Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Dynamika i sterowanie robotów
Koordynator przedmiotu:
dr hab. inż. Marek Wojtyra, prof. uczelni, dr hab. inż. Paweł Malczyk, prof. uczelni
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Robotyka i Automatyka
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2022/2023
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Godziny kontaktowe z nauczycielem (zajęcia): 30 Godziny kontaktowe z nauczycielem (konsultacje): 5 Przygotowanie do zajęć: 5 Prace domowe: 20 Przygotowanie do sprawdzianów: 10 SUMA: 70
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1.5 ECTS – 35 h, w tym: Zajęcia: 30 h Konsultacje: 5 h
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład15h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
1. Znajomość podstawowych zagadnień z zakresu kinematyki i dynamiki manipulatorów. 2. Znajomość zagadnień z zakresu podstaw automatyki i sterowania. 3. Zalecana jest umiejętność obsługi pakietu MATLAB+Simulink.
Limit liczby studentów:
-
Cel przedmiotu:
Cele przedmiotu C1. Zdobycie wiedzy i umiejętności z zakresu planowania trajektorii manipulatorów, w tym redundantnych. C2. Zdobycie wiedzy i umiejętności dotyczących dynamiki manipulatorów, w tym algorytmizacji obliczeń. C3. Zdobycie wiedzy i umiejętności w zakresie algorytmów sterowania pozycyjnego manipulatorów. C4. Pozyskanie wiedzy z zakresu metod sterowania siłowego manipulatorów.
Treści kształcenia:
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, cykliczność. 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. Planowanie trajektorii manipulatorów redundantnych Zadanie proste dynamiki dla manipulatora szeregowego w podejściu lagranżowskim. Zadanie odwrotne dynamiki dla manipulatora szeregowego. Rekursywny algorytm Newtona-Eulera. Sprawdzian cząstkowy z pierwszej części przedmiotu. 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.
Metody oceny:
Fd1-Fd4 – oceny z prac domowych (cztery serie), Fs1-Fs2 – oceny ze sprawdzianów (dwa sprawdziany), P – ocena podsumowująca (z uwzględnieniem ocen formujących, wystawianych za prace domowe i sprawdziany). Ocenie podlegają prace domowe oraz dwa sprawdziany przeprowadzane w trakcie semestru. Szczegóły systemu oceniania są opublikowane pod adresem: https://ztmir.meil.pw.edu.pl (zakładka Dla Studentów).
Egzamin:
nie
Literatura:
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) 7. Materiały na stronie http://tmr.meil.pw.edu.pl (zakładka Dla Studentów).
Witryna www przedmiotu:
-
Uwagi:
-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka EW1
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie algorytmów generowania trajektorii robotów, w tym redundantnych.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W01, AiR2_W10
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WG.o, P7U_W, III.P7S_WG
Charakterystyka EW2
Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę na temat dynamiki manipulatorów.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W06, AiR2_W09, AiR2_W10
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
Charakterystyka EW3
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie zdecentralizowanych metod sterowania pozycyjnego manipulatorów.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W01, AiR2_W03, AiR2_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
Charakterystyka EW4
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie scentralizowanych metod sterowania pozycyjnego manipulatorów.
Weryfikacja: prace domowe, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W01, AiR2_W03, AiR2_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
Charakterystyka EW5
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie metod sterowania siłowego manipulatorów.
Weryfikacja: sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W01, AiR2_W03, AiR2_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka EU1
Student potrafi wygenerować trajektorię w przestrzeni złączowej i operacyjnej robota, w tym dla manipulatora redundantnego.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U06, AiR2_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Charakterystyka EU2
Student potrafi wygenerować równania dynamiki manipulatora szeregowego z zastosowaniem podejścia lagranżowskiego.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U06, AiR2_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Charakterystyka EU3
Student potrafi zaimplementować rekurencyjny algorytm Newtona-Eulera do rozwiązania zadania odwrotnego dynamiki manipulatora.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U06, AiR2_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Charakterystyka EU4
Student potrafi zaimplementować w środowisku symulacyjnym metodę obliczanego momentu z rozszerzeniami oraz ocenić jakość wdrożonej regulacji.
Weryfikacja: praca domowa, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U12, AiR2_U14
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P7S_UW.o, P7U_U, I.P8S_UW, III.P6S_UW.o, I.P7S_UW.o
Charakterystyka EU5
Student potrafi zaimplementować scentralizowany algorytm sterowania pozycyjnego manipulatorem na bazie zadania odwrotnego dynamiki.
Weryfikacja: prace domowe, sprawdzian
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U12, AiR2_U14
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o, I.P8S_UW, III.P6S_UW.o