Robotika

Předmět je náhradou za:

Robotika (33ROB)

Přednášející:

Vladimír Smutný (gar.)

Cvičící:

Vladimír Smutný (gar.), Petr Gronát, Pavel Krsek

Předmět zajišťuje:

katedra kybernetiky

Anotace:

Předmět seznámí se základními pojmy robotiky. Pozornost je věnována zejména robotu jako soustavě, kterou je třeba řídit a metodami jejího řízení. Předmět se zabývá podrobněji průmyslovými roboty a manipulátory, jejich kinematikou (přímá a inverzní kinematická úloha, diferenciální kinematikou), základy statiky robotů. Dále jsou rozebrány vlastnosti senzorů pro manipulátory a mobilní roboty (orientace robotu v prostředí), vhodné pohony a akční hlavice. Znalosti nabyté v předmětu jsou přímo použitelné pro stavbu strojů s pohyblivými počítačem řízenými částmi. Základním nástrojem jsou transformace v homogenních souřadnicích.

Požadavky:

Odevzdání samostatných praci,

odevzdání závěrečné zprávy praktické úlohy, předvedení funkčního programu.

Osnova přednášek:

1. Robotika, průmyslový robot a oblast jeho použití.

2. Geometrie robotů, terminologie, počet stupňů volnosti (DOF), struktura manipulátorů.

3. Souřadné systémy, transformace souřadnic.

4. Kinematika sériového a paralelního robotu, kloubové a kartézské souřadnice, přímá a inverzní kinematická úloha.

5. Reprezentace rotace a posuvného pohybu v prostoru.

6. Denavitova-Hartenbergova notace.

7. Inverzní kinematická úloha a její řešení pro 6 DOF robot se sférickým kloubem.

8. Diferenciální kinematika, Jakobiho matice manipulátoru.

9. Statika robotu.

10. Singulární stavy robotu.

11. Přesnost a opakovatelnost robotu.

12. Pohony robotů, senzory robotů.

13. Analýza úlohy a výběr nejlepšího řešení pomocí robotu.

14.Popis a kalibrace systému se složitou geometrií.

Osnova cvičení:

Zhruba polovina cvičení je věnována samostatnému řešení přímé a inverzní kinematické úlohy pro několik robotů, od jednodušších po robota se šest stupni volnosti. Práce studenti odevzdávají do automatického systému, přičemž dostávají zpětnou vazbu o numerické správnosti řešení.

Druhá polovina cvičení probíhá formou otevřených laboratoří na školních robotech, studenti řeší ve dvojicích samostatně složitější úlohy. Zadaná úloha (jiná každý semestr) obsahuje jako základní prvek vyřešení inverzní kinematické úlohy pro konkrétního robotu a její použití při konkrétní aplikaci, např. vrtání robotem. Po zadání studenti píší úvodní specifikaci, přesvědčí asistenty o správnosti svého návrhu řešení, úlohu za pomoci konzultací s asistenty vyřeší, realizují praktické experimenty, napíší zprávu popisující řešení a před asistenty obhájí.

1. Seznámení s laboratorními úlohami, MATLAB, a-test.

2. Oprava a-testu, MATLAB.

Domácí úloha 1: Převody mezi kartézskými, cylindrickými a sférickými souřadnicemi.

3. Přepočet souřadnic při přechodu mezi souřadnými systémy.

Domácí úloha 2: Transformace kartézských souřadnic.

4. Test 1: Transformace kartézských souřadnic.

Domácí úloha 3: Zadání úlohy na reálném robotu.

5. Domácí úloha 4: Přímá a inverzní kinematická úloha planárního manipulátoru.

6. Popis prostorového manipulátoru v Denavitově-Hartenbergově notaci.

Domácí úloha 5: Převody mezi Eulerovými úhly a maticí rotace.

7. Test 2: Denavitova-Hartenbergova notace, řešení DKT a IKT prostorového manipulátoru se 3 stupni volnosti.

Domácí úloha 6: DKT a IKT prostorového manipulátoru se 3 stupni volnosti.

8. Řešení DKT a IKT prostorového manipulátoru se 6 stupni volnosti.

Domácí úloha 7: DKT a IKT prostorového manipulátoru se 6 stupni volnosti.

9. Řešení úlohy 3 na reálném robotu formou otevřené laboratoře.

10. Řešení úlohy 3 na reálném robotu formou otevřené laboratoře.

11. Řešení úlohy 3 na reálném robotu formou otevřené laboratoře.

12. Řešení úlohy 3 na reálném robotu formou otevřené laboratoře.

13. Řešení úlohy 3 na reálném robotu formou otevřené laboratoře.

14. Řešení úlohy 3 na reálném robotu formou otevřené laboratoře.

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] Asada, H., Slotine, J. E.: Robot Analysis and Control. New York: John Wiley and Son, 1986

[2] McKerrow, P.: Introduction to Robotics. Massachusetts: Addison-Wesley, Reading, 1991

[3] Talácko, J., Matička, R.: Konstrukce průmyslových robotů a manipulátorů. Praha, ČVUT, 1995

[4] Valášek, M.: Mechatronika. Praha, ČVUT, 1996

[5] Havel, I.M.: Robotika. Praha, SNTL, 1980

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14+4

Typ cvičení: p

Předmět je nabízen také v anglické verzi.

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a měření- strukturované studium (povinně volitelný předmět)
• Telekomunikace a radiotechnika - vysokofrekvenční a mikrovlná technika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Silnoproudá elektrotechnika - technologické systémy- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Kybernetika a měření - řídicí technika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Elektronika - elektronické systémy- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Ekonomika a řízení energetiky- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Biomedicínské inženýrství- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Ekonomika a řízení v elektrotechnice- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Elektronika - aplikovaná elektronika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Elektronika - elektronika a fotonika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Kybernetika a měření - umělá inteligence- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Kybernetika a měření - měřicí a přístrojové systémy- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Kybernetika a měření - letecké informační a řídicí systémy- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Silnoproudá elektrotechnika - elektrické pohony- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Silnoproudá elektrotechnika - elektroenergetika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Silnoproudá elektrotechnika - aplikovaná elektrotechnika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Telekomunikace a radiotechnika - optoelektrické systémy- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Telekomunikace a radiotechnika - rádiové komunikační, navigační a radarové systémy- strukturované s. (volitelný předmět odborný)
• Telekomunikace a radiotechnika - multimediální, zvuková a televizní technika- strukturované studium (volitelný předmět odborný)
• Telekomunikace a radiotechnika - telekomunikace- strukturované studium (volitelný předmět odborný)