Créditos ECTS Créditos ECTS: 6
Horas ECTS Criterios/Memorias Horas de Tutorías: 3 Clase Expositiva: 24 Clase Interactiva: 24 Total: 51
Lenguas de uso Castellano, Gallego
Tipo: Materia Ordinaria Grado RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Física Aplicada
Áreas: Física Aplicada
Centro Escuela Politécnica Superior de Ingeniería
Convocatoria: Segundo semestre
Docencia: Con docencia
Matrícula: Matriculable | 1ro curso (Si)
Como resultado del aprendizaje, los alumnos adquirirán destreza en el manejo de las herramientas matemáticas necesarias para localización-orientación de sistemas acoplados de cuerpos tridimensionales en el espacio, así como para su análisis cinético, estático y dinámico. Deben aprender cómo aplicar estos conocimientos a brazos articulados y sistemas mecánicos funcionales de diferente diseño.
Se concretan a continuación los objetivos particulares de cada tema.
TEMA 1.- Introducción
Introducción general a los robots desde el punto de vista de sistemas articulados de diferentes componentes.
TEMA 2.- Herramientas matemáticas para la localización y orientación espacial de cuerpos rígidos.
Introducir las herramientas matemáticas necesarias para realizar transformaciones entre diferentes sistemas de coordenadas y entre diferentes posiciones u orientaciones en el mismo sistema de coordenadas.
TEMA 3.- Cinemática directa.
Aprender a localizar la posición y la orientación del elemento terminal de un robot a partir de las coordenadas de sus articulaciones.
TEMA 4.- Manipulabilidad y estática de robots
Aprender a calcular el vector giro del elemento terminal de un robot a partir de las posiciones y velocidades de las articulaciones. Veremos diferentes usos de la matriz Jacobiana, incluyendo la determinación de fuerzas, singularidades y elipsoides de manipulabilidad de un robot.
TEMA 5.- Cinemática inversa.
Aprender a encontrar el conjunto de coordenadas de las articulaciones que satisfacen una determinada posición y orientación del elemento terminal.
TEMA 6.- Dinámica.
Resolver las ecuaciones del movimiento de un robot.
TEMA 7.- Trayectorias.
Encontrar el camino que deben recorrer las articulaciones de un robot para alcanzar un objetivo predefinido.
Los contenidos generales de esta materia conforme la Memoria Verificada de la Titulación son: Herramientas matemáticas para la localización espacial. Cinemática del sólido rígido: movimiento plano y tridimensional. Dinámica del sólido rígido:momentos y productos de inercia. Traslación, rotación y movimiento plano cualquiera. Dinámica del sólido rígido en tres dimensiones. Estática de sistemas de sólidos rígidos útiles en robótica. Estos contenidos se explicarán adaptándolos al grado de Robótica de acuerdo al siguiente programa:
Para cada contenido se indican las horas en el siguiente formato:
Título del tema [hp (hpe + hpi); hnp]
Donde hp son horas presenciales totales que se distribuyen en expositivas (hpe) e interativas (hpi); y hnp son las horas no presenciales.
TEMA 1.- Introducción. [2 (2 + 0); 1]
Conceptos y definiciones generales.
Morfología de robots: clasificación de robots siguiendo diferentes criterios, estructura y articulaciones, grados de libertad de un robot
Espacio de configuraciones: topología y representación
Espacio de tareas y espacio de trabajo.
TEMA 2.- Herramientas matemáticas para la localización y orientación espacial de cuerpos rígidos [8 (5 + 3); 14]
Introducción y conceptos generales
Movimiento plano de un sólido rígido
Movimiento general de un sólido rígido en el espacio: rotaciones, velocidades angulares, coordenadas exponenciales, matrices de transformación homogéneas, giros y llaves
Ejemplos y aplicaciones.
TEMA 3.- Cinemática directa [5 (3 + 2); 12]
Introducción
Fórmula del producto de matrices exponenciales
Ejemplos de resolución cinemática directa
Cinemática directa usando el elemento terminal como sistema de referencia
Ejemplos y aplicaciones.
