MATLAB APLICADO A ROBOTICA Y MECATRONICA

Plataforma de contenidos interactivos XV
Simbología e iconografía utilizada XVI
Prólogo XVIII
Parte I Programación 1
Capítulo 1
Conceptos básicos 3
1.1 Introducción 5
1.2 Componentes 7
1.2.1 Herramientas de escritorio y ambiente de desarrollo 9
1.2.2 Librerías 9
1.2.3 Lenguaje 10
1.2.4 Gráficos 10
1.2.5 Interfaces externas/API 10
1.3 Inicio 11
1.4 Lenguaje 15
1.4.1 Variables 15
1.4.2 N¿umeros 17
1.4.3 Formato numérico 18
1.4.4 Operadores 21
1.5 Matrices y arreglos 26
1.5.1 Arreglos 41
1.6 Gráficas 43
1.7 Funciones 49
1.7.1 Funciones archivo 51
1.8 Programación 58
1.8.1 if 59
1.8.2 if, else, elseif 60
1.8.3 for 61
1.8.4 while 71
1.8.5 switch, case 72
1.8.6 break 73
1.8.7 return 73
1.8.8 continue 74
1.9 Formato para datos experimentales 76
1.10 Resumen 80
Capítulo 2
Métodos numéricos 81
2.1 Consideraciones computacionales 83
2.2 Sistemas de ecuaciones lineales 84
2.2.1 Regla de Cramer 91
2.3 Diferenciación numérica 92
2.3.1 Función diff 97
2.4 Integración numérica 99
2.4.1 Regla trapezoidal 102
2.4.2 Regla de Simpson 108
2.4.3 Funciones de cuadratura 113
2.4.4 Método de Euler 114
2.5 Sistemas dinámicos de primer orden 117
2.5.1 Método de Runge-Kutta 118
2.5.2 Simulación de sistemas dinámicos x? = f(x) 124
2.6 Resumen 133
Parte I Referencias selectas 134
Parte I Problemas propuestos 135
Parte II Cinemática 139
Capítulo 3
Preliminares matemáticos 141
3.1 Introducción 143
3.2 Producto interno 144
3.3 Matrices de rotación 148
3.3.1 Matriz de rotación alrededor del eje z0 151
3.3.2 Matriz de rotación alrededor del eje x0 161
3.3.3 Matriz de rotación alrededor del eje y0 163
3.4 Reglas de rotación 164
3.5 Transformaciones de traslación 171
3.6 Transformaciones homogéneas 173
3.7 Librerías para matrices homogéneas 174
3.7.1 Matriz de transformación homogénea HRx(_) 175
3.7.2 Matriz de transformación homogénea HRy(_) 176
3.7.3 Matriz de transformación homogénea HRz(_) 177
3.7.4 Matriz de transformación homogénea HTx(d) 178
3.7.5 Matriz de transformación homogénea HTy(d) 178
3.7.6 Matriz de transformación homogénea HTz(d) 179
3.7.7 Matriz de transformación DH 180
3.8 Resumen 181
Capítulo 4
Cinemática directa 183
4.1 Introducción 185
4.2 Cinemática inversa 186
4.3 Cinemática diferencial 187
4.4 Clasificación de robots industriales 189
4.5 Convención Denavit-Hartenberg 192
4.5.1 Algoritmo Denavit-Hartenberg 196
4.6 Resumen 198
Capítulo 5
Cinemática directa 199
5.1 Introducción 201
5.2 Brazo robot antropomórfico 202
5.3 Configuración SCARA (RRP) 234
5.4 Robot esférico (RRP) 245
5.5 Manipulador cilíndrico (RPP) 254
5.6 Configuración cartesiana (PPP) 264
5.7 Resumen 273
Parte II Referencias selectas 277
Parte II Problemas propuestos 278
Parte III Dinámica 283
Capítulo 6
Dinámica 285
6.1 Introducción 287
6.2 Estructura matemática para simulación 288
6.3 Sistema masa-resorte-amortiguador 291
6.4 Sistema lineal escalar 295
6.4.1 Estimador de velocidad y filtrado 296
6.5 Centrífuga 301
6.6 Péndulo 305
6.7 Robot de 2 gdl 310
6.8 Robot de 3 gdl 315
6.9 Robot cartesiano 321
6.10 Resumen 327
Capítulo 7
Identificación paramétrica 329
