Mechanika manipulačních zařízení (FSI-GMM)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem je naučit studenty vytvářet kinematické řetězce s požadovanými vlastnostmi, vytvořit matematický model pomocí výpočetní techniky a řetězce řešit z hlediska kinematiky a dynamiky. Studenti se naučí řešit inverzní úlohu polohy, navrhnout potřebné výkony pohonnových jednotek v kinematických dvojicích.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti si osvojí automatizované vytváření matematických modelů kinematických řetězců v maticové podobě. Budou schopni řešit přímé a nepřímé úlohy polohy robotů. Budou umět analyzovat rychlosti a zrychlení. Budou schopni navrhnout pohony v kinematických dvojicích a určit zobecnělé souřadnice pro požadované polohy vybraných uzlů. Naučí se používat software Maple a Matlab.
Prerekvizity:
Vektorová algebra. Maticová algebra. Kinematika kinematických řetězců. d´Alambertův princip. Lagrangeovy rovnice. Lineární teorie vibrací. Parciální derivace.
Obsah předmětu (anotace):
Základem řešení mechaniky manipulačních zařízení je kinematická analýza kinematických řetězců. Formalizmus řešení je založen na maticových přístupech tvorby matematických modelů. Řeší se úlohy přímé, tj. řešení polohy rychlosti a zrychlení vybraných bodů těles, i úlohy nepřímé. V dynamice se řeší vnitřní silové účinky pomocí kinetostatiky. K sestavení pohybových rovnic soustavy těles se používají Lagrangeovy rovnice a metoda redukce na vybrané tuhé těleso. Pozornost je také věnována otázce orientace a polohování robotů.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zápočet je zapsán na základě výsledků práce ve cvičení, kde mohou studenti získat až 40 bodů. Zkouška má teoretickou a ústní část, kde studenti získají dalších až 60 bodů.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Vytváření kinematických řetězců
2. Transformační matice a jejich použití v mechanice robotů.
3. Řešení přímé úlohy polohy a rychlosti středu pracovního nástroje.
4. Řešení nepřímé úlohy pomocí analytické metody
5. Řešení nepřímé úlohy pomocí numerické metody
6. Kinetostatická analýza mechanismu (úvod)
7. Maticová metoda kinetostatického řešení robotů
8. Lagrangeovy rovnice II.druhu
9. Simulace dynamického modelu v prostředí Matlab, Matlab/Simulink
10. Modelování elektrických submodelů a regulačních struktur
11. Problematika automatické tvorby dynamických modelů
12. Prostorová vizualizace mechanických soustav
13. Úvod do nelineárního řízení s využitím inverzního dynamického modelu
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Program Matlab a jeho použití pro modelování kinematiky a dynamiky mechanismů, příklady hotových modelů
2. Modelování kinematiky v Matlabu a za použití Robotic Toolbox
3. Modelování dynamiky v Matlabu, řešení příkladu
4. Modelování dynamiky v Matlab/Simulinku, řešení příkladu
5. Modelování dynamiky v Matlab/SimMechanics, řešení příkladu
6.-12. Práce na semestrálním projektu, konzultace problémů projektu
13. Prezentace semestrálního projektu, hodnocení
Literatura - základní:
1. Spong, M. W.; Hutchinson, S. & Vidyasagar, M. Robot Modeling and Control Wiley, 2005
2. Sciavicco, L.; Siciliano, B. & Sciavicco, B. Modelling and Control of Robot Manipulators Springer-Verlag New York, Inc., 2000
4. Schwerin, R. v. MultiBody System SIMulation. Numerical Methods, Algorithms, and Software Springer, 199
5. Brát V.: Maticové metody v analýze prostorových vázaných mechanických systémů, , 0
Literatura - doporučená:
1. Grepl, R. Kinematika a dynamika mechatronických systémů CERM, Akademické nakladatelství, 2007
2. Grepl, R. Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics BEN - technická literatura, 2007
3. Loprais A.: Mechanika manipulačních zařízení, , 0
4. Stejskal V.: Mechanika výrobních strojů a zařízení, , 0
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-VSR-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 4 Povinně volitelný 2 2 Z