Dynamika a řízení robotů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

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.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/AD3B33DRR

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/A3B33DRR

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 paralelního manipulátoru, přímá a inverzní kinematická úloha.

2. Příklad sestavení dynamického modelu manipulátoru pomocí Newton-Eulerových rovnic. Simulační dynamický model. Výpočet manipulovatelnosti.

3. Samostatné řešení 1. úlohy (organizované cvičení není).

4. Příklad na inversní dynamickou úlohu robota, model pro výpočet potřebných silových účinků. Výpočtový model pro inversní dynamickou úlohu.

5. Samostatné řešení 2. úlohy (organizované cvičení není).

6. Příklad na malé kmity poddajné soustavy. Postup řešení a realizace programu pro výpočet průběhu výchylek přímou integrací.

7. Samostatné řešení 3. úlohy (organizované cvičení není).

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

9. Samostatné řešení 4. úlohy (organizované cvičení není).

10. Příklad na základní metody řízení robota. Spojení zákona řízení s dynamickým simulačním modelem. Metoda „computed torque“.

11. Samostatné řešení 5. úlohy (organizované cvičení není).

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

13. Samostatné řešení 6. úlohy (organizované cvičení není).

14. Udílení zápočtů. Dokončení rozpracovaných úloh.

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

Další informace:

https://cw.felk.cvut.cz/doku.php/courses/a3b33drr/start

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: