Dynamika a řízení robotů

Přednášející:

Zbyněk Šika (gar.)

Cvičící:

Pavel Krsek, Zbyněk Šika (gar.), Petr Beneš, Jiří Borovec, Michal Reinštein, Vladimír Smutný

Předmět zajišťuje:

katedra kybernetiky

Anotace:

Předmět seznámí s robotem jako dynamickým systémem, jeho návrhem, identifikací, řízením a programováním. Postupy jsou použitelné pro další dynamické elektromechanické systémy, např. výrobní a manipulační stroje.

Požadavky:

Znalost základních metod dynamického modelování mechanických systémů. Znalost základních metod kinematické analýzy prostorových mechanismů, zvláště pak robotů (inversní kinematická úloha, přímá kinematická úloha). Znalost základních metod řízení systémů.

Osnova přednášek:

1. Základní metody dynamického modelování - Newton-Eulerovy rovnice.

2. Základní metody dynamického modelování - princip virtuálních prací, Lagrangeovy rovnice.

3. Specializované metody dynamiky pro robotiku - inversní dynamická úloha, metoda kompozitních těles, rekurzivní metoda řešení.

4. Modelování dynamiky robotů s poddajnými členy - vlastní frekvence a vlastní tvary kmitu, modelování poddajných mechanismů. 5. Plánování pohybu robota, analýza dynamických schopností robotů na pracovních trajektoriích.

6. Syntéza kinematických a dynamických vlastností a struktury robotů.

7. Kinematická kalibrace robotů.

8. Využití dynamického modelu a inversní dynamické úlohy pro řízení robotů.

9. Základní metody řízení robotů - řízení polohy a řízení síly, decentralizované a centralizované řízení.

10. Prediktivní řízení - základy metody.

11. Prediktivní řízení robotů.

12. Porovnání základních metod řízení robotů a prediktivního řízení.

13. Některé speciální typy robotů - paralelní, paralelní s nadbytkem pohonů, roboty s hierarchickou strukturou aktuátorů.

14. Záloha.

Osnova cvičení:

1.Úvod, organizace, bezpečnost práce. Příklad planárního manipulátoru s třemi stupni volnosti, přímá a inverzní kinematická úloha, síly a momenty v kloubech.

2.Příklad sestavení dynamického modelu tělesa závěsu v prostoru pomocí Newton-Eulerových rovnic. Simulační dynamický model závěsu.

3.Konzultace, samostatná práce u robotů (organizované cvičení není).

4.Příklad na inversní dynamickou úlohu robota, model pro výpočet potřebných silových účinků. Výpočtový model pro inversní dynamickou úlohu. Odevzdání první etapy praktické úlohy (model inversní kinematické úlohy robota).

5.Konzultace, samostatná práce u robotů (organizované cvičení není).

6.Příklad na výpočet dosažitelných rychlostí a zrychlení robota na dané trajektorii při daných silách pohonů a známých parametech soustavy. Výpočtový model pro dosažitelné kinematické veličiny.

7.Konzultace, samostatná práce u robotů (organizované cvičení není).

8.Příklad na kinematickou kalibraci robota. Zavedení kalibračních parametrů robota. Výběr vhodné sítě kalibračních poloh.

9.Konzultace, samostatná práce u robotů (organizované cvičení není).

10.Příklad na základní metody řízení robota. Spojení zákona řízení s dynamickým simulačním modelem robota. Odevzdání druhé etapy praktické úlohy (dynamický model řízené soustavy).

11.Konzultace, samostatná práce u robotů (organizované cvičení není).

12.Příklad na prediktivní řízení jednoduchého robota. Simulační model robota s prediktivním řízením.

13.Konzultace, samostatná práce u robotů (organizované cvičení není).

14.Předvedení praktické úlohy a odevzdání zprávy cvičícímu, zápočet.

Cíle studia:

Hlavními cíly studia předmětu jsou dovednosti studentů v oblasti dynamické analýzy robotů, jejich návrhu, identifikace a řízení. Znalosti z teorie řízení budou aplikovány na problemtiku řízení robotů. Znalosti z identifikace, syntézy a kalibrace budou rozšířeny a aplikovány na robotiku.

Studijní materiály:

1.Pires, J.N. Industrial Robots Programming, Springer Berlin, 2006, 282 s.

2.Sciavicco, L., Siciliano, B., Modelling and Control of Robot Manipulators, Springer Berlin 2001.

3.Vidyasagar M., Spong M.W. Robot Dynamics and Control, Wiley 1989, 336 s.

4.Další informace na http://cw.felk.cvut.cz/doku.php/courses/a3b33drr/

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6c

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost KN:E-132 Smutný V. Beneš P. 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 103) Karlovo nám. Laboratoř PC
Út	místnost KN:E-132 Krsek P. Borovec J. 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 101) Karlovo nám. Laboratoř PCmístnost KN:E-132 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 102) Karlovo nám. Laboratoř PC
St	místnost T2:C3-340 Šika Z. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Posluchárna
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a robotika - Robotika (povinný předmět oboru)