7.1 Introducción 331
7.2 Método de mínimos cuadrados 332
7.2.1 Linealidad en los parámetros 332
7.3 Librería de mínimos cuadrados 334
7.3.1 Caso escalar 334
7.3.2 Caso multivariable 336
7.4 Ejemplos 338
7.5 Modelos de regresión del péndulo 346
7.5.1 Modelo dinámico del péndulo 346
7.5.2 Modelo dinámico filtrado del péndulo 350
7.5.3 Modelo de energía del péndulo 353
7.5.4 Modelo de potencia del péndulo 355
7.5.5 Modelo de potencia filtrada 356
7.5.6 Análisis comparativo de esquemas de regresión 359
7.6 Modelos de regresión del robot de 2 gdl 360
7.6.1 Modelo de regresión dinámico del robot de 2 gdl 361
7.6.2 Modelo de energía del robot de 2 gdl 366
7.6.3 Modelo de potencia del robot de 2 gdl 369
7.6.4 Análisis comparativo de resultados de regresión 372
7.7 Robot cartesiano de 3 gdl 373
7.7.1 Modelo de regresión dinámico del robot cartesiano 374
7.7.2 Modelo de potencia del robot cartesiano de 3 gdl 378
7.7.3 Análisis comparativo de identificación 381
7.8 Resumen 382
Parte III Referencias selectas 383
Parte III Problemas propuestos 385
Parte IV Control 389
Capítulo 8
Control de posición 391
8.1 Introducción 393
8.2 Control proporcional-derivativo (PD) 395
8.2.1 Control PD de un péndulo 397
8.2.2 Control PD de un brazo robot de 2 gdl 403
8.2.3 Control PD de un brazo robot de 3 gdl 408
8.2.4 Control PD de un robot cartesiano de 3 gdl 413
8.3 Control PID 417
8.3.1 Control PID de un robot de 2 gdl 418
8.4 Control punto a punto 422
8.4.1 Control tangente hiperbólico 422
8.4.2 Control arcotangente 426
8.5 Resumen 429
Parte IV Referencias selectas 430
Parte IV Problemas propuestos 431
índice analítico 433

En la parte I de esta obra se presenta el lenguaje de programación de MATLAB y la implementación de los métodos numéricos empleados en robótica y mecatrónica; en la parte II se desarrollan librerías en código fuente de MATLAB para análisis y simulación de cinemática directa usando la metodología Denavit-Hartenberg de robots manipuladores y sistemas mecatrónicos; la parte III está dedicada a la simulación de la dinámica e identificación paramétrica de sistemas mecatrónicos y robots manipuladores; finalmente en la parte IV se presenta el uso de MATLAB en aplicaciones para regulación y control punto a punto de robots manipuladores usando el enfoque de moldeo de energía. Aprenda: La forma en que se aplica MATLAB en la cinemática, dinámica y control de robots manipuladores. Conozca: Las librerías desarrolladas para MATLAB (simbólicas y numéricas) que se utilizan en simulación y aplicaciones con robots manipuladores. Desarrolle: Sus propias aplicaciones para robots manipuladores utilizando los conceptos, las librerías y los ejemplos expuestos en esta obra. Fernando Reyes Cortés. Licenciado en Ciencias de la Electrónica (UAP), Maestro en Ciencias con especialidad en Electrónica (INAOE), Doctor en Ciencias con especialidad en Electrónica y Telecomunicaciones (CICESE). El Dr. Reyes es investigador titular C en la BUAP, es premio estatal de ciencia y tecnología del estado de Puebla, y desde 1993 a la fecha es miembro del Sistema Nacional de Investigadores.