Detail předmětu

Modelování a simulace II

FSI-RKDAk. rok: 2024/2025

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.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Numerickým metodám je věnován prostor také jako obecným nástrojům pro řešení nelineárních rovnic a optimalizačních úloh. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (Matlab/Simulink Multibody). 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)

Vstupní znalosti

Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Programování v prostředí Matlab/Simulink.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení předmětu probíhá na základě standardní bodové škály 0-100b. Studenti mohou získat až 30b za zpracování a obhajobu semestrálního projektu a 70b za zápočtový test, který se skládá z písemného testu, úloh zpracovaných na PC a ústní rozpravy. Při hodnocení zpracovaných úloh a projektů se přihlíží ke splnění funkčních požadavků i k úrovni zpracování.


Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na 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.
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

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-MET-P magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CZS , 1 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Filip Radil
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.
Ing. Martin Formánek
Ing. Michal Bastl, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do problematiky kinematiky tuhých těles, přímý kinematický model
2. Způsoby reprezentace polohy a orientace tělesa v prostoru, transformace, inverzní kinematický model - analytické metody
3. Inverzní kinematický model - numerický přístup
4. Optimalizační metody - gradientní sestup
5. Quaterniony
6. Metody plánování trajektorie pro kinematické mechanismy
7. D-H parametry
8. Úvod do problematiky dynamiky tuhých těles, přímá a inverzní úloha
9. Modelování v prostředí Matlab/Simulink Multibody
10. Kinematika a dynamika kolových vozidel
11. Linearizace
12. Konzultace semestrálních projektů
13. Rezerva přednášejícího

 

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Appel, Ph.D.
Ing. Martin Formánek
Ing. Michal Bastl, Ph.D.
Ing. Jan Králík, Ph.D.

Osnova

1. Dopředná kinematika RR manipulátoru
2. Rotace a transformace
3. Inverzní kinematika (analytické a numerické metody)
4. Optimalizační úlohy
5. Řešení soustav nelineárních rovnic
6. Plánování trajektorie
7. Robotic toolbox
8. Lagrangeovy rovnice II. druhu
9. Základní úlohy kinematiky a dynamiky v Matlab/Simulink Multibody
10. Stavový model a diskretizace
11-12. Práce na semestráním projektu
13. Klasifikovaný zápočet

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz