Descripción
Descubra el apasionante campo de la ingeniería robótica
Si es un entusiasta en el área de la robótica o un profesional del tema, este libro será esencial en su biblioteca. Robótica. Control de robots manipuladores se erige como pilar fundamental en la era tecnológica actual y como recurso esencial para profundizar en la robótica y sus aplicaciones innovadoras.
Esta segunda edición actualizada recoge los fundamentos matemáticos y teóricos que forman la base de la ingeniería robótica, y explora con precisión las técnicas avanzadas de control, dinámica y cinemática de robots manipuladores. Asimismo, enriquecida con ejemplos prácticos, ilustrados a través de la implementación en código fuente con Matlab y estudios de caso que le desafiarán como lector, esta obra destaca por su enfoque pedagógico, diseñado meticulosamente para facilitar el aprendizaje autodidacta y en el aula de los siguientes temas centrales:
- Robótica
- Encoders y servomotores
- Preliminares matemáticos
- Cinemática analítica de Euler y cinemática directa
- Dinámica
- Identificación paramétrica
- Control de posición y control de trayectoria
Asimismo, con el objetivo de obtener el máximo provecho del contenido práctico del libro, en www.marcombo.info se proporciona el acceso al código fuente empleado en las simulaciones de los ejemplos desarrollados.
El contenido rico y accesible de este libro resultará indispensable a estudiantes y expertos en ingeniería electrónica, robótica, automatización, eléctrica, control y mecatrónica, y en las áreas de físico-matemáticas aplicadas. No espere más para adquirir las herramientas necesarias para liderar en la vanguardia de la física y el control de robots manipuladores.
Fernando Reyes Cortés, es investigador nacional nivel II, autor de numerosos artículos científicos en congresos y revistas de alto impacto; cuenta con 11 títulos de patente, ha puesto en operación más de 100 prototipos robóticos y ha titulado a más de 250 tesistas en licenciaturas, maestrías y doctorados; es Premio Estatal en Ciencia y Tecnología por el Gobierno de Puebla y Premio al Mérito en Ingeniería por el Ayuntamiento de la Ciudad de Puebla. Es licenciado en Electrónica en la Universidad Autónoma de Puebla; Maestría en Electrónica por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE); obtuvo su doctorado en ciencias por el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE). Actualmente, es profesor-investigador titular en la Facultad de Ciencias de la Electrónica de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP).
Índice
Plataforma de contenidos interactivos XVI
Página Web del libro XVII
Prólogo XVIII
Organización del libro XX
Capítulo 1
Robótica 1
1.1 Introducción 3
1.2 Clasificación de los robots 10
1.2.1 Robots m´oviles 10
1.2.2 Robots móviles acuáticos 11
1.2.3 Drones robots a´éreos 12
1.2.4 Robots humanoides 12
1.2.5 Robots industriales 14
1.3 Desarrollo histórico de la robótica 17
1.4 Control de robots manipuladores 23
1.5 Tecnología y construcción de robots 25
1.5.1 Servomotores de transmisión directa 26
1.6 Estadísticas de robótica 28
1.7 Tendencias en robótica para 2021-2026 32
1.7.1 Programas internacionales en R&D 34
1.8 Sociedades científicas de rob´otica 37
1.9 Resumen 41
1.10 Problemas propuestos 42
Caítulo 2
Encoders y servomotores 43
2.1 Introducción 45
2.2 Encoders 46
2.2.1 Encoders incrementales 46
2.2.1.1 Encoders en cuadratura 49
2.2.2 Encoder absoluto 52
2.2.3 Glosario para encoders 54
2.3 Servomotores 56
2.3.1 Modos de operación de un servomotor 58
2.3.1.1 Modo posición 58
2.3.1.2 Modo velocidad 58
2.3.1.3 Modo torque 58
2.4 Funcionamiento de un servomotor 60
2.4.1 Servoamplificador 60
2.4.2 Motor de corriente directa 62
2.4.3 Sistema de engranes 63
2.5 Servomotores de transmisión directa 64
2.5.1 Diagrama a bloques de un servomotor 67
2.6 Resumen 71
2.7 Problemas propuestos 72
Capítulo 3
Preliminares matemáticos 73
3.1 Introducción 75
3.2 Vectores 76
3.2.1 Intervalos 77
3.2.2 Espacio vectorial 78
3.2.3 Norma euclidiana x 80
3.2.4 Operaciones y propiedades entre vectores 82
3.2.5 Producto cruz vectorial 93
3.3 Matrices 99
3.3.1 Matrices especiales 100
3.3.2 Operaciones de matrices 101
3.3.3 Matriz cuadrada 108
3.3.4 Matrices simétricas y antisimétricas 114
3.4 Funciones cuadráticas 117
3.4.1 Funciones definidas positivas 121
3.4.2 Matriz definida positiva 127
3.4.3 Gradientes de funciones de energía 132
3.4.4 Matriz jacobiana 134
