB - Alfaomega KW - ACROBÁTICA KW - MECATRÓNICA KW - INGENIERÍA N1 - ÍNDICE PRÓLOGO- PREFACIO- CAPÍTULO l. ENTORNO ACTUAL Y PERSPECTIVAS- 1.1 ORGANIZACIÓN DE UN SISTEMA ROBÓTICO- 1.2 ENTORNOS MATLAB© Y SIMULINK©- 1.3 TENDENCIAS EN ROBÓTICA Y MECATRÓNICA- 1.4 RESUMEN DEL CAPÍTULO- CAPÍTULO 2. MODELADO DEL ENTORNO OPERATIVO- 2.1 POSICIÓN Y ORIENTACIÓN DE CUERPO RÍGIDO- 2.1.1 Movimiento rígido- 2.1.2 Notación- 2.1.3 Posición y orientación de un cuerpo rígido- 2.2 VECTOR DE TRASLACIÓN- 2.3 MATRIZ DE ROTACIÓN- 2.3.1 Método simple para calcular la matriz de rotación- 2.3.2 Matriz de rotación: una definición formal- 2.3.3 Matriz de rotación para cualquier ángulo- 2.3.4 Matriz de rotación en Matlab©- 2.4 LA TRANSFORMADA HOMOGÉNEA- 204.1 Transformaciones entre ejes coordenados- 2.4.2 Transformación de un punto entre diferentes sistemas coordenados- 2.4.3 Transformación homogénea en Matlab©- 2.4.4 Transformación de puntos en Matlab©- 2.5 COMPOSICIÓN ENTRE MATRICES HOMOGÉNEAS- 2.5.1 Composición de matrices HT en Matlab©- 2.5.2 Modelado del espacio de trabajo de un robot- 2.6 DESCRIPCIÓN DE CUERPO RÍGIDO- 2.6.1 Un ejemplo a partir de una matriz HT- 2.7 TRANSFORMACIONES DE SIMILITUD- 2.7.1 Aplicación de la transformada de similitud- 2.8 OPERADORES DE ROTACIÓN- 2.8.1 Ángulos de Euler- 2.8.2 Cálculo de los ángulos de Euler en Matlab© 2.8.3 Ángulos roll-pitch-yaw- 2.8.4 Cálculo de los ángulos RPY en Matlab©- 2.8.5 Rotación de un ángulo sobre un eje (angle-axis)- 2.8.6 Cuatemión unitario- 2.8.7 Cálculo de cuatemioncs unitarios en Matlab© 2.9 OTROS DESCRIPTORES DE POSICIÓN Y ORIENTACIÓN EN EL ESPACIO- 2.9.1 Coordenadas cilíndricas- 2.9.2 Coordenadas esféricas- 2.]ORESUMEN DEL CAPÍTULO- 2.11 EJERCICIOS RECOMENDADOS- 2.12 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA- CAPÍTULO 3. CINEMÁTICA DE SISTEMAS ROBÓTICAS y MECATRÓNICOS- 3.1 GRADOS DE LIBERTAD- 3.2 CUERPO RÍGIDO: EXPANDIENDO SU DEFINICIÓN- 3.3 TIPOS DE ARTICULACIONES- 3.4 CADENA CINEMÁTICA- 3.5 CINEMÁTICA DIRECTA- 3.5.1 Coordenadas generalizadas- 3.5.2 Convención Denavit-Hartenberg (DH)- 3.5.3 Convención Denavit-Hartenberg: una definición formal- 3.5.4 Robot 3R: ejemplo de la convención DH, paso a paso- 3.5.5 La tabla de parámetros DH- 3.5.6 Cálculo de la cinemática directa a partir de la tabla DH- 3.5.7 Convención DH en Matlab©- 3.5.8 Construcción de un sistema robótico en Matlab©- 3.5.9 Gráfica de un sistema robótico en Matlab©- 3.5.10 Cálculo de la cinemática directa en Matlab©- 3.5.11 Modificación de cinemática directa en Matlab©- 3.6 EJEMPLOS DEL CÁLCULO DE LA CINEMÁTICA DIRECTA PARA DIFERENTES ROBOTS- 3.6.1 Robot cilíndrico- 3.6.2 Robot antropomórfico- 3.6.3 Eslabón esférico- 3.6.4 Robot TQ MA2000- 3.6.5 Robot manipulador Stanford- 3.6.6 Robot manipulador SCARA- 3.6.7 Robot humanoide Dany Walker- 3.7 RESUMEN DEL CAPÍTULO- 3.8 EJERCICIOS RECOMENDADOS- 3.9 LECTURAS RECOMENDADAS- CAPÍTULO 4. CINEMÁTICA INVERSA- 4.1 EL PROBLEMA DE LA CINEMÁTICA INVERSA- 4.1.1 Solución al problema de cinemática inversa- 4.1.2 Método geométrico- 4.1.3 