robots

Introducción a la

robótica

Introducción a la

robótica
Subir Kumar Saha
Indian Institute of Technology

Revisión técnica:

Jorge Eduardo Aguirre Aguilar
Francisco Javier Sandoval Palafox
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Estado de México

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA• MADRID • NUEVA YORK
SAN JUAN • SANTIAGO • SÃO PAULO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL
NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO

Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos
Editor sponsor: Pablo Roig Vázquez
Coordinadora editorial: Marcela Rocha Martínez
Editora de desarrollo: Karen Estrada Arriaga
Supervisor de producción: Zeferino GarcíaGarcía
Diseño de portada: María Josefa Vaca García
Traducción: Dr. Thomas W. Bartenbach
INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS © 2010, respecto a la primera edición en español por
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Pisos 16 y 17, Colonia Desarrollo Santa Fe,
Delegación Álvaro Obregón
C.P. 01376, México, D.F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736
ISBN 13: 978-607-15-0313-8
Copyright © 2008 de la primera edición en inglés de Introduction to robotics, by Subir
Kumar Saha, published by Tata McGraw-HillEducation Private Limited, NOIDA, India.
ISBN: 978-0-07-066900-0
All rights reserved
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109876543210

Impreso en México

Printed in Mexico

Dedicado a
Los estudiantes de la India

Contenido

Sobre el autor
Prefacio

x

xii

1. Introducción 1
1.1 Historia 1
1.2 Robots 5
1.3 El uso de robots 8
Resumen 13
Ejercicios 13
Ejercicios basados en la web

13

2.Robots seriales 14
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

Subsistemas de robots 14
Clasificación de robots por aplicación 24
Clasificación de robots por sistema de coordenadas 24
Clasificación de robots por su sistema de potencia 29
Clasificación de robots por el método de control 29
Clasificación de robots por método de programación 30
Resumen 30
Ejercicios 31
Ejercicios basados en la web 31Contenido

3. Actuadores 32
3.1
3.2
3.3
3.4

Actuadores neumáticos 33
Actuadores hidráulicos 36
Actuadores eléctricos 38
Selección de motores 49
Resumen 50
Ejercicios 51
Ejercicios basados en la web

51

4. Sensores 52
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

Clasificación de sensores 52
Sensores internos 53
Sensores externos 62
Sistema de visión 66
Selección de sensores 72
Resumen 74Ejercicios 75
Ejercicios basados en la web 75

5. Transformaciones 76
5.1
5.2
5.3
5.4

Arquitectura de robots 76
Posición de un cuerpo rígido 83
Transformación de coordenadas 92
Los parámetros de Denavit y Hartenberg (DH)
Resumen 109
Ejercicios 109
Ejercicios basados en MATLAB 110

100

6. Cinemática 112
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8

Análisis de la posición directa113
Análisis de la posición con cinemática inversa 121
Análisis de velocidad: la matriz jacobiana 130
Velocidades de eslabones 133
Computación jacobiana 134
Jacobiano usando el DeNOC 138
Singularidad 142
Análisis de aceleración 143
Resumen 144
Ejercicios 145
Ejercicios basados en la web 145

vii

viii

Contenido

7. Estática 146
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5

Balance de fuerzas ymomentos 147
Cálculo recursivo 149
Pares de torsión equivalentes 151
El papel del jacobiano en la estática 157
Elipsoide de fuerza 161
Resumen 162
Ejercicios 162
Ejercicios basados en MATLAB 162

8. Dinámica 163
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5

Propiedades de inercia 164
Formulación de Euler-Lagrange 172
La formulación Newton-Euler 181
Algoritmo recursivo de Newton-Euler 186
Algoritmos...