Interfases Perifericos y Programación II

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARIA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

PROGRAMA SINTÉTICO

CARRERA: Ingeniería en Robótica Industrial

ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno obtendrá modelos cinemáticos y dinámicos para la aplicación del control y selección de componentes, así mismo realizará la planeación de trayectorias en robots industriales, a través de la simulación en Matlab. CONTENIDO SINTÉTICO: I.- Introducción a la Robótica. II Componentes y Subsistemas. III.- Modelos de Robots. IV.- Introducción al Análisis del Control de Robots. METODOLOGÍA: Exposiciones y/o intervenciones orales por parte del alumno y el profesor B{usqueda documental por parte del alumno Elaboración de resúmenes y cuadros sinópticos Dinámicas grupales Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas y ejercicios Practicas de laboratorio Visitas industriales EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: El curso se evaluará con tres exámenes parciales escritos cuyo promedio será 50%, de la calificación final. El promedio de las prácticas corresponderá al 30%, de la calificación final, y el otro 20% corresponderá a las intervenciones en clase y los trabajos extra clase, como se indica en cada una de las unidades. BIBLIOGRAFÍA: Ollero Baturone, Aníbal, Robótica, Manipuladores y Robots Móviles, Alfaomega, 2001, 464 págs. J.J. Craig, Introduction To Robotics Mechanics And Control, Addison-Wesley, 1989, 450 págs. M. Spong, M. Vidyasagar, Seth Hutchinson Robot Modeling and Control, Wiley, John & Sons, 2005, 496 págs. Nagel Roger N. y Odrey Cicholas G.. Robótica Industrial,Mc Graw Hill España, 1990, 600 págs. K.S.Fu, R.C. González. Robótica Control Detección Visión e Inteligencia Mc. Graw Hill España, 1990, 575 págs.



TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA/TEORÍA: 4.5 HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5 HORAS/SEMESTRE/TEORÍA: 81.0 HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0 HORAS/TOTALES: 108.0

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Eléctrica Electrónica Unidad Azcapotzalco REVISADO POR: Subdirector Académico de la ESIME Azcapotzalco. APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de ESIME Azcapotzalco Ing. Jorge Gómez Villarreal

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del I.P.N.

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco. CARRERA: Ingeniería en Robótica Industrial. OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academia de Ingeniería Eléctrica y Electrónica DEPARTAMENTO:

ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II SEMESTRE: Octavo CLAVE: CRÉDITOS: 10.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - práctica MODALIDAD: Escolarizada



ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II CLAVE HOJA: 2 DE 9

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA

Tomando en consideración que la industria nacional cuenta ya con cierta cantidad de maquinaria automatizada, incluyendo como parte de la automatización, robots industriales, se establece la inclusión de esta asignatura en octavo semestre como complemento indispensable y cuyo objetivo es el fortalecimiento de estos conocimientos tecnológicos para que nuestro egresado se desarrolle competitivamente en la planta industrial de acuerdo al proceso de modernización, Así mismo podrá proponer alternativas de solución y mejoras en los problemas de agricultura, ganadería y otras actividades propias del campesino y de este modo propiciar el desarrollo sustentable de esta área en nuestro país. Esta asignatura apoya a las asignaturas de Automatización de Sistemas Industriales, Proyecto de Ingeniería II. Asignaturas antecedentes: Resistencia de Materiales, Interfases, Periféricos y Programación I, Diseño de Conjuntos, Vibraciones Mecánicas, Sistemas Flexibles de Manufactura. Asignatura colateral: Proyecto de Ingeniería II. La secuencia de las unidades se ha dado de tal forma que permite al alumno introducirse al tema eficazmente. De ahí que la primera unidad trate sobre los antecedentes y orígenes de los robots, para continuar con la

segunda unidad que aborda componentes de su estructura mecánica y perceptiva del robot. La tercera unidad realiza una comparación entre los diferentes robots comerciales, de acuerdo a la aplicación industrial y características. En la cuarta unidad se trabaja la Auto programación. Dentro de la metodología utilizada, está la realización de quince prácticas que permiten al alumno ejercitar los conceptos teóricos adquiridos. La evaluación del curso será realizada en dos formas; una en forma continua durante el desarrollo de los temas de teoría y práctica, y la otra en las competencias distribuidas en tres exámenes escritos. El curso será impartido por un profesor con licenciatura en robótica, electricidad, electrónica o ramas afines y experiencia profesional docente en desarrollo de metodologías pedagógicas.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno obtendrá modelos cinemáticas y dinámicos para la aplicación del control y selección de componentes, así mismo realizará la planeación de trayectorias en robots industriales, a través de la simulación en Matlab.



ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II CLAVE HOJA: 3 DE 9 No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción a la Robótica.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno analizará el desarrollo tecnológico de los robots industriales desde su origen hasta la actualidad y su impacto socioeconómico en el mundo comparado con nuestro país para identificar las áreas de alta probabilidad de aplicación.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3

Introducción Origen de los robots industriales. Avances tecnológicos de la robótica industrial Impacto socioeconómico de la robótica industrial

Sub-total

3.0

3.0

3.0

3.0

11B, 12B, 2C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis de diferentes sistemas robóticos con la coordinación del profesor, búsqueda bibliográfica de nuevos conceptos por parte del alumno, elaboración de resúmenes y cuadros sinópticos, búsqueda documental por parte del alumno relacionados a sistemas robóticos, discusión de problemas ilustrativos. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El aprendizaje de esta unidad junto con la unidad II, será evaluado con el primer examen departamental con el 50%, las prácticas con el 30%, participaciones en clase y trabajos extra clase 20%.



ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II CLAVE HOJA: 4 DE 9 No. UNIDAD II NOMBRE: Componentes y Subsistemas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno analizará los subsistemas mecánicos, eléctricos y de control, para relacionarlos entre sí de acuerdo al tipo de robot industrial y su aplicación.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2. 2.2.3.1 2.2.3.2 2.2.3.3 2.2.3.4 2.2.3.5 2.2.3.6 2.2.4

Definiciones Definición de manipulador Definición de robot industrial Definición de robótica Subsistema mecánico Grados de libertad y grados de movilidad Espacio de trabajo Cartesiano Polar Cilíndrico SCARA Articulado Elementos de transmisión Actuadores

Sbu-total

1.5

6.0

7.5

3.0

3.0

3.0

3.0

6.0

4B, 11B, 12B, 13B, 15B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis de los sistemas mecánicos empleados en robótica con la coordinación del profesor, búsqueda bibliográfica de conceptos por parte del alumno, elaboración de resúmenes y cuadros sinópticos, realización de tareas y problemas extra clase relacionados a sistemas de posicionamiento con robots, discusión de problemas ilustrativos y realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El aprendizaje de esta unidad junto con la unidad II, será evaluado con el primer examen departamental con el 50%, las prácticas con el 30%, participaciones en clase y trabajos extra clase 20%.



ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II CLAVE HOJA: 5 DE 9 No. UNIDAD II NOMBRE: Componentes y Sistemas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno analizará los subsistemas mecánicos, eléctricos y de control, para relacionarlos entre sí de acuerdo al tipo de robot industrial y su aplicación.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


2.5 2.5.1 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.6.5.1 2.6.5.2

Subsistema eléctrico Etapa de potencia Subsistema de control Lazo abierto Lazo cerrado Sensores propiocepticos Sensores exteroceptivos Tipos de controladores analógicos Digitales

Sub-total

1.5

6.0

7.5

1.5

3.0

4.5

4B, 11B, 12B, 13B, 15B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis de los sistemas mecánicos empleados en robótica con la coordinación del profesor, búsqueda bibliográfica de conceptos por parte del alumno, elaboración de resúmenes y cuadros sinópticos, realización de tareas y problemas extra clase relacionados a sistemas de posicionamiento con robots, discusión de problemas ilustrativos y realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El aprendizaje de esta unidad junto con la unidad II, será evaluado con el primer examen departamental con el 50%, las prácticas con el 30%, participaciones en clase y trabajos extra clase 20%.



ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II CLAVE HOJA: 6 DE 9 No. UNIDAD III NOMBRE: Modelos de Robots

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno obtendrá los modelos cinemáticos y dinámicos de mecanismos de cadena abierta más comunes de los robots industriales, utilizando diferentes métodos.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.2. 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.4.1 3.2.4.2 3.2.4.3 3.3 3.3.1 3.3.2

Introducción Descripción de posición mediante sistemas coordenados Descripción de orientación mediante sistemas coordenados Marcos de referencia Matrices de rotación básica Parámetros de Euler Modelo cinemático de un robot Parámetro de Denavith - Hartenberg Matriz de trasformación homogenea Cinemática directa del robot Cinemática inversa Método algebraico Método geométrico Método de pipper Modelo dinámico de un robot Método de Lagrange Método de Newton – Euler

Sub-total

12.0

15.0

15.0

42.0

3.0

3.0

4.5

4.5

15.0

6.0

9.0

9.0

24.0

4B, 11B, 12B, 13B, 15B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental referente a los diferentes modelos de robots. Realización de ejercicios por parte del alumno con la supervisión del profesor. Discusión grupal de casos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El aprendizaje de la unidad III será evaluado en el segundo examen parcial con el 50%, las participaciones en clase, tareas y actividades extractase 20% y las prácticas realizadas serán evaluadas con el 30%.



ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II CLAVE HOJA: 7 DE 9 No. UNIDAD IV NOMBRE: Introducción al Análisis del Control de Robots

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno realizará la planeación de trayectorias, y el control utilizando el método del par calculado de un manipulador de dos grados de libertad.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


4.1 4.2 4.3

Estructura del controlador de un robot Controlador por modelo del par calculado Planeación de trayectorias

Sub-total

7.5

7.5

6.0

21.0

3.0

3.0

3.0

9.0

4B, 11B, 12B, 13B,15B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda documental referente al control de robots, por parte del alumno. Realización de prácticas por parte del alumno. Solución de problemas en clase. Discusión grupal referente a los diversos sistemas empleados en el control de robots PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El aprendizaje de esta unidad será evaluado en el tercer departamental con el 50%, la realización de prácticas con el 30% y las participaciones en clase, extractase y tareas 20%




RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRACT.

No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

UNIDAD

DURACIÓN

LUGAR DE REALIZACIÓN

1 2 3 4 5 6 7 8

Identificación de robot Clasificación de robot Introducción a Matlab (simulación) Simulación. Marcos de referencia y parámetros Denavith-Hartenberg Simulación cinemática de robots Simulación dinámica de robots Simulación del controlador de un robot de dos grados de libertad Planeación de trayectorias

II II

III

III

III

III

IV

IV

Total

1.5

1.5

3.0

3.0

4.5

4.5

6.0

3.0

27.0

Todas las prácticas se

realizarán en el laboratorio de robótica




PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1 2 3

I y II

III

IV

El aprendizaje de esta unidad junto con la unidad II, será evaluado con el primer examen departamental con el 50%, las prácticas con el 30%, participaciones en clase y trabajos extra clase 20%. El aprendizaje de la unidad III será evaluado en el segundo examen parcial con el 50%, las participaciones en clase, tareas y actividades extraclase 20% y las prácticas realizadas serán evaluadas con el 30%. El aprendizaje de esta unidad será evaluado en el tercer departamental con el 50%, la realización de prácticas con el 30% y las participaciones en clase, extraclase y tareas 20%

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Ibarra Zannatha, Juan Manuel. Introducción a la Robótica Industrial Publicaciones Técnicas CINVESTAV-IPN, México, D.F., 1989,120 págs. Ibarra Zannatha, Juan Manuel. Diseños de Robots Inteligentes, CINVESTAV-IPN, México, 1992,85 págs. Roger N, Ángel y Nicholas G, Odrey, Robótica Industrial, Mc. Graw Hill España, 1990, 600 págs. K.S.Fu, González R.C. Robótica, Control, Detección, Visión e Inteligencia Mc Graw Hill España, 1990,575 págs. G. Michel, Autómatas Programables Industriales, Marcombo, España, 1990, 332 págs. Hernández, José Tiberio. VI Escuela de Robótica CINVESTAV-IPN, México, 1993, 160 págs. Miyagi, Paulo Eigi. IV Escuela de Robótica CINVESTAV-IPN, México, 1993, 160 págs. E. Mandado P. J. Marcos, S. Alonso., Controladores Lógicos y Autómatas Programables, Marcombo, España, 1991, 389 págs. Marti Parera, Albert. Electrónica Básica en Automatización, Alfaomega, Marcombo, México, 1991, 85 págs. Farrando Boiv, Ramón. Circuitos Neumáticos, Eléctricos e Hidráulicos, Marcombo, México, 1991, 129 págs. Ollero Baturone, Aníbal, Robótica Manipuladores y Robots Móviles, Alfaomega, España 2000, 770 págs. J.J. Craig, Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Adisson-Wesley, 1989, New Yerse, 640 págs. P.J. Mckerrow, Introduction to Robotics, Addison-Wesley, New Yerse, 1991, 531 págs. J.C. Latombe, Kluwer. Robot Motion Planning, Academic Publishers, 1991 426 págs..



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco

CARRERA: Ingeniería en Robótica Industrial SEMESTRE Octavo

ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Eléctrica – Electrónica ASIGNATURA: Interfases, Periféricos y Programación II

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ing. Robótica Industrial, Ing. en Electrónica, Ing. en

Control y Automatización

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno obtendrá modelos cinemáticas y dinámicos para la aplicación del control y selección de componentes, así mismo realizará la planeación de trayectorias en robots industriales, a través de la simulación en Matlab.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES

Electrónica Electricidad Teoría del control Manejo de sensores y actuadores Robótica

Trabajar o haber trabajado en la industria en el ramo. Diseño de sistemas de control. Mantenimiento de sistemas de control. Manejo de diversos controladores industriales.

Para transmitir los conocimientos. Expresión oral y escrita. Motivar al alumno al autoaprendizaje. Utilizar medios didácticos. Usar el nuevo modelo educativo.

Honestidad. Justicia. Humanismo. Paciencia. Compañerismo. Apoyo Compromiso social.

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ ______________________ ______________________ ____________________ Ing. Carlos Gutiérrez Díaz M. en C. Ricardo Cortez Olivera Ing. Jorge Gómez Villarreal Presidente de Academia Subdirector Académico Director del Plantel FECHA: Marzo 2006.

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