TEMA 4.- Manipulabilidad y estática de robots [8 (5 + 3); 14]
Introducción
Matriz Jacobiana: derivación en un sistema de referencia fijo y en un sistema de referencia localizado en el elemento terminal
Estática: singularidades y manipulabilidad
Ejemplos y aplicaciones
TEMA 5.- Cinemática inversa [3 (2 + 1); 10]
Introducción
Cinemática inversa analítica
Cinemática inversa numérica: algoritmo de Newton-Raphson
Ejemplos y aplicaciones
TEMA 6.- Dinámica [7 (5 + 2); 15]
Introducción
Formulación de Newton-Euler para las ecuaciones del movimiento
Resolución del problema dinámico directo e inverso
Ejemplos y aplicaciones
TEMA 7.- Trayectorias [3 (2 + 1); 10]
Introducción
Trayectorias punto a punto
Interpolaciones, sobreaceleración y aproximaciones
Ejemplos y aplicaciones
Prácticas de laboratorio:
Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio en sesiones de 4 horas por práctica. Cada estudiante realizará un total de 3 prácticas, lo que hace un total de 12 h de trabajo en el laboratorio. El profesor asignará a cada alumno las prácticas que debe realizar de entre las siguientes:
Introducción al funcionamiento general de un brazo articulado, calibración y análisis cinemático
Trayectorias del elemento terminal de un brazo articulado
Estática y dinámica de un brazo articulado
Con este temario y distribución horaria tendríamos un total de 24 horas presenciales expositivas, 12 horas presenciales interactivas en aula, otras 12 horas presenciales interactivas en laboratorio y 72 horas de trabajo no presencial, por cuenta del alumno. A esto deben sumarse las horas de tutorías, evaluación y revisión de exámenes, como veremos más adelante, hasta completar un total de 6 ECTS.
A los alumnos se les facilitará apuntes de la asignatura a través del Aula Virtual. Se incluyen a continuación algunas referencias útiles para diferentes partes de esta asignatura. Varias copias de las principales referencias estarán disponibles en la Biblioteca Intercentros. Algunos de estos libros se encuentran disponibles libremente en internet.
Libros de consulta básicos:
Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control," Kevin M. Lynch and Frank C. Park, Cambridge University Press, 2017, ISBN 9781107156302.
Fundamentos de Robótica. Segunda edición. A. Barrientos, L. F. Peñín, C. Balaguer, R. Aracil. Mc Graw Hill. ISBN: 978-84-481-5636-7. 2007.
Theory of Applied Robotics. Reza N. Jazar. Springer. ISBN 978-1-4419-1749-2. 2010.
Ingeniería Mecánica. Estática. Decimosegunda edición. R. C. Hibbeler. ISBN: 978-607-442-561-1. 2010.
Engineering vibration. Fourth Edition. Daniel J. Inman. Pearson. ISBN 10: 0-273-76844-1. 2014.
Libros de consulta complementarios:
Robótica. Tercera Edición. John J. Craig. Pearson Prentice Hall. ISBN: 970-26-0772-8. 2006.
A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. R. M. Murray, Z. Li, S. S. Sastry. CRC Press. ISBN: 9780849379819. 1994.
Dynamics. Theory and Application of Kane’s Method. Carlos M. Roithmayr, Deway H. Hodges. Cambridge University Press. ISBN: 978-1-107-00569-3. 2016.
Robot Kinematics and Dynamics. H. Bruyninckx. Universidad Católica de Leuven, Belgium. Disponible online. 2010.
Engineering Mechanics, Volume 1: Statics. J. L. Meriam, L. G. Kraige. Wiley. ISBN: 0471406465,9780471406464. 2001.
The Physics of Vibrations and Waves. H. J. Pain Wiley. ISBN: 9780470016954. 2005.
Al terminar con éxito esta asignatura, los estudiantes serán capaces de:
Conocimiento:
Con17. Conocer los fundamentos de la mecánica clásicas y sus leyes aplicadas a la robótica.
Con18. Comprender el manejo de las herramientas matemáticas necesarias para localización-orientación de sistemas acoplados de cuerpos tridimensionales en el espacio, así como para su análisis cinético, estático y dinámico
Destreza:
H/D18. Aplicar estos conocimientos a brazos articulados y sistemas mecánicos funcionales de diferente diseño H/D19. Manejar los instrumentos propios de un laboratorio de mecánica básica.
Competencia:
Comp03. Entender, en problemas de ingeniería, los fundamentos físicos en los que se basa la ingeniería de la robótica: estática, cinemática, dinámica, electromagnetismo y circuitos eléctricos y electrónicos.
Adicionalmente, en esta materia, el estudiante adquirirá una serie de competencias genéricas, deseables en cualquier titulación universitaria, y específicas, propias de la ingeniería en general o de la robótica en particular. Dentro del marco que se diseñó para la titulación, se trabajan las siguientes:
Competencias BÁSICAS
CB1: Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en los libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
CB2: Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
CB3: Que los estudiantes tengan la capacidad de reunirse e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4: Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones un público tanto especializado como no especializado.
CB5: Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
Competencias GENERALES
CG1: Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.
