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 (<<skew symmetric matrix>>-
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-

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.