Úvod do robotiky a mechatroniky (URM)
Kredity: | 6 ( Přednášky: 3, Cvičení: 2) |
---|---|
Semestr: | ZS |
Zakončení: | zp; zk |
Garant: | Schlegel Miloš |
Cvičící: | Jáger Arnold |
Anotace
Cílem předmětu je seznámit studenty se základními poznatky z robotiky a mechatroniky a poskytnout teoretický základ pro návrh řídicích systémů v této oblasti.
Přehled látky
Část robotika:
1. Úvod do problematiky robotů (robotika jako vědní disciplína, její základy, historie do současnosti). Architektura a základní terminologie robotiky (pojem otevřený/uzavřený kinematický řetězec, koncový efektor, klouby, konfigurační a operační prostor, počet stupňů volnosti, redundance, singularity, základní typy aktuátorů). Požadavky na roboty (pracovní prostory, přesnost, opakovatelnost, požadavky na rychlosti, zrychlení a síly robotu).
2. Souřadné systémy. Základní transformace mezi souřadnými systémy (elementární transformace - rotace, translace a jejich skládání). Transformace vektorů.
3. Přímý geometrický model sériových a paralelních robotů (umístění koncového efektoru robotu jako funkce kloubových proměnných). Řešitelnost úlohy a metody řešení. Zpětný geometrický model sériových a paralelních robotů (poloha kloubových proměných robotu jako funkce umístění koncového efektoru). Řešitelnost úlohy a metody řešení.
4. Přímý kinematický model sériových a paralelních robotů (rychlosti koncového efektoru robotu jako funkce rychlosti kloubových proměnných robotu). Jacobiho matice. Zpětný kinematický model sériových a paralelních robotů (rychlosti kloubových proměnných robotu jako funkce rychlosti koncového efektoru robotu). Jacobiho matice. Rychlostní a silové závislosti v robotu. Dualita rychlostí a sil. Singulární polohy, analýza a problémy při řízení robotů.
5. Pracovní prostor robotu, dynamický model robotu (Euler-Lagrangeova a Newtonova-Eulerova metoda).
6. Řízení pohybu robotu a plánování trajektorie. Pohyb robotu z bodu do bodu s ohledem na požadovaný tvar trajektorie. Omezení pohybu robotu na maximální rychlost, zrychlení, případně derivaci zrychlení, metody řešení.
Část mechatronika:
7. Úvod do mechatroniky (mechatronika jako vědní disciplína, její základy, historie do současnosti).
8. Vybrané pojmy z kmitání pružných těles (pohybové rovnice diskrétních soustav, modální analýza, spojité soustavy).
9. Dynamika elektrických obvodů (kondenzátor, induktor, napěťový a proudový zdroj, Kirchhofovy zákony, Hamiltonův princip a Lagrangeovy rovnice pro elektrické obvody).
10. Piezoelektrické materiály a aktivní elektromechanické soustavy (matematický popis piezoelektrických soustav, piezoelektrické kompozity, aktivní a pasivní tlumení s piezoelektrickými prvky).
11. Potlačení vynucených kmitů aktivním řízením (pasivní odstínění, "sky-hook" tlumič)
12. Stavový přístup k aktivnímu tlumení vibrací (metoda přiřazení pólů, LQ regulátor, aktivní tlumení vibrací vetknutého nosníku).
13. Diskuze.
Požadavky
Pro získání zápočtu se vyžaduje složení kontrolního testu a vypracování semestrální práce.
Pro složení závěrečné zkoušky se vyžaduje porozumění a aktivní zvládnutí témat kurzu.
Literatura
- Doporučená: Khalil, W.; Dombre, E. Modeling, identification & control of robots. London ; Kogan Page Science, 2002. ISBN 1-903996-66-X.
- Doporučená: Sciavicco, Lorenzo; Siciliano, Bruno. Modelling and control of robot manipulators. London : Springer, 2005. ISBN 1-85233-221-2.
- Doporučená: Preumont, André. Vibration control of active structures : an introduction. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 2002. ISBN 1-4020-0496-6.