Distancias de ajuste- 4.1.4 Desacoplamiento cinemático- 4.1.5 Solución para el robot antropomórfico de 6-DOF- 4.1.6 Solución del robot SCARA- 4.1.7 Solución del robot SCARA en Matlab©- 4.2 MÉTODOS ANALÍTICOS E ITERATIVOS- 4.3 SOLUCIÓN ITERATIVA DEL PROBLEMA DE CINEMÁTICA INVERSA- 4.3.1 Convergencia de la solución iterativa- 4.3.2 Cálculo de la cinemática inversa en Matlab©- 4.4 RESUMEN DEL CAPÍTULO- 4.5 EJERCICIOS PROPUESTOS- 4.6 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA- CAPÍTULO 5. CINEMÁTICA DIFERENCIAL- 5.1 VELOCIDAD LINEAL Y ROTACIONAL- 5.1.1 Velocidad lineal- 5.1.2 Velocidad rotacional- 5.2 EL VECTOR DE VELOCIDAD- 5.2.1 Simulación del vector de velocidad en Matlab©- 5.2.2 Movimiento libre en Matlab©- 5.3 DERIVADA DE UNA MATRIZ DE ROTACIÓN- 5.3.1 Matriz antisimétrica (<>- 5.3.2 De regreso a la derivada de la matriz de rotación- 5.4 LA MATRIZ DE VELOCIDAD- 5.4.1 Matriz de velocidad aumentada- 5.4.2 Velocidad lineal en un punto definido con respecto al eje coordenado en movimiento- 5.5 PROPIEDADES DE LA MATRIZ DE VELOCIDAD- 5.5.1 Transformación entre la matriz S y el vector de velocidad (1)- 5.5.2 Transformación de similitud de la matriz S- 5.6 MATRIZ DE VELOCIDAD EN MATLAB©- 5.7 VECTOR DE VELOCIDAD EN MATLAB©- 5.7.1 Velocidad lineal- 5.7.2 Velocidad rotacional- 5.7.3 Generación del vector de velocidad en el código- 5.8 HACIA LA MATRIZ JACOBIANA- 5.8.1 Transformación de la velocidad angular- 5.8.2 Transformación del vector de velocidad (w)- 5.8.3 Transformación del vector w en Matlab©- 5.9 LA MATRIZ JACOBIANA CLÁSICA- 5.10 LA MATRIZJACOBIANA- 5.11 CÁLCULO DE LA MATRIZ JACOBIANA- 5.11.1 Aportación de una articulación rotacional- 5.11.2 Aportación de una articulación prismática- 5.11.3 Formulario de cálculos para la matriz Jacobiana- 5.12 EJEMPLOS DEL CÁLCULO DE LA MATRIZ JACOBIANA- 5.12.1 Robot de dos grados de libertad- 5.12.2 Robot SCARA- 5.13 LA MATRIZ JACOBIANA EN MATLAB©- 5.13.1 Cálculo computacional de la matriz Jacobiana- 5.13.2 Articulación rotacional- 5.13.3 Articulación prismática- 5.13.4 Cálculo de la matriz Jacobiana en Matlab©- 5.13.5 Algoritmo computacional en el código- 5.14 REDUNDANCIA- 5.15 ANÁLISIS DE SINGULARIDAD- 5.15.1 Articulación esférica- 5.15.2 Robot antropomórfico- 5.16 MANIPULABILIDAD- 5.16.1 Índice de manipulabilidad en Matlab©- 5.17 LA MATRIZ JACOBIANA ANALÍTICA- 5.18 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA- 5.19 EJERCICIOS PROPUESTOS- CAPÍTULO 6. DINÁMICA DE SISTEMAS ROBÓTICOS Y MECATRÓNICOS- 6.1 MÉTODOS PARA EL ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO- 6.2 ANÁLISIS DINÁMICO DE EULER-LAGRANGE- 6.2.1 Energía cinética y potencial: definiciones básicas- 6.2.2 Coordenadas generalizadas- 6.2.3 Ecuación de Euler-Lagrange- 6.2.4 Demostración de la ecuación de Euler-Lagrange- 6.3 DERIVACIÓN DE ECUACIONES DE MOVIMIENTO DESDE LA EXPRESIÓN DE EULER- LAGRANGE- 6.3.1 Energía cinética- 6.3.2 El momento de inercia I- 6.3.3 El tensor de inercia I- 6.3.4 Teorema de los ejes paralelos- 6.3.5 Cálculo del momento de inercia para un eslabón rectangular- 6.3.6 Cálculo de I para eslabones cilíndricos- 6.3.7 Conversión del momento de inercia- 6.3.8 Expresión general de la energía cinética- 6.3.9 Cálculo de la matriz de inercia en Matlab©- 6.3.10 Energía potencial- 6.3.11 Cálculo de fuerza o torque derivados de la energía potencial en Matlab©- 6.4 CONSTRUCCIÓN DE LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO DE EULERLAGRANGE- 6.4.1 Ecuación general de movimiento de Euler-Lagrange- 6.5 ECUACIONES EULER-LAGRANGE: MÉTODO DE ASADA-SPONG- 6.5. I Un ejemplo ilustrativo: robot planar de dos grados de libertad- 6.5.2 Ecuación de movimiento del robot planar de dos grados de libertad- 6.6 ANÁLISIS DE LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO EULER-LAGRANGE- 6.6.1 Efectos derivados de la inercia- 6.6.2 Efectos de la aceleración- 6.6.3 Expresiones para el efecto de fuerzas centrífugas y de Coriolis- 6.6.4 Efecto de las fuerzas centrífugas en el robot planar de dos grados dc libertad- 6.6.5 Efectos de las fuerzas de Coriolis sobre el robot planar de dos grados de libertad- 6.7 SIMULACIÓN DEL ROBOT PLANAR DE DOS GRADOS DE LIBERTAD EN MATLAB©- 6.7.1 Simulación del sistema planar de dos grados de libertad con torques nulos- 6.8 COMENTARIOS FINALES SOBRE EL MÉTODO ASADA-SPONG- 6.9 DETERMINACIÓN DE LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO: MÉTODO DE UICKER-PAUL- 6.9.1 Determinación de la energía cinética- 6.9.2 Determinación de la energía potencial- 6.9.3 La ecuación de movimiento: método de Uicker-Paul- 6.9.4 Construcción de la ecuación de movimiento: método de Uicker-Paul- 6.9.5 Expresión matricial de las ecuaciones de movimiento- 6.9.6 Ejemplo de la determinación del modelo dinámico: método de Uicker-Paul aplicado al robot Puma 560©- 6.10 LECTURAS RECOMENDADAS- 6.11 EJERCICIOS RECOMENDADOS- CAPÍTULO 7. MODELO DINÁMICO DE NEWTON-EULER- 7.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES- 7.1.1 Construcción del diagrama de cuerpo libre- 7.1.2 Término giroscópico- 7.1.3 Planteamiento base del método de Newton-Euler- 7.1.4 Movimiento relativo entre sistemas coordenados- 7.1.5 Bases cinemáticas en el planteamiento Newton-Euler- 7.2 PLANTEAMIENTO CENTRAL NEWTON-EULER- 7.2.1 Expresiones de fuerza y torque para el centro de masa- 7.2.2 Redefinición de los vectores en un eslabón- 7.2.3 Fuerzas y torque total sobre el centro de masa- 7.3 ENSAMBLADO DEL MÉTODO NEWTON-EULER- 7.3.1 Descripción del método: paso a paso- 7.3.2 Método NE: una simplificación en la implementación recursiva- 7.4 MÉTODO NE: COMPONENTES- 7.5 IMPLEMENTACIÓN RECURSIVA DEL MÉTODO- CAPÍTULO 9. CONTROL DE SISTEMAS ROBÓTICOS Y MECATRÓNICOS- 9.1 SISTEMAS DE CONTROL- 9.1.1 Representación por medio de bloques- 9.1.2 Respuesta del bloque- 9.1.3 Función de transferencia- 9.1.4 Función de transferencia en Matlab©- 9.1.5 Función de transferencia de un sistema de control- 9.1.6 Análisis del sistema de control con retroalimentación- 9.1.7 Función de lazo cerrado en Matlab©- 9.1.8 Respuesta dinámica de un sistema- 9.1.9 