Podstawy robotyki

Charakterystyka przedmiotu

Wykład i ćwiczenia Laboratorium  
Dr hab. Marek Wojtyra Dr Marcin Pękal, Dr Łukasz Woliński   
Numer i typ przedmiotu Poziom i semestr studiów Rodzaj zajęć i punkty ECTS

Przedmiot kierunkowy (RiA)

1130-AR000-ISP-5023

Studia inżynierskie, semestr V W - 1, C - 2, L - 2, ECTS 6

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

 
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