Podstawy Sterowania Robotów Plik

(pieczęć wydziału)
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: PODSTAWY STEROWANIA
2. Kod przedmiotu:
ROBOTÓW
3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2012/2013
4. Forma kształcenia: studia pierwszego stopnia
5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: AUTOMATYKA I ROBOTYKA; WYDZIAŁ AEiI
7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność:
9. Semestr: 6
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Automatyki, RAu1
11. Prowadzący przedmiot: dr inż. Krzysztof Jaskot
12. Przynależność do grupy przedmiotów:
przedmioty wspólne
13. Status przedmiotu: obowiązkowy
14. Język prowadzenia zajęć: polski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Przedmiot skupia się na sterowaniu układami
napędowymi robotów bez szczegółowego analizowania zasady działania poszczególnych elementów napędu, w
skład którego wchodzą: silnik wykonawczy, mikrokontroler, układ sterowania. W związku z tym zakłada się, że
przed rozpoczęciem nauki niniejszego przedmiotu student posiada przygotowanie w zakresie: zasady działania i
programowania mikrokontrolerów, podstawowej wiedzy z dziedziny mechaniki technicznej (mechanizmy:
przekładnie zębate, przekładnie pasowe, obliczanie przełożeń, sprawności, dynamika bryły sztywnej, ruch obrotowy
bryły sztywnej, momenty bezwładności, zjawisko żyroskopowe, elementy dynamiki analitycznej – równanie
Lagrange’a) , znajomości języków programowania (język C, C++), elektromechaniki.
16. Cel przedmiotu: Celem wykładu jest zapoznanie słuchaczy z zagadnieniami związanymi z budową oraz
sterowaniem robotów ze szczególnym uwzględnieniem doboru napędu oraz budowy własnych układów sterowania
wykorzystujących systemy mikroprocesorowe. Wiedza nabyta w trakcie wykładów pozwala na projektowanie
prostych konstrukcji mechanicznych robotów, implementację podstawowego oprogramowania sterującego robotami
(język C), projektowanie prostych układów sterowania wykorzystujących mikroprocesory (Microchip, Atmel,
Hitachi, Motorola) i układy sensoryczne (Analog Devices, Freescale, Maxis, Texas Instruments).
17. Efekty kształcenia:
Nr
Opis efektu kształcenia
Metoda
sprawdzenia
efektu
kształcenia
Forma
Odniesienie
prowadzenia do efektów
zajęć
dla kierunku
studiów
W1
Zna opis kinematyki prostego robota dwukołowego.
SP
WT, WM
W2
Zna podstawowe układy sterowania napędami robotów.
SP
WT, WM
W3
Ma wiedzę o wpływie stosowanych przekładni zębatych na SP
dokładność określania pozycji robota mobilnego lub członu
robota przemysłowego.
WT, WM
W4
Zna rodzaje i własności kół stosowanych w robotach
mobilnych.
WM
SP
K_W15/3;
W1/2;W3/2;
K_W15/3;
W1/2;W3/2;
W4/2;W18/1;
W11/1;W20/
1; W21/1
K_W15/3;
W1/2;W3/2;
W14/1;
W18/1
K_W15/3;
W3/1;W4/2;
W18/1;W20/
1; W21/1
Potrafi dobrać odpowiednie silniki i przekładnie do napędu
robota mobilnego.
U2
Potrafi wyznaczyć nastawy regulatora PID dla silników
BLDC.
K1
Potrafi samodzielnie podejmować decyzje dotyczące
najlepszych rozwiązań konstrukcyjnych.
K2
Potrafi zaprezentować i obronić zaproponowane
rozwiązanie problemów związanych z nawigacją robotów
mobilnych.
