1. Robótica I
Cinemática Directa Robot Scara
Jorge Enrique Lavín Delgado
Universidad La Salle
Jueves 04 de Octubre de 2012
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 1 / 34
2. Teoría de Tornillos
0z
0x
0y
0o
4z
4x
4y
4o
4l
4θ
3d
2θ
2l
1θ
1l
La pose del efector …nal está dada por:
gn
0 (θ) = e
^Z1θ1
e
^Z2θ2
e
^Znθn
gn
0 (0)
g4
0 (θ) = e
^Z1θ1
e
^Z2θ2
e
^Z3d3
e
^Z4θ4
g4
0 (0) (1)
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 2 / 34
4. Ejes de rotación y traslación
0z
0x
0y
0o
4θ
3d
2θ1θ
1k 2k
3k
4k
Ejes de rotación y/o traslación (ki ) de las articulaciones:
k1 = 0 0 1
T
k3 = 0 0 1
T
k2 = 0 0 1
T
k4 = 0 0 1
T
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 4 / 34
5. Puntos sobre los ejes de rotación
0z
0x
0y
0o
4θ
3d
2θ
2l
1θ
1l
1k 2k
4k
1q
2q 4q
Puntos “arbitrarios” (qi ) sobre los ejes de rotación:
q1 = 0 0 0
T
q2 = l1 0 0
T
q4 = l1 + l2 0 0
T
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 5 / 34
6. Matrices exponenciales
4θ
3d
2θ1θ
1 1
ˆZ θ
e 2 2
ˆZ θ
e
4 4
ˆZ θ
e
3 3
ˆZ d
e
g4
0 (θ) = e
^Z1θ1
e
^Z2θ2
e
^Z3d3
e
^Z4θ4
g4
0 (0)
Matrices exponenciales:
Articulación prismática Articulación rotacional
e
^Zi di =
I di ki
0T 1
e
^Zi θi =
"
e
^Ki θi I e
^Ki θi
qi
0T 1
#
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 6 / 34
7. Matrices exponenciales
k1 = 0 0 1
T
k2 = 0 0 1
T
k4 = 0 0 1
T
Matrices de rotación:
e
^Ki θi
=
2
4
k2
x vθi
+ Cθi
kx ky vθi
kz Sθi
kx kz vθi
+ ky Sθi
kx ky vθi
+ kz Sθi
k2
y vθi
+ Cθi
ky kz vθi
kx Sθi
kx kz vθi
ky Sθi
ky kz vθi
+ kx Sθi
k2
z vθi
+ Cθi
3
5
vθi
= 1 Cθi
e
^K1θ1
=
2
4
Cθ1
Sθ1
0
Sθ1
Cθ1
0
0 0 1
3
5 e
^K2θ2
=
2
4
Cθ2
Sθ2
0
Sθ2
Cθ2
0
0 0 1
3
5
e
^K4θ4
=
2
4
Cθ4
Sθ4
0
Sθ4
Cθ4
0
0 0 1
3
5
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 7 / 34
13. Pose del efector …nal
La pose del efector …nal se obtiene con la ecuación (1):
g4
0 (θ) = e
^Z1θ1
e
^Z2θ2
e
^Z3d3
e
^Z4θ4
g4
0 (0)
e
^Z1θ1
e
^Z2θ2
=
2
6
6
4
Cθ1
Sθ1
0 0
Sθ1
Cθ1
0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
2
6
6
4
Cθ2
Sθ2
0 l1 (1 Cθ2
)
Sθ2
Cθ2
0 l1Sθ2
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
=
2
6
6
4
Cθ1+θ2
Sθ1+θ2
0 l1 (Cθ1
Cθ1+θ2
)
Sθ1+θ2
Cθ1+θ2
0 l1 (Sθ1
Sθ1+θ2
)
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
sen (x y) = sen x cos y cos x sen y
cos (x y) = cos x cos y sen x sen y
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 13 / 34
20. Tabla de parámetros
1l
0z
0x
0y
0o
1θ
1x
1y1z
1o
i θi di ai αi
1 θ1 0 l1 0
θi - ángulo entre xi 1 y xi medido sobre zi 1
di - distancia de oi 1 a xi medida a lo largo de zi 1
ai - distancia de zi 1 a oi medida a lo largo de xi
αi - ángulo entre zi 1 y zi medido sobre xi
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 20 / 34
21. Tabla de parámetros
2θ
2l
1x
1y1z
1o 2x
2y
2z
2o
i θi di ai αi
2 θ2 0 l2 180
θi - ángulo entre xi 1 y xi medido sobre zi 1
