Programování robotů a manipulátorů (FSI-VRM)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. RNDr. Ing. Jiří Šťastný, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Programování robotů a manipulátorů je seznámit studenty s moderní přístupy technické robotiky, s důrazem na jejich programování, vč. řešení kinematiky/dynamiky, optimalizace pohybů, Průmysl 4.0 a využití umělé inteligence.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět umožňuje studentům osvojit si nejnovější poznatky z oblasti programování průmyslových/mobilních robotů, manipulátorů a současně umožňuje rozšířit si dovednosti jejich integrace a nasazovaní v reálném provozu.
Prerekvizity:
algebra (M1), základy algoritmizace a programování
Obsah předmětu (anotace):
Předmět umožňuje studentům osvojit si nejnovější poznatky z oblasti programování průmyslových/mobilních robotů, manipulátorů a současně umožňuje rozšířit si dovednosti jejich integrace a nasazovaní v reálném provozu. Důraz je kladen na praktickou dovednost studentů v laboratorních cvičeních, která prakticky zahrnují čtyři bloky: úvod, robotický operační systém, simulace a digitální dvojčata, rozšířená a virtuální realita v robotice.
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:
Podmínky udělení klasifikovaného zápočtu: Základní podmínkou pro udělení klasifikovaného zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení a zpracování elaborátů podle pokynů učitele. Druhá část zápočtu odpovídá praktickému testu, kdy student programuje robota dle zadaných kritérií. Bodový součet a výsledné hodnocení je dle stupnice ECTS. Přednáška je doporučená, není povinná.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je kontrolovaná. Způsob nahrazování zameškané výuky je v kompetenci vedoucího cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do problematiky, vývoj a definice robotů a manipulátorů.
2. Stacionární průmyslové roboty a jednoúčelové manipulátory, Specifické konstrukce průmyslových robotů, paralelní struktury. Programovatelné logické automaty a jejich využití v robotice. Řízení a programování průmyslových robotů
3. Přímá a nepřímá úloha kinematiky a dynamiky pro definované typy robotů.
4. Robotický operační systém (ROS). Plánování/Optimalizace pohybu a vyhýbání se překážkám. Kolaborativní a mobilní robotika. Automatické dopravní vozíky (AGV)
5. Koncové efektory a jejich adaptivita. Senzorické systémy (LIDAR, 2D/3D počítačové vidění). Bezpečnost robotů, robotizovaných systémů.
6. Průmysl 4.0. Roboty a automatizace budoucnosti.
    Cvičení s počítačovou podporou Laboratoře a ateliéry jsou rozděleny do 4 tematických bloků:

BLOK A (Úvod):
- Seznámení se s průmyslovými/mobilními roboty v laboratoři ústavu. Ukázka Průmyslové buňky 4.0.
- Základy programování pohybů a činností robotů (RobotStudio ABB, Polyscope, Automation Studio B&R).
BLOK B (Robotický operační systém - ROS)
- Instalace, Konfigurace: ROS, ROS-I a potřebných balíčků.
- Plánování/Optimalizace pohybu a vyhýbání se překážkám.
- Implementace a testování navrženého řešení na robotu.
BLOK C (Simulace/Digitální dvojčata):
- Programování robotického pracoviště s robotem ABB, Universal Robots.
- Programování robotického pracoviště s lineárním pojezdem a řízením prostřednictvím PLC.
- Mobilní robotická platforma.
BLOK D (Virtuální/Rozšířená realita, vizualizace)
- Pokročilá vizualizace, webové rozhraní Mapp view.
- Ukázka implementace v progoramu Unity3D.
- Ukázka implementace VR/AR v programu Unity3D, Vuforia.
Literatura - základní:
1. SICILIANO, Bruno a KHATIB, Oussama, ed. Springer handbook of robotics. 2nd edition. Berlin: Springer, 2016. ISBN 978-3-319-32550-7
2. KOLÍBAL, Zdeněk. Roboty a robotizované výrobní technologie. Brno: Vysoké učení technické v Brně - nakladatelství VUTIUM, 2016. ISBN 978-80-214-4828-5.
Literatura - doporučená:
1. ROS.org. ROS.org | Powering the world’s robots. [online]. 2.11.2016 [cit. 2016-11-02]. Dostupné z: http://www.ros.org/ Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, and Dieter Fox.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-AIŘ-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 4 Povinně volitelný 2 1 L