Modelování a řízení robotů a manipulátorů (FSI-VRM)

Akademický rok 2026/2027
Garant: prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Typ předmětu: oborový předmět
Cíle předmětu:
 
Výstupy studia a kompetence:
 
Prerekvizity:

  • základy matematiky (lineární algebra, diferenciální rovnice),

  • znalosti z automatizace a řízení (výhoda),

  • základní programovací dovednosti,

  • základy mechaniky a dynamiky soustav.
Obsah předmětu (anotace):

Po absolvování předmětu bude student schopen:

  • porozumět kinematickému a dynamickému modelování průmyslových a mobilních robotů,

  • provádět multibody modelování manipulátorů a jejich pohonů,

  • navrhovat řídicí struktury pro robotické systémy a hodnotit jejich stabilitu a výkon,

  • realizovat plánování trajektorií a řízení pohybu,

  • vytvářet simulační modely a virtuální dvojčata robotů,

  • aplikovat metody virtuálního zprovoznění (virtual commissioning).
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:

Podmínky udělení klasifikovaného zápočtu: Základní podmínkou pro udělení klasifikovaného zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení. Druhá část zápočtu odpovídá praktickému projektu. Bodový součet a výsledné hodnocení je dle stupnice ECTS. Přednáška je doporučená, není povinná.
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je kontrolovaná. Způsob nahrazování zameškané výuky je v kompetenci vedoucího cvičení.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 3 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška


  • Úvod do robotiky, typy robotů, základní pojmy, architektura robotických systémů




  • Přímá a inverzní kinematika robotických manipulátorů




  • Diferenciální kinematika a Jacobiany




  • Dynamické modelování robotů




  • Multibody modelování manipulátorů a pohonů




  • Modelování pohybových rovnic, zatížení, torques, dynamická simulace




  • Základy řízení robotů – PID, decoupling, robustní řízení




  • Pokročilé řízení – model-based control, feedforward, impedance control




  • Plánování trajektorií – polohové, rychlostní, časově optimalizované




  • Modelování interakce robota s prostředím (kontaktní úlohy)




  • Virtuální zprovoznění (virtual commissioning), digitální dvojče robota




  • Integrace robotů do výrobních linek – komunikace, bezpečnost, PLC vazby




  • Trendy robotiky – kolaborativní roboty, autonomní mobilní roboty, AI v robotice
    Laboratorní cvičení


  • Úvod do simulačního prostředí, základní model manipulátoru




  • Výpočet přímé a inverzní kinematiky pro 2–3 DOF robot




  • Numerické řešení diferenciální kinematiky, Jacobiany




  • Multibody model jednoduchého manipulátoru




  • Simulace pohonů – model motoru, převodovky, tření




  • Dynamická simulace pohybu ramene a výpočet momentů




  • Implementace základního regulátoru řízení polohy




  • Implementace pokročilého řízení – feedforward/impedance




  • Tvorba trajektorií a jejich implementace v simulaci




  • Simulace kontaktů a interakce s prostředím




  • Virtuální zprovoznění – vytvoření digitálního dvojčete manipulátoru




  • Simulace robotické buňky a integrace se senzory/PLC




  • Prezentace projektů – kompletní model + řízení + simulace
Literatura - základní:
1. SICILIANO, Bruno a KHATIB, Oussama, ed. Springer handbook of robotics. 2nd edition. Berlin: Springer, 2016.
2. KOLÍBAL, Zdeněk. Roboty a robotizované výrobní technologie. Brno: Vysoké učení technické v Brně - nakladatelství VUTIUM, 2016.
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 Povinný 2 1 L
C-AKR-P prezenční studium CLS Předměty letního semestru -- kl 4 Volitelný 1 1 L