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Robótica: Manipuladores y Robots Móviles (Acceso Rápido)
Aníbal Ollero Baturone
Synopsis "Robótica: Manipuladores y Robots Móviles (Acceso Rápido)"
Texto dedicado a los fundamentos de la robótica y a las tecnologías involucradas en su desarrollo. No se restringe al estudio de los manipuladores robóticos industriales con una base fija, como es habitual en la mayor parte de libros de robótica, sinó que contempla también la robótica móvil y los vehículos autónomos.Incluye capítulos sobre morfología de los robots, modelos cinemáticos y dinámicos, arquitecturas de control, sensores, métodos de control, generación de trayectorias y propgramación. Asimismo, contiene capítulos que tratan de forma introductoria la detección de colisiones, planificación de caminos y telerrobótica. El libro incluye 43 ejemplos sobre manipuladores, robots móviles y técnicas de control y programación. Le acompaña un CD-ROM con el cual se suministra una herramienta MATLAB-Simulink que el lector podrá utilizar para realizar esos ejemplos, cambiar sus parámetros, o generar ejemplos nuevos involucrando diferentes robots y técnicas de control. Existe un sitio Web desde el que se podrán obtener versiones actualizadas de la herramienta a través de Internet. Este sitio podrá utillizarse también para que el lector ejecute ciertos ejemplos del libro y funciones de la herramienta sin necesidad de disponer de ningún software específico en su ordenador.El libro puede emplearse en asignaturas de robótica de distintas titulaciones, así como en cursos para profesionales que deseen introducirse en la robótica o actualizar conocimientos con vistas a sus aplicaciones.PrólogoPrefacio del autorCAPÍTULO 1. Introducción1.1. Robótica1.2. Esquema general del sistema robot1.3. Robots manipuladores1.3.1. Sistema mecánico1.3.2. Actuadores1.3.3. Sensores y sistemas de control1.4. Robots móviles1.5. Robots autónomos y telerrobótica1.6. Conclusiones1.7. ReferenciasCAPÍTULO 2. Morfología de los robots2.1. Estructura de robots manipuladores2.1.1. Tipos de articulaciones2.1.2. Estructuras básicas2.1.2.1. Configuración cartesiana2.1.2.2. Configuración cilíndrica2.1.2.3. Configuración polar o esférica2.1.2.4. Configuración angular2.1.2.5. Configuración Scara2.1.3. Orientación del efector final2.1.4. Efectores finales2.2. Nuevas estructuras para robots manipuladores2.2.1. Robots redundantes2.2.2. Robots flexibles2.2.3. Manos2.3. Robots móviles2.3.1. Vehículos con ruedas2.3.1.1. Ackerman2.3.1.2. Triciclo clásico2.3.1.3. Direccionamiento diferencial2.3.1.4. Skid Steer2.3.1.5. Pistas de deslizamiento2.3.1.6. Síncronas2.3.1.7. Otras configuraciones2.3.2. Locomoción mediante patas2.3.3. Configuraciones articuladas2.3.4. Robots submarinos y aéreos2.4. Conclusiones2.5. ReferenciasCAPÍTULO 3. Representación de la posición y orientación3.1. Posición y orientación en el plano3.2. Posición y orientación en el espacio3.3. Transformación inversa3.4. Transformaciones compuestas3.5. Otras representaciones de la orientación3.6. Conclusiones3.7. ReferenciasCAPÍTULO 4. Modelos cinemáticos de robots4.1. Introducción4.2. Relaciones entre sistemas de referencia4.3. Modelo directo del manipulador4.3.1. Modelo de un robot manipulador con n articulaciones4.4. Modelo inverso del manipulador4.5. Velocidades lineales y angulares4.5.1. Velocidad lineal4.5.2. Velocidad angular4.5.3. Propagación de velocidades4.6. Jacobiano del manipulador4.7. Modelos cinemáticos de robots móviles4.7.1. Hipótesis básicas4.7.2. Restricciones cinemáticas4.7.3. Modelo jacobiano4.7.4. Modelos de diferentes configuraciones4.7.5. Estimación de la posición y orientación4.7.6. Vehículos robóticos con manipuladores4.8. Conclusiones4.9. ReferenciasCAPÍTULO 5. Modelo dinámico5.1. Aspectos dinámicos en robótica5.2. Articulación simple de rotación5.3. Generalización: modelo de un robot manipulador con n articulaciones5.4. Formulación de Lagrange-Euler5.5. Obtención del modelo dinámico mediante el método de Newton-Euler5.5.1. Aceleraciones5.5.2. Ecuaciones de Newton-EulerFormulación iterativa5.6. Análisis del modelo dinámico de los manipuladores5.7. Obtención de las trayectorias articulares5.8. Modelos dinámicos de vehículos robóticos5.9. Conclusiones5.10. ReferenciasCAPÍTULO 6. Arquitecturas para control de robots6.1. Introducción: funciones básicas y de control inteligente6.2. Especificaciones6.3. Requerimientos generales de la arquitectura6.3.1. Programabilidad6.3.2. Eficiencia6.3.3. Capacidad de evolución6.3.4. Grado de autonomía6.3.5. Fiabilidad6.3.6. Adaptabilidad6.4. Tipos básicos de arquitecturas según reactividad6.5. Aproximación al diseño de la arquitectura6.5.1. Diseño funcional de la