Uso de un controlador con tecnología FPGA y tiempo real para el SCORBOT-ER 4U - Tesis

Aug 28, 2026

Tesis enfocada en el diseño y uso de un controlador que integra tecnología FPGA y procesamiento en tiempo real para operar el robot SCORBOT-ER 4U. El trabajo desarrolla fundamentos de robótica, análisis cinemático y modelado, incluyendo cinemática directa e inversa mediante transformaciones y matrices homogéneas, además de la implementación de algoritmos para posicionamiento y orientación. Se describen módulos de programación en FPGA, control PID, generación PWM, lectura de interruptores, y programación en entorno Real Time, con perfiles de trayectoria, integración con LabVIEW y una interfaz en PC. Incluye pruebas, simulación 3D y resultados de funcionamiento, cerrando con conclusiones y referencias.

IdiomaSpanish

CategoríaInvestigación e Informes

FormatoPDF

Páginas71

Tiempo de lectura1 h 49 min

AccesoGratis para descargar

Tabla de contenidos

Introducción

Antecedentes

Robótica

Robot SCORBOT-ER 4u

Controller-USB

Trabajos anteriores

CompactRIO®

Objetivos

Alcances

Cinemática del Robot

Cinemática directa

Algoritmo de D-H aplicado al robot SCORBOT-ER 4u

Cinemática inversa

Cinemática de posición inversa

Cinemática de orientación inversa

Implementación

Programación en el chasis FPGA

Posicionamiento de articulaciones

Control PID

Generación de PWM

Lectura de interruptores

Programación del controlador Real Time

Posicionamiento de HOME

Cinemática inversa

Perfil de trayectoria

Manipulación de variables del control PID

Programación en la PC

Interfaz principal

Interfaz simulación 3D

Interfaz monitores de variables

Pruebas y Resultados

Cinemática inversa

Simulación 3D

Funcionamiento del SCORBOT-ER 4u

Conclusiones

Referencias

Anexos

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA USO DE UN CONTROLADOR CON TECNOLOGÍA FPGA Y TIEMPO REAL PARA EL SCORBOT-ER 4U TESIS Que para obtener el título de INGENIERO MECATRÓNICO P R E S E N T A EMMANUEL JUAN CIPRES TORRES DIRECTOR DE TESIS M.I. SERAFIN CASTAÑEDA CEDEÑO Ciudad Universitaria, Ciudad de México, 2016 UNAM FACULTAD DE INGENIERIA ÍNDICE Índice 1 Introducción 1 1.1 Antecedentes 1 1.1.1 Robótica 1 1.1.2 Robot SCORBOT-ER 4u 5 1.1.3 Controller-USB 7 1.1.4 Trabajos anteriores 8 1.1.5 CompacRIO® 11 1.2 Objetivos 15 1.3 Alcances 15 2 Cinemática del Robot 16 2.1 Cinemática directa 16 2.1.1 Algoritmo de D-H aplicado al robot SCORBOT-ER 4u 17 2.2 Cinemática inversa 21 2.2.1 Cinemática de posición inversa 21 2.2.2 Cinemática de orientación inversa 24 3 Implementación 26 3.1 Programación en el chasis FPGA 28 3.1.1 Posicionamiento de articulaciones 28 3.1.2 Control PID 30 3.1.3 Generación de PWM 32 3.1.4 Lectura de interruptores 33 3.2 Programación del controlador Real Time 33 3.2.1 Posicionamiento de HOME 34 3.2.2 Cinemática inversa 35 3.2.2.1 Matrices homogéneas 35 3.2.2.2 Módulo de LabVIEW robotics 35 3.2.3 Perfil de trayectoria 37 3.2.4 Manipulación de variables del control PID 38 3.3 Programación en la PC 38 UNAM FACULTAD DE INGENIERIA ÍNDICE 3.3.1 Interfaz principal 39 3.3.2 Interfaz simulación 3D 43 3.3.3 Interfaz monitores de variables 44 4 Pruebas y Resultados 46 4.1 Cinemática inversa 46 4.2 Simulación 3D 47 4.3 Funcionamiento del SCORBOT-ER 4u. 49 5 Conclusiones 56 6 Referencias 59 7 Anexos 62 Anexo A. Conector del robot Anexo B. Diagrama de conexiones Anexo C. Cotizaciones de precios entre controladores U. N.A. M. CAPÍTULO 1 FACULTAD DE INGENIERÍA INTRODUCCIÓN 1 Introducción 1.1 Antecedentes Durante los últimos años, hablar de robótica es abordar un tema muy amplio gracias a las diversas aplicaciones que conlleva, debido a los grandes beneficios que ha brindado para el desarrollo de nuevas tecnologías tanto para la industria, universidades y actualmente en el hogar realizando tareas domésticas. Hoy en día, existen fábricas industriales completamenteautomatizadas gracias a los robots manipuladores. La robótica aun así, es un campo nuevo de la tecnología. 1.1.1 Robótica La Robótica es “una disciplina científica que aborda la investigación y desarrollo de unaclase particular de sistemas mecánicos, denominados robots manipuladores, diseñados pararealizar una amplia variedad de aplicaciones industriales, científicas, domésticas y comerciales.” [1] [Barrientos] El vocablo robot proviene de la palabra checa “robotas” que significa trabajo, y ha sido adoptado a varias lenguas incluido el español. Existen una gran variedad de definiciones para el termino robot dependiendo del tipo de literatura, para este trabajo y su aplicación, se optó por la definición: “Un robot manipulador industrial es una máquina manipuladora con varios grados de libertad controlada automáticamente, reprogramable y de múltiple usos, pudiendo estar en un lugar fijo o móvil para su empleo en aplicaciones industriales” de la Federación Internacional de Robótica bajo la norma ISO/TR 8373. Figura 1.1 Línea de ensamble de Volkswagen en Baunatal, Alemania. [E1] De la misma forma que existe cierta controversia para definir lo que es un robot, tambiénes el mismo problema al momento de clasificar los robots, una clasificación más formal es la que da la Asociación Francesa de Robótica Industrial (AFRI) . U. N.A. M. CAPÍTULO 1 FACULTAD DE INGENIERÍA INTRODUCCIÓN | Tipo | Definición | | --- | --- | | Tipo A | Manipulador con control manual o telemando. | | Tipo B | Manipulador automático con ciclos preajustados; regulación mediante fines de carrara o topes por PLC; accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico. | | Tipo C | Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece deconocimientos so

Preguntas frecuentes

Cuál es el objetivo principal de la tesis sobre el SCORBOT-ER 4U?

Diseñar y emplear un controlador con tecnología FPGA y tiempo real para lograr el posicionamiento y control del robot SCORBOT-ER 4U mediante cinemática y algoritmos de control.

Qué técnicas cinemáticas se desarrollan para el robot?

Se aborda la cinemática directa con el algoritmo de Denavit-Hartenberg (D-H) y la cinemática inversa, incluyendo cálculo de posición y de orientación mediante matrices homogéneas.

Cómo se implementa el control del robot en FPGA y en tiempo real?

En el chasis FPGA se implementa el posicionamiento de articulaciones con control PID, generación de PWM y lectura de interruptores, mientras que en el controlador Real Time se integra el posicionamiento HOME, la cinemática inversa, perfiles de trayectoria y la manipulación de variables del PID; además se describe la integración con LabVIEW y la interfaz en PC.

Aug 28, 2026

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