Robotika a asistivní technologie

Garant předmětu:

Přednášející:

Václav Hlaváč, Jan Kauler

Cvičící:

Martin Bejtic, Jan Kauler

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské informatiky

Anotace:

Předmět seznámí studenty s robotikou integrující několik disciplín a vytvářející stroje schopné manipulovat objekty (manipulátory) a/nebo jim zajistit mobilitu (robotická vozítka). Začneme od základů, geometrie pro vyjádření polohy a orientace objektu ve 3D světě. Naučíme se kinematice otevřených řetězců, přímé a inverzní kinematické úloze. Zmíníme se o statice i dynamice robotů. Vysvětlíme senzory a aktuátory používané v robotice, použití zpětných vazeb pro řízení a řešení úloh (silová, taktilní, obrazová, atd. zpětná vazba). Zmíníme se o nástrojích dovolujících stavět autonomní roboty. Aplikace zaměříme i na využití robotů v biomedicíně a asistivních technologiích včetně rehabilitace.

Požadavky:

Forma ověření studijních výsledků: Podmínky zápočtu jsou absolvování dvou praktických testů s celkovým ziskem alespoň 50 % bodů a odevzdání dvou zápočtových úloh. Zkouška má písemnou část, která se skládá z převážně teoretických otázek s následním ústním dozkoušení v rozsahu odpřednášené a odcvičené látky.

Požadavky na studenty: Povinná účast na cvičeních (max. 2 absence).

Osnova přednášek:

1. Robotika, přehled, průmyslové manipulátory a mobilní roboty; geometrie pro kinematiku

2. Kinematika, kinematická dvojice, otevřený kinematický řetězec, stupně volnosti, holonomní/neholonomní roboty, kinetická schémata, transformace souřadnic

3. Kinematika robotů, přímá kinematická úloha

4. Inverzní kinematická úloha

5. Kinematika otevřených řetězců - matice inverzního pohybu, poloha, rychlost a zrychlení koncového bodu

6. Dynamika robotů

7. Dynamika otevřených řetězců - aproximace rozložení hmotnosti členů kin. řetězce. Potenciální a kinetická energie řetězce.

8. Lagrangeovy rovnice II. druhu, použití pro pohybové rovnice

9. Jakobiány a jejich použití. Řízení robotů

10. Paradigmata kinematického řízení otevřených řetězců

11. Paradigmata kinematického řízení otevřených řetězců. Ověření řízení v simulačním prostředí Matlabu.

12. Senzory a aktuátory v robotice

13. Zpětné vazby v robotice. Silově poddajný robot

14. Roboty a asistivní technologie, roboty v rehabilitaci; roboty jinde

Osnova cvičení:

1.Úvod, základní pojmy - kinematická dvojice, kinematický řetězec, stupně volnosti, strukturní a kinematické schéma, Senzory pro robotiku

2. Navigace robota v prostoru

3.Kognitivní robotika - stavba inteligentního stroje, přehled o tom co to znamená inteligence v robotu

4.Kinematika robotů v homogenní souřadné soustavě - homogenní transformace, transformační matice

5.Kinematika robotů - charakteristické matice základních pohybů.

6.Poloha bodu, matice rychlosti tělesa a rychlost bodu, matice zrychlení tělesa a zrychlení bodu.

7.Kinematika otevřených řetězců - matice inverzního pohybu, poloha, rychlost a zrychlení koncového bodu vůči rámu a ostatním tělesům.

8.Dynamika otevřených řetězců - aproximace rozložení hmotnosti členů kin. řetězce. Potenciální a kinetická energie řetězce. Lagrangeovy rovnice II. druhu

9.Lagrangeovy rovnice II. druhu a jejich využití pro vyjádření pohybových rovnic., Výpočty Jakobiánů a jejich využití pro výpočty matic C, D, a G. Rovnice dynamiky v maticové formě.

10.Paradigmata kinematického a silového řízení otevřených řetězců. Ověření řízení v simulačním prostředí Matlabu.

11. Návrh soft robota, praktická ukázka několika druhů PAM a práce s nimi

12. Identifikace převodní charakteristiky PAM, procvičit si jejich ovládání pomocí tlakovací soustavy

13.Manipulační úloha silového řízení robotické struktury realizovaná PAM

14.Manipulační úloha silového řízení robotické struktury realizovaná DC pohony s převodovkou.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Doporučená literatura:

[1]SCIAVICCO Lorenzo a Bruno SICILIANO: Modeling and Control of Robot Manipulators, Springer Netherlands, ISSN: 0921-0296, 2004

[2]BRÄUNL, Thomas. Embedded robotics: Mobile robot design and applications with embedded systems. New York: Springer, 2003. ISBN: 978-3540034360.

[3]JONES, Joseph L. a Daniel. ROTH. Robot programming: a practical guide to behavior-based robotics. New York: McGraw-Hill, c2004. ISBN 978-0071427784.

[4]BEKEY, George A. Autonomous robots: from biological inspiration to implementation and control. Cambridge, Mass.: MIT Press, 2005. ISBN 978-0262025782.

[5]XIE, M. Fundamentals of robotics: linking perception to action. River Edge, NJ: World Scientific Pub., 2003. ISBN 978-9812383358.

Povinná literatura:

[6]NOVÁK, P. Mobilní roboty: pohony, senzory, řízení. Praha: BEN, technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-141-1.

[7]KARGER, Adolf a Marie KARGEROVÁ. Základy robotiky a prostorové kinematiky. Praha: České vysoké učení technické, 2000. ISBN 80-01-02183-1.

Poznámka:

Detailnější web předmětu https://docs.google.com/document/d/1c4IRQ7NXZjImxTplkPIbhWqnUHfoiqDGDUMckahYOj0/edit?usp=sharing

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

	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 KL:B-730 Hlaváč V. Kauler J. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Počítačová učebnamístnost KL:B-730 Kauler J. Bejtic M. 14:00–15:50 (přednášková par. 1 paralelka 1) Kladno FBMI Počítačová učebna
Út
St
Čt
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterská studijní specializace Asistivní technologie (povinný předmět)
• Navazující magisterská studijní specializace Softwarové technologie (povinný předmět)
• Navazující magisterská studijní specializace Nanotechnologie (povinný předmět)