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
U1
W.: 15
Ćw.: 0
SP
L
SP, CL
L
CL
L
K_U19/3;
U10/1
K_U19/3;
U16/2
K_K04/2
CL
L
K_K05/2
L.: 15
19. Treści kształcenia:
Wykład
1. Napędy, serwomechanizmy i sterowanie pozycyjno-prędkościowe: ogólna charakterystyka napędu robota –
serwonapędy, serwomechanizmy, dobór silników napędowych, sterowanie silnikami prądu stałego, sterowani e
silnikami krokowymi, sterowanie silnikami trójfazowymi (BLDC), przekładnie planetarne, analiza
podstawowych równań przekładni planetarnych, kinematyka przekładni zębatych w układach napędowych
robotów, ogólne zasady analizy kinematycznej przekładni zębatych w układach napędowych robotów, ogólna
charakterystyka przekładni pasowych, przekładnie z pasami płaskimi, kinematyka przekładni pasowej,
przekładnie z pasem zębatym.
2. Metody przetwarzania informacji oraz metody lokalizacji obiektów, nawigacja: układy PWM, komunikacja z
układem sterowania – interfejsy: RS232, RS485, I2C, SPI, cyfrowa realizacja regulatorów typu PI, PD, PID,
układy zasilające, układy nawigacji inercyjnej – żyroskopy, akcelerometry, zasada działania, enkodery
absolutne i inkrementalne zasada działania i sposób pozyskiwania informacji, dalmierze laserowe,
ultradźwiękowe budowa i działanie, stereowizja, systemy nawigacyjne GPS.
3. Planowanie i sterowanie ruchem robotów nieholonomicznych: typy kół, konfiguracja robotów kołowych,
kinematyka robotów mobilnych, roboty specjalne (np. inspekcyjne), sterowanie grupą robotów mobilnych,
wykorzystanie informacji wizyjnej w sterowaniu, sterowanie na podstawie sygnałów pochodzących z układów
sensorycznych.
4. Zaawansowane zagadnienia dotyczące sterowania robotów: systemy wielosensoryczne w nawigacji robotów
mobilnych, reprezentacje środowiska zewnętrznego – otoczenie robota, dekompozycja przestrzeni zewnętrznej,
języki programowania, wymogi i struktury programów, modele i sterowanie robotami wieloprzegub owymi,
stabilność robotów kroczących, wzorce chodu.
Zajęcia laboratoryjne
1. Symulacja silnika BLDC firmy Maxon Motors.
2. Układ sterowania serwomechanizmem.
3. Wykorzystanie informacji sensorycznej w sterowaniu robotem mobilnym część 1.
4. Wykorzystanie informacji sensorycznej w sterowaniu robotem mobilnym część 2.
5. Algorytmy sterowania autonomicznym robotem mobilnym.
20. Egzamin: tak; pisemny, dwuczęściowy.
21. Literatura podstawowa:
1. Siegwart R., Nourbakhsh I., Introduction to autonomous mobile robots, MIT Press, 2004
2. Giergiel M., Hendzel Z., Żylski W., Modelowanie i sterowanie mobilnych robotów kołowych, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2002
3. Zielińska T., Maszyny kroczące, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003
4. Heimann B., Gerth W., Popp K., Mechatronika, komponenty, metody, przykłady. Wydawnictwa Naukowe
PWN, Warszawa 2001
5. Pietraszek St., Mikroprocesorowe jednoukładowe PIC, Helion 2002.
22. Literatura uzupełniająca:
1. Praca zbiorowa pod red. M. Dietricha, Podstawy konstrukcji maszyn. Tom 3., WNT, 2006.
2. Praca zbiorowa pod red. E.Mazanka, Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn Tom 2 Łożyska,
sprzęgła i hamulce, przekładnie mechaniczne, WNT, 2005.
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
Lp.
Forma zajęć
1
Wykład
2
Ćwiczenia
3
Laboratorium
4
Projekt
0/0
5
Seminarium
0/0
6
Inne
5/5
Suma godzin
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
15/5
0/0
15/15
35/25
24. Suma wszystkich godzin: 60
25. Liczba punktów ECTS: 2
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 1
27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 1
26. Uwagi:
Zatwierdzono:
…………………………….
…………………………………………………
(data i podpis prowadzącego)
(data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub
dyrektora jednostki międzywydziałowej)