CG3: Capacidad de utilizar herramientas informáticas para el modelado, la simulación y el diseño de aplicaciones de ingeniería.
CG5: Ser capaz de obtener y analizar información sobre circuitos, elementos de máquinas, control automático, sensores y sistemas informáticos, con el fin último de lograr aplicaciones robóticas autónomas y flexibles.
CG6: Concebir, calcular, diseñar y poner en marcha algoritmos, equipos o instalaciones en el ámbito de la robótica, para aplicaciones industriales o de servicios, teniendo en cuenta aspectos de calidad, seguridad, criterios medioambientales, uso racional y eficiente de recursos.
CG7: Capacidad de trabajar en un grupo multidisciplinar y de comunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos, procedimientos, resultados e ideas relacionadas con la robótica y la electrónica.
Competencias TRANSVERSALES
CT1: Capacidad de análisis y síntesis.
CT2: Capacidad para el razonamiento y la argumentación.
CT3: Capacidad de trabajo individual, con actitud autocrítica.
CT4: Capacidad para trabajar en grupo y abarcar situaciones problemáticas de forma colectiva.
CT5: Capacidad para obtener información adecuada, diversa y actualizada.
CT6: Capacidad para elaborar y presentar un texto organizado y comprensible.
CT7: Capacidad para realizar una exposición en público de forma clara, concisa y coherente.
CT8: Compromiso de veracidad de la información que ofrece a los demás.
CT9: Habilidad en el manejo de tecnologías de la información y de la comunicación (TIC).
CT10: Utilización de información bibliográfica y de Internet.
CT12: Capacidad para resolver problemas mediante la aplicación integrada de sus conocimientos.
Se seguirán las metodologías generales descritas para este grado en el apartado 5.1 de la memoria de la titulación.
El desarrollo de las actividades programadas de la materia se llevará a cabo en diferentes tipos de sesiones (se especifican entre paréntesis el número máximo de estudiantes por grupo y las competencias trabajadas, a excepción de todas las básicas, CB1, CB2, CB3, CB4 y CB5, que se trabajarán en todas las actividades):
Lección magistral - Grupo grande (50) (CG1, CG5, CT2, CT12, con17, con18, H/D18, comp03)
Clases magistrales de contenido teórico con apoyo de material multimedia: vídeos, diapositivas y proyecciones de simulaciones por ordenador. Se hará uso de la plataforma Microsoft Teams y del Campus Virtual para distribuir el material de apoyo.
Seminario - Grupos reducidos (<25)
Seminarios para realización de problemas-tipo (ampliación y aplicación de las explicaciones anteriores), resolución de problemas reto en grupo, implementación computacional de algoritmos, simulación de sistemas articulados mediante herramientas virtuales y presentación de resultados frente a los compañeros: CG1, CG3, CG7, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT7, CT8, CT12, con17, con18, H/D18, comp03.
Prácticas de laboratorio. Clases prácticas de laboratorio y simulaciones por ordenador : realización de experimentos en colaboración con compañeros y presentación de los resultados obtenidos tanto en una memoria escrita como de forma oral: CG3, CGT5, CG7, CT1, CT2, CT4, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT12, con17, con18, H/D18, comp03.
Presentaciones - Grupos muy reducidos (<15)
Presentación de pequeños proyectos realizados a lo largo del curso y discusión acerca de los resultados obtenidos. (CG7, CT1, CT2, CT3, CT4, CT7, CT8, CT9, CT10, CT12)
Utilización del Aula Virtual y de la plataforma Microsoft Teams (CG1, CG5, CT3, CT5, CT6, CT9, CT10)
Guía docente
Diapositivas de las clases magistrales
Guiones para el estudio de cada tema
Formularios
Boletines de cuestiones
Boletines de problemas y sus soluciones
Guiones de prácticas
Códigos de ejemplo para resolución de ejercicios por ordenador
Enlaces a material complementario diverso para cada tema
Vídeos
Noticias de prensa relacionadas con los contenidos de la materia
Artículos de divulgación científica
Applets de Java
Propuestas de trabajos acompañadas del correspondiente material de apoyo.
