Detail předmětu

Mechanika manipulačních zařízení

FSI-GMMAk. rok: 2021/2022

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.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

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.

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

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.

Učební cíle

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.

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

Účast na cvičení je povinná.

Základní literatura

Brát V.: Maticové metody v analýze prostorových vázaných mechanických systémů, , 0
Sciavicco, L.; Siciliano, B. & Sciavicco, B. Modelling and Control of Robot Manipulators Springer-Verlag New York, Inc., 2000
Schwerin, R. v. MultiBody System SIMulation. Numerical Methods, Algorithms, and Software Springer, 199
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
Loprais A.: Mechanika manipulačních zařízení, , 0
Stejskal V.: Mechanika výrobních strojů a zařízení, , 0

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-VSR-P magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

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

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

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