Análisis de polos y ceros- 9.1.10 Mapa de polos y ceros en Matlab©- 9.1.11 Orden del sistema dinámico- 9.1.12 Sistemas de primer orden- 9.1.13 Respuesta de primer orden en Matlab©- 9.1.14 Análisis de la respuesta de primer orden- 9.2 CONTROL PROPORCIONAL EN SIMULINK©- 9.2.1 Efecto de un valor de ganancia- 9.2.2 Retroalimentación del error- 9.2.3 Análisis del control proporcional- 9.3 CONTROL PROPORCIONAL EN MATLAB©- 9.4 SISTEMAS DINÁMICOS DE SEGUNDO ORDEN- 9.4.1 Análisis del comportamiento en sistemas de segundo orden- 9.5 SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN EN SIMULINK- 9.5.1 Simulación del sistema por medio de bloques de integración- 9.5.2 Simulación del sistema por medio del bloque de función de transferencia- 9.6 SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN EN MATLAB©- 9.7 SISTEMAS DINÁMICOS DE ORDEN-N- 9.8 CONTROL PROPORCIONAL E INTEGRAL- 9.8.1 Respuesta de un controlador PI de lazo cerrado- 9.8.2 Definición de las ganancias proporcional e integral- 9.8.3 Controlador PI en Simulink- 9.8.4 Diferentes ganancias PI en Simulink©- 9.8.5 Control PI en Matlab©- 9.9 CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO- 9.9.1 Respuesta de un controlador PD de lazo cerrado- 9.9.2 Esquema P-D- 9.10 CONTROL PID- 9.10.1 Control PID en Matlab©- 9.10.2 Diseño de un controlador PID- 9.10.3 Guía de diseño para un controlador PID- 9.10.4 Ejemplo de diseño de un control PID en Matlab©- 9.10.5 Control PID estándar- 9.10.6 PID estándar en Matlab©- 9.10.7 Controlador PID: otras sugerencias de diseño- 9.11 CONTROL PID DE TRAYECTORIAS ARTICULARES EN MATLAB©- 9.12 CONTROL DE TORQUE CALCULADO- 9.12.1 Diseño de torque calculado con un control PD- 9.12.2 Control de torque calculado con PD en Simulink©- 9.13 CONTROL POR RETROALIMENTACIÓN DE ESTADOS- 9.13.1 Introducción a variable de estado- 9.13.2 Diseño de control por retroalimentación de estados- 9.13.3 Retroalimentación de estados en Simulink©- 9.14 RESUMEN DEL CAPÍTULO- 9.15 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA- 9.16 EJERCICIOS RECOMENDADOS- BIBLIOGRAFÍA- MATERIAL ADICIONAL- ÍNDICE ALFABÉTICO- N2 - Esta obra tiene como objetivo contribuir al desarrollo de habilidades para el diseño de soluciones robóticas y mecatrónicas a través de una presentación tutorial de los fundamentos que se soporta mediante ejemplos concretos desarrollados en la plataforma de simulación Matlab y su entorno gráfico Simulink. Desde esta perspectiva, cada concepto se desarrolla a partir de ideas pedagógicamente seleccionadas que habilitan al lector en la construcción de su propio marco de referencia para el diseño de sistemas de control robótico y mecatrónico. Aun cuando la estructura del texto ha sido proyectada para soportar cursos en materias afines a la robótica o la mecatrónica, esta obra puede utilizarse como referencia para profesionales o ingenieros que necesiten desarrollar algún tema particular en virtud de la presentación autocontenida en cada capítulo, donde se incluyen ejercicios y notas bibliográficas de apoyo ER -