Podstawy robotyki

Charakterystyka przedmiotu

Materiały do pobrania

Wymagania wstępne

• Znajomość algebry, geometrii, analizy matematycznej w zakresie wykładanym na wcześniejszych latach studiów.
• Znajomość mechaniki w zakresie wykładanym na wcześniejszych latach studiów.
• Znajomość zagadnień programowania w zakresie osiąganym na wcześniejszych latach studiów.

Cele przedmiotu

• Zapoznanie się z podstawowymi pojęciami i zagadnieniami z dziedziny robotyki.
• Pozyskanie wiedzy i umiejętności dotyczących matematycznego opisu mechanizmów przestrzennych.
• Zdobycie wiedzy i umiejętności z zakresu kinematyki manipulatorów – formułowanie i rozwiązywanie zadań kinematyki, wykorzystywanie jakobianu manipulatora, analiza konfiguracji osobliwych.
• Pozyskanie wiedzy i umiejętności w obszarze planowania ruchu robotów – generowanie trajektorii, kształtowanie parametrów ruchu.
• Zdobycie wiedzy i umiejętności dotyczących dynamiki manipulatorów – formułowanie i rozwiązywanie zadań dynamiki, algorytmizacja obliczeń.
• Pozyskanie wiedzy i umiejętności w zakresie programowania i obsługi współczesnych robotów przemysłowych.

Zawartość przedmiotu

Wykład

• Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki, przegląd zastosowań robotów, typowe zagadnienia z dziedziny robotyki.
• Matematyczny opis mechanizmów przestrzennych: algebraiczna reprezentacja wektora, macierz kosinusów kierunkowych, kąty i parametry Eulera, współrzędne jednorodne, parametry Denavita-Hartenberga.
• Kinematyka manipulatorów: szeregowe i równoległe struktury manipulatorów, sformułowanie zadania prostego i odwrotnego kinematyki o położeniu, jakobian manipulatora, zadania kinematyki o prędkości i przyspieszeniu, konfiguracje osobliwe.
• Statyka i dynamika manipulatorów: zasada mocy chwilowych, momenty bezwładności, pęd, kręt i energia członu sztywnego, równania Newtona-Eulera, sformułowanie zadania prostego i odwrotnego dynamiki, algorytm rozwiązywania zadań dynamiki dla manipulatorów.
• Omówienie zastosowań i pokaz możliwości systemu ROS (Robot Operating System).

 
Ćwiczenia

• Zadania rachunkowe dotyczące macierzy kosinusów kierunkowych.
• Obliczenia z wykorzystaniem kątów Eulera i parametrów Eulera.
• Zastosowania parametrów Denavita-Hartenberga do opisu kinematyki manipulatorów.
• Zadanie proste kinematyki dla manipulatora szeregowego. Obliczenia rekurencyjne.
• Zadanie odwrotne kinematyki dla manipulatora szeregowego.
• Rozwiązywanie zadań przygotowujących do sprawdzianu. Omówienie zadań domowych.
• Sprawdzian cząstkowy z pierwszej części przedmiotu.
• Zadania kinematyki dla manipulatorów równoległych.
• Obliczanie jakobianu manipulatora, analiza konfiguracji osobliwych.
• Wyznaczanie trajektorii prosto- i quasiliniowej. Kształtowanie profilu prędkości.
• Statyka manipulatorów – wyznaczanie sił i momentów równoważących.
• Obliczanie macierzy bezwładności oraz pędu, krętu i energii członów w ruchu przestrzennym.
• Zadanie odwrotne dynamiki, algorytmizacja obliczeń dla potrzeb sterowania robotem.
• Rozwiązywanie zadań przygotowujących do sprawdzianu. Omówienie zadań domowych.
• Sprawdzian cząstkowy z drugiej części przedmiotu.

Laboratorium

• Wiadomości wstępne nt. programowania robotów. Zasady BHP podczas pracy z robotem przemysłowym.
• Podstawy programowania robotów KUKA (instrukcje ruchu).
• Programowanie zaawansowane robotów KUKA (pętle, instrukcje warunkowe, obsługa urządzeń peryferyjnych).
• Programowanie robotów Fanuc (instrukcje i programy ruchu, obsługa pozycjonera).
• Programowanie ruchu z wykorzystaniem danych z systemu wizyjnego.
• Programowanie i badanie charakterystyk chwytaka.
• Sprawdzian zaliczeniowy – samodzielne zaprogramowanie robota.

Zalecane lektury

• Siciliano B., Sciavicco L., Villani G., Oriolo G., Robotics: Modelling, Planning and Control, Springer (2009).
• Spong M. W., Hutchinson S., Vidyasagar M., Robot Modeling and Control, Wiley (2020).
• Angeles J., Fundamentals of Robotics Mechanical Systems: Theory, Methods, and Algorithms, Springer (2014).
• Siciliano B., Khatib O. (Eds.), Springer Handbook of Robotics, Springer (2016).
• Jezierski E., Dynamika robotów, WNT (2006).
• Frączek J., Wojtyra M.: Kinematyka układów wieloczłonowych. Metody obliczeniowe. WNT, 2008.
• Dokumentacja techniczna robotów przemysłowych Kuka i Fanuc oraz urządzeń peryferyjnych.

Materiały do pobrania