di - distancia de oi 1 a xi medida a lo largo de zi 1
ai - distancia de zi 1 a oi medida a lo largo de xi
αi - ángulo entre zi 1 y zi medido sobre xi
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 21 / 34
22. Tabla de parámetros
3d
2x
2y
2z
2o
3x
3y
3z
3o
i θi di ai αi
3 0 d3 0 0
θi - ángulo entre xi 1 y xi medido sobre zi 1
di - distancia de oi 1 a xi medida a lo largo de zi 1
ai - distancia de zi 1 a oi medida a lo largo de xi
αi - ángulo entre zi 1 y zi medido sobre xi
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 22 / 34
23. Tabla de parámetros
4l
4θ
3x
3y
3z
3o
4x
4y
4z
4o
i θi di ai αi
4 θ4 l4 0 0
θi - ángulo entre xi 1 y xi medido sobre zi 1
di - distancia de oi 1 a xi medida a lo largo de zi 1
ai - distancia de zi 1 a oi medida a lo largo de xi
αi - ángulo entre zi 1 y zi medido sobre xi
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 23 / 34
24. Matrices de paso
Para obtener las matrices de paso Ai , sólo hay que sustituir los
parámetros θi , di , ai y αi en (2):
Ai =
2
6
6
4
Cθi
Sθi
Cαi Sθi
Sαi ai Cθi
Sθi
Cθi
Cαi Cθi
Sαi ai Sθi
0 Sαi Cαi di
0 0 0 1
3
7
7
5 (2)
Tabla de parámetros:
i θi di ai αi
1 θ1 0 l1 0
2 θ2 0 l2 180
3 0 d3 0 0
4 θ4 l4 0 0
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 24 / 34
29. Matriz de transformación homogénea
La matriz de transformación homogénea que relaciona los
referenciales base y del efector …nal se calcula como:
Tn
0 =
n
∏
i=1
Ai = A1A2 An ) T4
0 =
4
∏
i=1
Ai = A1A2A3A4
0z
0x
0y
0o
4z
4x
4y
4o
4l
4θ
3d
2θ
2l
1θ
1l
4
0T
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 29 / 34
30. Matriz de transformación homogénea
T4
0 =
4
∏
i=1
Ai = A1A2A3A4
=
2
6
6
4
Cθ1
Sθ1
0 l1Cθ1
Sθ1
Cθ1
0 l1Sθ1
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
2
6
6
4
Cθ2
Sθ2
0 l2Cθ2
Sθ2
Cθ2
0 l2Sθ2
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
2
6
6
4
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 d3
0 0 0 1
3
7
7
5
2
6
6
4
Cθ4
Sθ4
0 0
Sθ4
Cθ4
0 0
0 0 1 l4
0 0 0 1
3
7
7
5
Tenga en cuenta que en general el producto de matrices no es
conmutativo, es decir, AB 6= BA.
Por otro lado, una buena asociación de matrices simpli…ca de manera
notoria los cálculos.
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 30 / 34
31. Matriz de transformación homogénea
La matriz de transformación homogénea está dada por:
T4
0 =
4
∏
i=1
Ai = A1A2A3A4
A1A2 =
2
6
6
4
Cθ1
Sθ1
0 l1Cθ1
Sθ1
Cθ1
0 l1Sθ1
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
2
6
6
4
Cθ2
Sθ2
0 l2Cθ2
Sθ2
Cθ2
0 l2Sθ2
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
=
2
6
6
4
Cθ1+θ2
Sθ1+θ2
0 l1Cθ1
+ l2Cθ1+θ2
Sθ1+θ2
Cθ1+θ2
0 l1Sθ1
+ l2Sθ1+θ2
0 0 1 0
0 0 0 1
3
7
7
5
sen (x y) = sen x cos y cos x sen y
cos (x y) = cos x cos y sen x sen y
Jorge E. Lavín Delgado (ULSA) Cinemática Directa Robot Scara 04/Octubre/2012 31 / 34