Foros de discusión
Correo electrónico
Tablón de anuncios
De acuerdo a la memoria del grado, el sistema de evaluación será resultado de la ponderación entre un examen final, la realización de prácticas en el laboratorio y la entrega y presentación de problemas, trabajos y pequeños proyectos que se irán proponiendo a lo largo del curso. El peso de cada parte en la evaluación será el siguiente:
Examen final: 50%. Competencias evaluadas: CT1,2,6; CB1,5; con17, con18, H/D18, comp03
Prácticas de laboratorio, incluyendo presentación de memoria: 20%. Competencias evaluadas: CT1-9; CB1-5; con17, con18, H/D18, comp03
Entrega de tareas a lo largo del curso: 20%. Competencias evaluadas: CT1-6,8,10,12; CB1,5; con17, con18, H/D18, comp03
Presentación oral de proyectos: 10%. Competencias evaluadas: CT1-12; CB1-5; con17, con18, H/D18, comp03
Para superar la asignatura será necesario obtener una calificación igual o superior a 5.0 tanto en el examen final como en las prácticas de laboratorio y en el promedio ponderado de todas las actividades del listado anterior. La realización de las prácticas de laboratorio es obligatoria. En caso de no poder asistir a alguna de las sesiones es necesario entregar una justificación al profesor y realizar la práctica correspondiente en una fecha y horario alternativo. En caso de que no sea posible recuperar la práctica perdida, la evaluación se realizará descontando la parte proporcional a las prácticas que no se realizaron por lo que la ausencia a 2 sesiones de prácticas imposibilita el aprobado tanto en las prácticas como en la asignatura.
Aunque no habrá control explícito de asistencia, durante las clases presenciales se irán asignando pequeñas tareas, proyectos y ejercicios que se recogerán y tendrán en cuenta en la evaluación. En caso de no participar de estas actividades la máxima calificación que se podrá obtener en la asignatura será un 8.0.
Al inicio de curso se asignará a los alumnos un pequeño proyecto que deberá presentar y defender de manera oral en los grupos de tutorías en aula. La evaluación del proyecto y de su presentación tendrá un peso del 10% en la calificación final. La realización de este proyecto no es obligatoria para aprobar la asignatura pero en caso de no presentarse la máxima calificación que se podrá obtener será un 9.0.
Criterios específicos para la primera oportunidad de evaluación: no se contemplan
Criterios específicos para la primera oportunidad de evaluación: no se contemplan
Criterios específicos para alumnos repetidores: no se contemplan
Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación el recogido en la “Normativa de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones”.
Artículo 16. Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas.
La realización fraudulenta de algún ejercicio o prueba exigido en la evaluación de una materia implicará la calificación de suspenso en la convocatoria correspondiente, con independencia del proceso disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Se considera fraudulenta, entre otras, la realización de trabajos plagiados u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o reinterpretación y sin citas a los autores y de las fuentes.
Se indica a continuación una estimación del número de horas que se deben dedicar a cada actividad formativa.
Docencia expositiva (24 h; asistencia muy aconsejable)
Docencia interactiva en laboratorio (prácticas) (12 h; asistencia obligatoria)
Docencia interactiva aula (seminarios) (12 h; asistencia muy aconsejable)
Tutorías en grupos reducidos (3 h; asistencia muy aconsejable)
Tutorías individualizadas (4 h; asistencia aconsejable)
Realización de examen (5 h; asistencia obligatoria)
Revisión de teoría y realización de ejercicios (48 h; trabajo individual)
Preparación de memoria de Laboratorio (10 h; trabajo individual)
Realización de tareas y proyectos (25 h; trabajo individual o en pequeños grupos)
Preparación y revisión de examen (7 h; trabajo individual)
Asistir a todas las actividades presenciales
Participar de manera activa en las actividades interactivas
Hacer uso de las tutorías individuales
Consultar la bibliografía recomendada
Llevar el estudio de la materia al día
Realizar todas las tareas asignadas
Utilizar correctamente las herramientas y el material de apoyo del aula Virtual
A los alumnos repetidores que hayan obtenido una calificación superior a 5.0 en el examen o en las prácticas de laboratorio se les conservará esa calificación (si así lo desean) durante un máximo de 2 convocatorias.
Si por un motivo justificado se le concediese a algún alumno dispensa de asistencia, se realizaría la evaluación en base a un examen de los contenidos de la materia, de la asignación de tareas y algún pequeño proyecto que en cualquier caso debería presentar de manera oral y un examen práctico en el laboratorio, del cual deberá presentar una memoria. De esta manera podrían evaluarse todas las competencias descritas en el apartado 4 de la presente guía.
Angel Piñeiro Guillen
Coordinador/a- Departamento
- Física Aplicada
- Área
- Física Aplicada
- Correo electrónico
- angel.pineiro [at] usc.es
- Categoría
- Profesor/a: Titular de Universidad
Daniel Conde Torres
- Departamento
- Física Aplicada
- Área
- Física Aplicada
- Correo electrónico
- danielconde.torres [at] usc.es
- Categoría
- Predoutoral Xunta
| Martes | |||
|---|---|---|---|
| 09:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castellano | Aula 7 (Aulario 2) |