Budapesti Mûszaki Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki Szak

IRÁNYÍTÁSTECHNIKAI ÉS ROBOTINFORMATIKAI
FÔSZAKIRÁNY

ROBOTOK IRÁNYÍTÁSA

kötelezô tantárgy

TANTÁRGYLEÍRÁS

Érvényes: 1995-tôl
Kidolgozás dátuma: 1995. június 15.

Tantárgy kódja Szemeszter Heti óraszám Követelmény Kreditpont Nyelv Hány féléves
? 6 4ea vizsga 5 magyar 1

A tantárgy elôadója:

A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épül:

Kötelezô/ajánlott elôtanulmányi rend:

A tantárgy célkitûzése:

A tárgy célja, hogy összefoglalja a robotok irányításának azon elméleti alapjait, amelyek számos egyetem képzésében szerepelnek, és feltehetôen még hosszú ideig hatni fognak a robotok irányításának elméletére és gyakorlatára. A tárgy szemléletbeli és algoritmikus alapokat nyújt a robotintelligencia és robotirányító rendszerek különféle részterületei számára.

A tantárgy részletes tematikája:

I. Robot kinematika: geometria

-Az automatizált gyártórendszerek áttekintése. Robotikai alapfogalmak (irányított mechanizmus, pálya, feladat, végeffektor, PTP és CP irányítás).

-Lineáris transzformációk. Elemi forgatások, Rodrigues-képlet, az orientáció jellemzése Euler- és RPY-szögekkel. Homogén transzformáció.

-Nyíltláncú, merev robot. Robot transzformációs gráf. Denavit-Hartenberg alak. Robot karok (Stanford, PUMA-560, SCARA) és kezek (Euler, RPY) Denavit-Hartenberg alakja.

-Direkt geomatriai feladat. Az inverz geometriai feladat megoldási módszerei (dekompozíció, egyváltozós egyenletek leválasztása).

II. Robot kinematika: differenciális mozgás

-Robot differenciális mozgása, Jacobi-mátrix. Az inverz kinematikai probléma megoldása dekompozícióval. Parciális sebesség és szögsebesség kapcsolata a robot Jacobi-mátrixával. Pozíció, sebesség és gyorsulás algoritmus. Redundáns robotok. A kinematikai mennyiségek rekurzív számítása. Statikus erô és nyomaték transzformálása.

III. A robot dinamikus modellje

-Inerciamátrix és transzformációja. Lagrange-és Appel-egyenletek. A dinamikus modell rekurzív számítása. A mozgásegyenletek generálása szimbolikus alakban (computer algebra).

IV. Pályatervezés

-A pályatervezés tipikus sémája. Pályatervezés egy skalár változóban. Pályatervezés csuklóváltozóban és térben. Pályatervezés mozgó objektum esetén.

V. A robot szabadmozgásának irányítása

-A robot és a beavatkozó szerv (motorok, áttételek) együttes modellje. Decentralizált csuklóhajtások tervezése. Az áram- és fordulatszámszabályozások analóg (PI) és a pozíciószabályozás digitális (PIDE) szabályozóinak tervezése. A követési tulajdonságok javítása, a teher feedforward kompenzációja.

-Hierarchikus irányítások. A kiszámított nyomaték módszere. Változó struktúrájú csúszó szabályozás (sliding control) tervezés (SISO, robot). Irányítás közvetlenül derékszögû koordinátákban. Az orientáció hiba jellemzése. Gyorsulás irányítás (RMAC).

-Differenciálgeometriai módszerek alkalmazása. Lie-deriváltak. Nemlineáris rendszer visszavezetése lineárisra, nemlineáris szétcsatolással. Brunowsky-féle kanonikus alak.

VI. Erôirányítások

-Az irányítások osztályozása (merevség, csillapítás, impedencia, erô). Engedékenységi centrum és általánosított centroid. Implicit merevség és impedancia irányítás. Hibrid pozíció és erô irányítás (operációs tér módszer), feladat specifikáció és a korlátozott mozgás irányítása. Redundáns robot irányítása. Szinguláris konfigurációk.

VII. Adaptív robotirányítások

-A szabadmozgás modellreferenciás adaptív irányítása. Önhangoló adaptív irányítás csuklóváltozóban és térben. Slotine és Ho módszere (szabad és korlátozott mozgás).

VIII. A robotok irányításának real-time aspektusai

-A feladat komplexitása. Taskok elosztása és koordinálása. A párhuzamos jelfeldolgozás irányítási architektúrái.

-A geometriai modell és a pályatervezés alkalmazási kérdései. A mozgásutasítások megvalósításának elve.

A tantárgy oktatásának módja:

A tantárgy elôadásból áll, amelynek anyagába beillesztésre kerülnek az elméletet magyarázó gyakorlati példák és esettanulmányok.

Követelmények

Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom:

  1. Lantos B.: "Robotok irányítása". Akadémiai Kiadó, 1997.
  2. Paul, R. P.: "Robot manipulators: mathematics, programming and control". MIT Press, 1982.
  3. Asada, H. - Slotine, J.J.E.: "Robot analysis and control". Wiley, 1986.
  4. Spong, M.W. - Widyasagar, M.: "Robot dynamics and control". Wiley, 1989.

A tantárgytematikát kidolgozta:


Dr. Arató Péter
egyetemi tanár, tanszékvezetô
Irányítástechnika és Informatika Tanszék