354-0085/01 – Mechatronika (Mecht)
| Garantující katedra | Katedra robotiky | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | Fiktivní Uživatel | Garant verze předmětu | prof. Dr. Ing. Vladimír Mostýn |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 4 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 1998/1999 | Rok zrušení | 2006/2007 |
| Určeno pro fakulty | FS | Určeno pro typy studia | magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Vyučovací metody
Anotace
V předmětu se posluchači seznámí s metodikou mechatronického přístupu ke
konstrukci strojů. Hlavní pozornost je věnována kinematické a dynamické analýze
mechanismů průmyslových robotů a manipulátorů a matematickému modelování
jednotlivých subsystémů stroje – mechanického, pohonného a řídícího, jejich
rozhodujícím parametrům a možnostem matematického propojení jednotlivých
subsystémů a modelování stroje jako celku. Jednotlivé subsystémy jsou
modelovány s využitím dostupného programového vybavení v oblasti CAD
(Pro/Engineer), modelování a simulací (Matlab, Dymola).
Povinná literatura:
Mostýn, V. Mechatronika. Skriptum VŠB TUO, Ostrava, 2000
Brát, V. Maticové metody v analýze a syntéze prostorových vázaných mechanických
systémů. ACADEMIA, Praha 1981
Malec, Z. Servomechanismy pro robotiku. 1.vyd.. Skripta VUT Brno, 1986
Frolov,K.V.- Voroběv,E.I. Mechanika promyšlennych robotov. Kinematika i
dinamika. Moskva, 1988
Craig, J. J. Introduction to Robotics. Addison-Wesley Publ.Co., 1986
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Metodika mechatronického přístupu ke konstruování strojů. Subsystémy strojů
a jejich modelování. Vazby mezi subsystémy. Průmyslové roboty a manipulátory
jako představitelé mechatronických systémů
Cvičení:
Představení možností simulace mechatronických systémů pomocí dostupného
programového vybavení
2. Mechanický subsystém stroje, kinematika prostorových mechanismů, Použití
maticových metod v kinematice strojů, transformační matice, použití homogenních
souřadnic, přímá úloha kinematiky v maticovém tvaru
Cvičení:
Sestavení homogenních transformačních matic, příklady řešení přímé úlohy
kinematiky (MathCad)
3. Metody orientace souřadných systémů, Denavit – Hartenbergův princip
orientace souřadných systémů, rekurentní výpočet jednotkových vektorů na osách
souř. systémů (Rodrigův vztah)
Cvičení:
Metody orientace souřadných systémů u prostorových mechanismů, praktické
příklady řešení přímé úlohy kinematiky (MathCad)
4. Diferenciální vyjádření transformačních rovnic, Jakobiho matice soustavy a
její použití. Metody řešení inverzní úlohy kinematiky
Cvičení:
Výpočet Jakobiho matice soustavy v dané poloze mechanismu, výpočet rychlostí a
zrychlení v pohybových dvojicích mechanismu (MathCad)
5. Metody řešení inverzní úlohy kinematiky. Metody vázané na kinematickou
strukturu mechanismu, vektorová metoda
Cvičení:
Kontrolní úloha – orientace souřadných systémů, přímá úloha kinematiky 15 bodů
6. Numerické aproximační metody řešení inversní úlohy kinematiky, použití
Jakobiho matice při řešení inverzní úlohy. Použití Taylorova rozvoje
transformační matice při řešení inverzní úlohy kinematiky
Cvičení:
Praktické příklady řešení inverzní transformace vektorovou metodou (MathCad)
7. Numerické optimalizační metody řešení inverzní úlohy kinematiky, chyba
polohování robotu jako objektivní funkce optimalizace, heuristické metody
řešení inverzní úlohy - metoda cyklického decimování chyby polohování (CCD)
Cvičení:
Řešení inverzní kinematické úlohy mechanismu (Pro/Mechanica)
8. Numerické optimalizační metody řešení inverzní úlohy, metody založené na
gradientu objektivní funkce, upravená Newtonova metoda, Hessova matice
soustavy, metoda Broyden-Fletcher-Shano
Cvičení:
Řešení inverzní kinematické úlohy mechanismu (Pro/Mechanica)
9. Model dynamiky mechanismů, pojem zobecněná síla, vyjádření momentů
setrvačnosti článků v ortogonálních a homogenních souřadnicích. Newton -
Eulerova metoda výpočtu zobecněné síly, výpočet reakcí ve vazbách
Cvičení:
Kontrolní úloha – vektorová metoda řešení inverzní úlohy
15 bodů
10. Sestavení Lagrangeovy pohybové rovnice v maticovém tvaru, výpočet kinetické
a potenciální energie pohyblivých článků stroje
Cvičení:
Výpočet kinetické a potenciální energie pohyblivých článků stroje (MathCad)
11. Výpočet zobecněných sil s použitím Lagrangeovy pohybové rovnice, přímá a
inverzní úloha dynamiky, řešení trajektorie koncového bodu při známém průběhu
zobecněné síly v pohybových dvojicích s použitím Lagrangeových rovnic.
Cvičení:
Výpočet zobecněných sil v pohybových jednotkách mechanismu (Pro/Mechanica)
12. Matematický model pohonného subsystému, metody modelování pohonů, simulace
dynamického chování pohonného subsystému
Cvičení:
Modelování pohonů (SIPRO, Matlab)
13. Model dynamiky robotu jako řízené soustavy, aplikace stavových proměnných,
syntéza optimálního řízení
Cvičení:
Model mechanického subsystému (Matlab)
14. Model dynamiky robotu jako řízené soustavy, momentové řízení pohonů, vliv
nastavení regulátorů na chování systému, možnosti simulace
Cvičení:
Model stroje (Pro/Mechanica)
15. Metody modelování soustavy mechanického, řídícího a pohonného systému
strojů jako celku, možnosti simulace chování
Cvičení:
Zápočtové cvičení
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.