3.5 Resumen 138
3.6 Problemas propuestos 139
Capítulo 4
Cinemática analítica de Euler 141
4.1 Introducción 143
4.2 Cinemática analítica de Euler 144
4.2.1 Matrices de rotación 148
4.2.2 Composiciones de traslación y rotación 151
4.2.3 Matriz de rotación alrededor del eje z, Rz(ƒÆ) 155
4.2.4 Matriz de rotación alrededor del eje x, Rx(ƒÆ) 159
4.2.5 Matriz de rotación alrededor del eje y, Ry(ƒÆ) 161
4.2.6 Propiedades de las matrices de rotación elementales 163
4.3 Ángulos de Euler 166
4.4 Movimiento de traslación y rotación 175
4.5 Cinemática diferencial 177
4.5.1 Matrices antisimétricas 177
4.5.2 Derivada de matrices ortogonales 180
4.5.3 Operaciones mixtas entre p1 p2 y S(p1) 185
4.6 Cinemática diferencial de Euler 190
4.7 Resumen 203
4.8 Problemas propuestos 205
Capítulo 5
Cinemática directa 207
5.1 Introducción 209
5.2 Morfología del robot 210
5.2.1 Tipos de robots manipuladores 214
5.3 Cinemática directa 215
5.3.1 Cinemática inversa 218
5.3.2 Cinemática diferencial 219
5.3.3 Cinemática diferencial inversa 220
5.4 Matrices de transformación homogénea 221
5.4.1 Matrices homogéneas de rotación y traslación 223
5.5 Cinemática de robots manipuladores 225
5.6 Configuración antropomórfica (RRR) 231
5.6.1 Péndulo 231
5.6.2 Robot antropomórfico de 2 gdl 238
5.6.2.1 Cinemática directa del robot planar de 2 gdl 238
5.6.2.2 Cinemática inversa del robot planar de 2 gdl 242
5.6.2.3 Cinemática diferencial del robot planar de 2 gdl 243
5.6.3 Brazo robot de 3 gdl 248
5.6.3.1 Cinemática directa del brazo robot de 3 gdl 248
5.6.3.2 Cinemática diferencial 253
5.6.3.3 Cinemática inversa del brazo robot de 3 gdl 256
5.7 Robot SCARA (RRP) 263
5.7.1 Cinemática diferencial del robot SCARA 266
5.7.2 Cinemática inversa del robot SCARA 267
5.8 Robot cilíndrico (RPP) 270
5.8.1 Modelo cinemático del robot cilíndrico 271
5.8.2 Cinemática diferencial del robot cilíndrico 272
5.8.3 Cinemática inversa del robot cilíndrico 273
5.9 Robot esférico (RRP) 276
5.9.1 Modelo cinem´atico del robot esf´erico 277
5.9.2 Cinemática diferencial del robot esférico 278
5.9.3 Cinemática inversa del robot esférico 279
5.10 Robot cartesiano (PPP) 283
5.10.1 Modelo cinemático del robot cartesiano 284
5.10.2 Cinemática diferencial del robot cartesiano 285
5.11 Resumen 288
5.12 Problemas propuestos 289
Capítulo 6
Dinámica 293
6.1 Introducción 295
6.2 Ecuaciones de Euler-Lagrange 296
6.3 Modelo dinámico 298
6.4 Propiedades del modelo dinámico 299
6.4.1 Efecto inercial 299
6.4.2 Fuerzas centrípetas y de Coriolis 301
6.4.3 Par gravitacional 303
6.4.4 Fenómeno de fricción 304
6.4.5 Modelo de energía mecánica 307
6.4.6 Modelo de potencia mecánica 308
6.4.7 Propiedad de pasividad 308
6.4.8 Linealidad en los parámetros 309
6.5 Ecuaci´on diferencial ordinaria (ODE) 312
6.6 Desarrollo de modelos dinámicos 314
6.6.1 Sistema masa resorte amortiguador 314
6.6.2 Centrífuga 317
6.6.3 Péndulo 320
6.6.4 Brazo robot de 2 gdl 327
6.6.5 Brazo robot de 3 gdl 344
6.6.6 Robot cartesiano de 3 gdl 375
6.7 Resumen 378
6.8 Problemas propuestos 379
Capítulo 7
Identificaci´on paramétrica 381
7.1 Introducción 383
7.2 Algoritmo de m´ýnimos cuadrados 384
7.2.1 Algoritmo recursivo de mínimos cuadrados 386
7.2.2 Señal de excitación persistente 391
7.2 Ejemplos de identificación paramétrica 402
7.4 Resumen 428
7.5 Problemas propuestos 429
Capítulo 8
Control de posición 431
8.1 Introducci´on 433
8.2 Teoría de estabilidad de Lyapunov 434
8.2.1 Sistemas dinámicos 434
8.2.2 Puntos de equilibrio 438
8.2.3 Función candidata de Lyapunov 443
8.2.4 Método directo de Lyapunov 443
8.2.5 Principio de invariancia 447
8.2.6 Norma Lnq [f] 450
8.3 Control de posición 461
8.4 Control por moldeo de energía 464
8.5 Control PD 470
8.5.1 Análisis cualitativo del control PD 473
8.5.2 Función estricta para el regulador PD 493
8.6 Clasificación de algoritmos de control 496
8.6.1 Algoritmos de control no acotados 496
8.6.2 Algoritmos de control acotados 502
8.6.3 Algoritmos de control saturados 507
8.7 Control PID 512
8.8 Control punto a punto 521
8.8.1 Índice de desempeño 524
8.9 Resumen 526
8.10 Problemas propuestos 527
Capítulo 9
Control de trayectoria 529
9.1 Introducción 531
9.2 Control de trayectoria 532
9.3 Familia de algoritmos de control PD+ 534
9.3.1 Control proporcional derivativo plus (PD+) 536
9.4 Familia de control par-calculado 551
9.4.1 Control par-calculado 552
9.5 Resumen 555
9.6 Problemas propuestos 556
Referencias 557
Índice analítico 561
