Detail předmětu

Kinematika a dynamika mechatronických systémů

FSI-RKDAk. rok: 2014/2015

Předmět se zabývá modelováním kinematiky a dynamiky řízených mechatronických systémů. Rozvíjí znalosti získané v předchozím studiu Mechaniky, především směrem k numerickému řešení problémů na počítači a simulačnímu modelování. Mechanismy jsou chápány jakou soustavy tuhých těles propojených vazbami.
Cvičení probíhají na počítači s využitím programu Matlab a Maple.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (Matlab/SimMechanics). Uvedeny jsou způsoby a možnosti modelování elektrických, regulační a jiných submodelů v interakci s modelem mechanismu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Studenti budou po absolvování předmětu schopni:
- sestavit a řešit přímý (analytický) a inverzní (analytický a numerický) kinematický model libovolného otevřeného kinematického řetězce
- posoudit vhodnost použití konkrétní metody v oblasti modelování kinematiky
- sestavit a řešit analytický dynamický model jednodušších mechanických soustav
- orientovat se v problematice numerického modelování komplexních mechatronických systémů

Prerekvizity

Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Základy programování.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

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

Předmět je hodnocen na základě aktivní účasti ve cvičení, kontrolních teoretických a praktických testů a zpracovaných úloh ze cvičení.

Učební cíle

Studenti se seznámí s moderními přístupy k řešení problémů kinematiky a dynamiky mechanismů. Předmět je orientován směrem k řízení reálných strojů a jejich simulačních modelů. Důraz je kladen na využití počítačů. Teoretické poznatky studenti aplikují při řešení konkrétního problému v rámci semestrálního projektu.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Kontrola výuky se provádí na cvičení.

Základní literatura

Corke,P.I.: A Robotics Toolbox for Matlab, IEEE Robotics and Automation Magazine, pp.24–32, 1996
Murray, R. M.; Sastry, S. S. & Zexiang, L. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation CRC Press, Inc., 1994
Sciavicco, L.; Siciliano, B. & Sciavicco, B. Modelling and Control of Robot Manipulators Springer-Verlag New York, Inc., 2000
Spong, M. W.; Hutchinson, S. & Vidyasagar, M. Robot Modeling and Control Wiley, 2005

Doporučená literatura

Grepl, R. Kinematika a dynamika mechatronických systémů CERM, Akademické nakladatelství, 2007
Grepl, R. Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics BEN - technická literatura, 2007
Kratochvíl, C., Slavík, J.: Mechanika těles-dynamika, PC-DIR, skriptum VUT Brno, 1997
Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-MET , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do problematiky kinematiky a dynamiky tuhých těles
2. Způsoby reprezentace polohy a orientace tělesa v prostoru, transformace
3. Přímý kinematický model - analytické metody
4. Inverzní kinematický model - analytický a numerický přístup
5. Generování trajektorie koncového členu mechanismu
6. Metoda kinetostatiky
7. Metody analytické tvorby dynamického modelu
8. Metody analytické tvorby dynamického modelu
9. Metody numerického řešení dynamických modelů
10. Modelování skokové změny parametrů systému
11. Simulace dynamického modelu v prostředí Matlab, Matlab/Simulink
12. Modelování elektrických submodelů a regulačních struktur
13. Problematika automatické tvorby dynamických modelů

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.
Ing. Václav Sova, Ph.D.

Osnova

1. Program Matlab a jeho použití pro modelování kinematiky a dynamiky mechanismů, příklady hotových modelů (nekývající jeřáb, čtyřnohý, dvounohý robot)
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