arquitectura6.5.2. Gestión de ejecución e implantación6.6. Soluciones hardware y software6.7. Conclusiones6.8. ReferenciasCAPÍTULO 7. Sensores7.1. Introducción: sensores y magnitudes7.2. Clasificaciones y características de sensores7.3. Medidas de desplazamientos lineales y giros7.3.1. Potenciómetros para medida de desplazamientos7.3.2. Codificadores ópticos7.3.2.1. Máquinas síncronas, transformadores y resolvedores7.3.3. Medida de velocidad de ejes7.4. Sensores de presencia y proximidad7.5. Sensores de tacto7.6. Medidas de fuerza y par7.7. Sensores de navegación7.7.1. Sensores Doppler7.7.2. Compás magnético7.7.3. Giróscopos7.7.3.1. Giróscopos mecánicos7.7.3.2. Giróscopos electrónicos7.7.3.3. Giróscopos ópticos7.7.4. Sistemas de navegación inercial7.7.5. Estimación de posición de vehículos basada en estaciones de transmisiónAplicación del GPS7.7.6. Sensores para vehículos auto guiados industriales7.8. Conclusiones7.9. ReferenciasCAPÍTULO 8. Control de las articulaciones de un robot manipulador8.1. Estrategias de control de articulaciones8.2. Control desacoplado de articulaciones8.3. Control basado en el modelo dinámico8.3.1. Ejemplos introductorios8.3.2. Control basado en el modeloPar computado8.4. Control adaptativo de robots8.4.1. Introducción8.4.2. Par computado adaptativo8.4.3. Controlador de inercia adaptativa8.5. Control con aprendizaje8.6. Control en espacio cartesiano8.7. Control de esfuerzos8.7.1. Rigidez8.7.2. Control de rigidez8.7.3. Control híbrido esfuerzos/posiciónConclusionesReferenciasCAPÍTULO 9. Control de robots móviles9.1. Control de movimientos de vehículos autónomos9.2. Seguimiento de caminos explícitos9.3. Seguimiento de caminos empleando métodos geométricos9.3.1. Seguimiento mediante persecución pura9.3.2. Control geométrico mediante generación de polinomios de orden cinco9.4. Aplicación de la teoría de control9.4.1. Controlabilidad y estabilización9.4.2. Seguimiento de trayectorias9.4.2.1. Trayectorias de referencia9.4.2.2. Ley de control lineal9.4.2.3. Ley de control no lineal9.4.3. Seguimiento de caminos9.4.3.1. Planteamiento del problema9.4.3.2. Ley de control lineal9.4.3.3. Ley de control no lineal9.4.4. Seguimiento de caminos utilizando el modelo de la bicicleta9.5. Seguimiento predictivo generalizado9.6. Control reactivo9.7. Conclusiones9.8. ReferenciasCAPÍTULO 10. Generación de trayectorias10.1. Planteamiento del problema10.2. Definición paramétrica de las curvas10.3. Técnicas de interpolación10.3.1. Técnicas básicas de interpolación10.3.2. Empleo de funciones sp1ine10.4. Generación de caminos en el espacio cartesiano10.5. Generación de trayectorias para manipuladores10.6. Trayectorias articulares para manipuladores robóticos10.6.1. Empleo de polinomios cúbicos10.6.2. Empleo de polinomios cúbicos con puntos de paso10.6.3. Empleo de polinomios de orden superior10.6.4. Empleo de funciones lineales con enlace parabólico10.7. Generación en tiempo real10.8. Conclusiones10.9. ReferenciasCAPÍTULO 11. Programación de robots11.1. Sistemas de programación de robots11.2. Programación por guiado11.3. Programación textual11.4. Sistemas de referencia11.5. Especificación de movimientos en robots manipuladores11.6. Estructuras de datos11.7. Especificación de localizaciones11.8. Interacción con el entorno y características tiempo real11.9. Programación de vehículos robóticos11.10. Conclusiones11.11. ReferenciasCAPÍTULO 12. Detección de colisiones y planificación de caminos12.1. Detección, evitación y planificación12.2. Funciones de detección, evitación y planificación12.3. Detección y evitación de colisiones mediante reacción directa a información de sensores12.4. Modelos12.4.1. Modelado mediante ocupación de celdas12.4.2. Empleo de estructuras jerárquicas12.4.3. Modelos del entorno basado en primitivas 3-D de sólidos12.4.4. Expansión de obstáculos12.4.5. Modelado en el espacio de configuraciones12.5. Detección y evitación de colisiones empleando modelos12.6. Planificación basada en modelo geométrico12.6.1. Planteamiento del problema12.6.2. Métodos en espacio cartesiano12.6.3. Métodos en espacio de configuraciones12.7. Métodos re activos12.7.1. Campos potenciales12.8. Conclusiones12.9. ReferenciasCAPÍTULO 13. Telerrobótica13.1. Introducción y conceptos básicos13.2. Teleactuación13.3. Diseño de sistemas de control de teleoperación13.4. Sistemas bilaterales maestro-esclavo13.5. Empleo de gráficos predictivos13.6. Teleprogramación e interacción con el entorno13.7. Control de supervisión13.8. Telesensorización13.9. Sistemas de visión en teleoperación13.9.1. Cámaras13.9.2. Visualizadores13.9.3. Visualización de imágenes virtuales13.9.4. Transmisión de imágenes para teleoperación13.10. Conclusiones13.11. ReferenciasApéndice
