Předmět Mechatronika (MECHT)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu MECHT - Mechatronika, Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava (VŠB-TU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Cílem předmětu je zvládnutí výpočetních postupů v oblasti kinematiky a dynamiky sériových kinematických strukturprůmyslových robotů jako základních parametrů pro syntézu řídicího systému, založeného na principu tzv. momentovéhořízení pohonů (Computed Torque Control). V předmětu posluchači konstrukčního oboru získají potřebné znalosti promechatronický přístup k návrhu robotů a manipulátorů.

Osnova

Týden Náplň přednášek a cvičení1. Metodika mechatronického přístupu ke konstruování strojů, vazby mezi subsystémy - mechanickým, řídicím a pohonným.Průmyslové roboty a manipulátory jako představitelé mechatronických systémů.Cvičení: Představení možností simulace mechatronických systémů metodou kosimulace v systému MSC.Adams a Matlab/Simulink.2. Mechanický subsystém průmyslových robotů, kinematika prostorových mechanismů robotů, použití maticových metodv kinematice průmyslových robotů, homogenní souřadnice, Denavit – Hartenbergův princip rozmístění a orientace lokálníchsouřadných systémů, sestavení transformačních matic polohy, řešení přímé úlohy kinematiky pro polohu koncovéhobodu.Cvičení: Rozmístění a orientace lokálních souřadných systémů, sestavení homogenních transformačních matic mechanismumanipulátoru se třemi stupni volnosti, příklady řešení přímé úlohy kinematiky (MathCad)3. Rekurentní výpočet jednotkových vektorů na osách lokálních souř. systémů (Rodrigův vztah), diferenciální vyjádřenítransformačních rovnic, diferenciální operátory a jejich využití, řešení přímé úlohy kinematiky pro rychlost koncovéhobodu manipulátoru.Cvičení: Výpočet rychlosti koncového bodu manipulátoru se třemi stupni volnosti(MathCad).4. Numerické aproximační metody řešení inversní úlohy kinematiky, Newtonova aproximační metoda, Jakobiho maticea její použití v kinematice průmyslových robotů. Využití Jakobiho matice pro řešení inverzní úlohy kinematiky,vlastnosti metody.Cvičení: Výpočet Jakobiho matice soustavy v dané poloze mechanismu, řešení inverzní úlohy pro polohu (MathCad).5. Numerické aproximační metody řešení inversní úlohy kinematiky, použití Taylorova rozvoje transformační maticepři řešení inverzní úlohy kinematiky, vlastnosti metody.Cvičení: Řešení inverzní úlohy kinematiky metodou Taylorova rozvoje transformační matice (Mathcad).6. Numerické optimalizační metody řešení inverzní úlohy kinematiky, chyba polohování robotu jako objektivní funkceoptimalizace, heuristické metody řešení inverzní úlohy - metoda cyklického decimování chyby polohování (CCD)Cvičení: Řešení inverzní kinematické úlohy mechanismu v prostředí Pro/Engineer Pro/Mechanica Motion7. Numerické optimalizační metody řešení inverzní úlohy, metody založené na gradientu objektivní funkce, upravenáNewtonova metoda, Hessova matice soustavy, metoda Broyden-Fletcher-ShanoCvičení: Řešení inverzní kinematické úlohy mechanismu v prostředí Pro/Engineer Pro/Mechanica Motion8. Metody řešení inverzní úlohy kinematiky vázané na kinematickou strukturu mechanismu - vektorová metoda.Cvičení:Řešení inverzní úlohy kinematiky pro mechanismus manipulátoru se třemi stupni volnosti vektorovou metodou. 9. Plánování trajektorie pohybových jednotek, interpolace na úrovni kloubů polynomem 1. až 3. stupně, shoda sfyzikálním modelem, výpočet rychlostí a zrychlení článků a jejich těžišť rekurentními vztahy (Newton-Euler)Cvičení: Výpočet rychlostí a zrychlení težišť článků manipulátoru se třemi stupni volnosti.10. Dynamika mechanismů průmyslových robotů, pojem zobecněná síla, matice momentů setrvačnosti článků v ortogonálnícha homogenních souřadnicích. Newton - Eulerova metoda výpočtu reakcí a zobecněných sil.Cvičení: Výpočet reakcí a zobecněných sil článků manipulátoru se třemi stupni volnosti.11. Sestavení Lagrangeovy pohybové rovnice v maticovém tvaru, výpočet kinetické a potenciální energie pohyblivýchčlánků stroje v maticovém tvaru. Výpočet zobecněných sil. Přímá a inverzní úloha dynamiky.Cvičení: Výpočet kinetické a potenciální energie článků manipulátoru se třemi stupni volnosti, výpočet zobecněnýchsil na základě Lagrangeovy pohybové rovnice v maticovém tvaru (MathCad).12. Výpočet zobecněných sil s použitím Lagrangeovy pohybové rovnice, alternativní metoda sestavení Lagrangeovypohybové rovnice metodou symbolických úprav maticových vztahů. Cvičení:Výpočet zobecněných sil článků manipulátoru se třemi stupni volnosti metodou alternativního sestavení Lagrangeovypohybové rovnice, vliv vnitřních rozvodů a převodů na zobecnené síly (Mathcad) 13. Polohové a rychlostní servosystémy robotů, algoritmus optimálního sledování trajektorie, syntéza momentovéhořízení (Computed Torque Control).Cvičení: Algoritmus momentového řízení manipulátoru se třemi stupni volnosti (Matlab).14. Komplexní mechatronický model robotu, vliv parametrů jednotlivých subsystémů - mechanického, řídicího a pohonnéhona chování celého systému, možnosti simulace a dostupné simulační programy.Cvičení: Mechatronický model robotu (Matlab/Simulink, MSC.Adams)Seznam otázek1. Kinematika prostorových mechanismů, přímá úloha kinematiky, transformace souřadnic, Denavit - Hartenbergůvprincip2. Diferenciální vyjádření kinematických rovnic, aplikace diferenciálních operátorů3. Inverzní úloha kinematiky na základě Taylorova rozvoje transformační matice4. Jakobiho matice a její aplikace5. Inverzní úloha kinematiky na základě Newtonovy aproximační metody6. Optimalizační metody inverzní transformace, princip metody heuristické7. Optimalizační metody inverzní transformace, princip metody gradientní8. Plánování trajektorie pohybových jednotek, interpolace na úrovni kloubů9. Newton-Eulerova metoda, výpočet úhlové a translační rychlosti lokálního souřadného systému10. Newton-Eulerova metoda, výpočet úhlového a translačního zrychlení lokálního souřadného systému11. Newton-Eulerova metoda, výpočet translační rychlosti a translačního zrychlení těžiště článků12. Newton - Eulerova metoda výpočtu reakcí a zobecněných sil, rovnováha sil působících na článek13. Výpočet kinetické energie článků14. Výpočet potenciální energie článků15. Aplikace Lagrangeovy pohybové rovnice, přímá a inverzní úloha dynamiky16. Mechatronický přístup k navrhování robotických systémů

Literatura

Mostýn, V. - Skařupa, J. Teorie průmyslových robotů. 1. vydání, Košice: Edice vědecké a odborné literatury – Strojnífakulta TU v Košicích, 2001, 150 stran; ISBN 80-88922-35-6 http://robot.vsb.cz/files/resources/teorie-prumyslovych-robotu.pdf

Požadavky

Žádné

Garant

prof. Dr. Ing. Vladimír Mostýn

Vyučující

prof. Dr. Ing. Vladimír Mostýn