Física Orientada a la Modelización y la Animación Realista

• Horas semanales
• Competencias
• Objetivos
• Contenidos
• Actividades
• Metodología docente
• Método de evaluación
• Bibliografía
• Capacidades previas

Profesorado

Responsable

• Joaquim Casulleras Ambros ( )

Horas semanales

Competencias

Competencias Técnicas

Competencias técnicas comunes

• CT1 - Demostrar conocimiento y comprensión de hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relativas a la informática y a sus disciplinas de referencia.
  • CT1.2A - Demostrar conocimiento y comprensión de los conceptos fundamentales de la programación y de la estructura básica de un computador. CEFB5. Conocimiento de la estructura, funcionamiento e interconexión de los sistemas informáticos, así como los fundamentos de su programación.
  • CT1.2B - Interpretar, seleccionar y valorar conceptos, teorías, usos y desarrollos tecnológicos relacionados con la informática y su aplicación a partir de los fundamentos matemáticos, estadísticos y físicos necesarios. CEFB3. Capacidad para comprender y dominar los conceptos básicos de matemática discreta, lógica, algorítmica y complejidad computacional, y su aplicación para el tratamiento automático de la información por medio de sistemas computacionales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
• CT5 - Analizar, diseñar, construir y mantener aplicaciones de forma robusta, segura y eficiente, escogiendo el paradigma y los lenguajes de programación más adecuados.
  • CT5.1 - Escoger, combinar y explotar diferentes paradigmas de programación, en el momento de construir software, atendiendo a criterios como la facilidad de desarrollo, la eficiencia, la portabilidad y la mantenibilidad.
  • CT5.2 - Conocer, diseñar y utilizar de forma eficiente los tipos y las estructuras de datos más adecuados para la resolución de un problema.
  • CT5.5 - Usar las herramientas de un entorno de desarrollo de software para crear y desarrollar aplicaciones.

Competencias Transversales

Razonamiento

• G9 [Avaluable] - Capacidad de razonamiento crítico, lógico y matemático. Capacidad para resolver problemas dentro de su área de estudio. Capacidad de abstracción: capacidad de crear y utilizar modelos que reflejen situaciones reales. Capacidad de diseñar y realizar experimentos sencillos, y analizar e interpretar sus resultados. Capacidad de análisis, síntesis y evaluación.
  • G9.1 - Capacidad de razonamiento crítico, lógico y matemático. Capacidad para comprender la abstracción y utilizarla adecuadamente.

Competencias Técnicas de cada especialidad

Especialidad de computación

• CCO2 - Desarrollar de forma efectiva y eficiente los algoritmos y el software apropiados para resolver problemas complejos de computación.
  • CCO2.2 - Capacidad para adquirir, obtener, formalizar y representar el conocimiento humano de una forma computable para la resolución de problemas mediante un sistema informático en cualquier ámbito de aplicación, particularmente los relacionados con aspectos de computación, percepción y actuación en ambientes o entornos inteligentes.

Objetivos

1. Conocer, comprender y usar correctamente las relaciones de transformación entre sistemas de referencia,
   Competencias relacionadas: G9.1,
2. Saber desarrollar modelos matemáticos de sistemas de elementos rígidos articulados.
   Competencias relacionadas: G9.1, CT5.2,
3. Dominar el formalismo de Denavit-Hartenberg.
   Competencias relacionadas: CT5.2, CCO2.2,
4. Saber identificar el conjunto de variables adecuado al sistema físico estudiado. Tener la capacidad de determinar los
   valores de las variables de articulación para lograr una configuración dada en condiciones estáticas.
   Competencias relacionadas: CT5.2,
5. Saber dar una modelización matemàtica de las propiedades físicas de cuerpos extensos (una roca, un elemento rí­gido de forma arbitrària), sistemas de elementos rí­gidos articulados (robot, manipulador industrial). Entender el concepto del tensor de inercia para describir la distribución de masa de un objeto.
   Competencias relacionadas: G9.1,
6. Conocer, entender y saber utilizar las leyes de la cinemática y de la dinámica en sistemas de muchas partículas.
   Competencias relacionadas: G9.1, CCO2.2,
7. Entender y utilizar adecuadamente los teoremas de conservación de las cantidades de movimiento.
   Competencias relacionadas: G9.1, CT1.2B,
8. Saber describir y determinar los efectos de varias fuerzas: gravedad, resistencia aerodinámica, fuerzas elásticas.
   Competencias relacionadas:
9. Conocer y saber utilizar el formalismo de Lagrange para determinar ecuaciones esaticas y dinámicas.
   Competencias relacionadas: G9.1,
10. Saber identificar las variables relevantes en sistemas que se encuentran bajo condiciones dinámicas restringidas.
    Competencias relacionadas: G9.1,
11. Saber incorporar y tratar matemáticamente los efectos de las condiciones de ligadura sobre las ecuaciones dinámicas.
    Competencias relacionadas: G9.1,
12. Conocer y utilizar métodos matemàticos por computador para la integración de las ecuaciones dinámicas.
    Competencias relacionadas: CT1.2A, CT5.2, CT5.5, CT1.2B,
13. Ser capaz de construir una animación basada en la solución numéica por computador de las ecuaciones dinámicas del sistema.
    Competencias relacionadas: CT1.2A, CT5.2, CT5.5, CT5.1, CT1.2B,

Contenidos

1. Transformaciones geométricas en el espacio. Formalismo Denavit-Hartenberg.
   Relaciones de transformación entre sistemas de referencia. Formalismo de Denavit-Hartenberg. Modelado matemático de sistemas de elementos rígidos articulados.
2. Física de cuerpos extensos.
   Modelado matemático de las propiedades físicas de cuerpos extensos (una roca, un elemento rígido), sistemas de elementos rígidos articulados (robot, manipulador industrial). Distribución de masa, tensor de inercia.
3. Sistemas de N cuerpos en interacción.
   Cinemática y dinámica de sistemas de muchas partículas. Teoremas de conservación. Tipos de fuerzas relevantes: gravedad, resistencia aerodinámica, fuerzas elásticas. Choques.
4. Dinámica de sistemas con N grados de libertad. Dinàmica en condiciones restringidas.
   Identificación de variables generalizadas relevantes. Sistemas bajo condiciones dinámicas restringidas. Determinación de las ecuaciones dinámicas restringidas.
5. Animación de sistemas físicamente realista.
   Métodos de integración de las ecuaciones del movimiento. Trayectoria. Visualización de objetos y sistemas en movimiento mediante la dinámica bajo restricciones cinemáticas.

Actividades

Actividad Acto evaluativo

Metodología docente

Método de evaluación

Bibliografía

Básica:

• Elements de mecànica aplicada a la robòtica - Garcia, D.; Guardia, E, Edicions UPC, 1996. ISBN: 8483011670
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991001351179706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Ingeniería mecánica: vol. 2: dinámica - Riley, W.F.; Sturges, L.D, Reverté, 1996. ISBN: 8429142568 (V.2)
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991001355489706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca

Capacidades previas