Dynamika i sterowanie robotów

Charakterystyka przedmiotu

Materiały do pobrania

Wymagania wstępne

• Znajomość podstawowych zagadnień z zakresu kinematyki i dynamiki manipulatorów.
• Znajomość zagadnień z zakresu podstaw automatyki i sterowania.
• Zalecana jest umiejętność obsługi pakietu MATLAB+Simulink.

Cele przedmiotu

• Zdobycie wiedzy i umiejętności z zakresu planowania trajektorii manipulatorów, w tym redundantnych.
• Zdobycie wiedzy i umiejętności dotyczących dynamiki manipulatorów, w tym algorytmizacji obliczeń.
• Zdobycie wiedzy i umiejętności w zakresie algorytmów sterowania pozycyjnego manipulatorów.
• Pozyskanie wiedzy z zakresu metod sterowania siłowego manipulatorów.

Program przedmiotu

Wykłady

• Planowanie trajektorii robotów – kształtowanie profilu prędkości, definiowanie ruchu we współrzędnych konfiguracyjnych i kartezjańskich, łączenie odcinków trajektorii, obliczenia kinematyczne, wykorzystanie jakobianu manipulatora.
• Kinematyka manipulatorów redundantnych – metody jakobianowe, optymalizacja z wykorzystaniem jądra jakobianu, unikanie osobliwości, rozszerzony jakobian, priorytetyzacja zadań.
• Dynamika manipulatorów – postać ogólna równań ruchu manipulatora, obliczenia rekurencyjne w zadaniu odwrotnym, algorytmy zadania prostego: bezpośredni i rekurencyjny, problem pętli kinematycznych, metody całkowania równań.
• Sterowanie zdecentralizowane – liniowy model dynamiki osi manipulatora, struktury układów regulacji ze sprzężeniem zwrotnym i kompensującym typu feedforward, dobór regulatorów, tłumienie zakłóceń skrośnych, wpływ nieliniowości na jakość sterowania.
• Sterowanie scentralizowane – manipulator jako nieliniowy, wielowymiarowy obiekt regulacji, elementy teorii stabilności Lapunowa, sterowanie na bazie zadania odwrotnego dynamiki wraz z technikami kompensacji niepewności parametrycznych.
• Wprowadzenie do sterowania siłowego – oddziaływanie manipulatora z otoczeniem, sterowanie impedancyjne, elementy metod hybrydowego sterowania pozycyjno- siłowego manipulatorów.

Ćwiczenia

• Wyznaczanie trajektorii manipulatorów w przestrzeni złączy i zadań.
• Zadawanie prędkości i synchronizacja osi.
• Łączenie segmentów trajektorii.
• Jakobian manipulatora redundantnego. Jądro jakobianu. Jakobian osobliwy i rozszerzony.
• Zadanie główne i zadania poboczne, egzekwowanie priorytetów.
• Sprawdzian cząstkowy z pierwszej części przedmiotu.
• Zadanie proste dynamiki dla manipulatora szeregowego w podejściu lagranżowskim.
• Zadanie odwrotne dynamiki dla manipulatora szeregowego. Rekursywny algorytm Newtona-Eulera.
• Sterowanie manipulatorem w niezależnych osiach (metoda obliczanego momentu).
• Sterowanie scentralizowane z zastosowaniem zadania odwrotnego dynamiki.
• Implementacja metod sterowania kompensującego niepewności parametryczne. Analiza porównawcza algorytmów sterowania pozycyjnego.
• Sprawdzian cząstkowy z drugiej części przedmiotu.

Zalecane lektury

1. Siciliano B., Sciavicco L., Villani G., Oriolo G., Robotics: Modelling, Planning and Control, Springer (2009).
2. Spong M. W., Hutchinson S., Vidyasagar M., Robot Modeling and Control, Wiley (2020).
3. Siciliano B., Khatib O. (Eds.), Springer Handbook of Robotics, Springer (2016).
4. Biagiotti L., Melchiorri C., Trajectory Planning for Automatic Machines and Robots, Springer (2008).
5. Jezierski E., Dynamika robotów, WNT (2006).
6. Dutkiewicz P., Kozłowski K., Wróblewski W., Modelowanie i sterowanie robotów, PWN (2003)

Materiały do pobrania