- Nazwa przedmiotu:
- Podstawy robotyki I
- Koordynator przedmiotu:
- dr hab. inż. Marek Wojtyra
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Automatyka i Robotyka
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- NK439
- Semestr nominalny:
- 5 / rok ak. 2013/2014
- Liczba punktów ECTS:
- 4
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1. Liczba godzin kontaktowych: 50, w tym:<br />
a) wykład – 15 godz.<br />
b) ćwiczenia – 30 godz.<br />
c) konsultacje – 5 godz. <br /><br />
2. Praca własna studenta: 55 godzin, w tym:<br />
a) praca nad przygotowaniem się do 2 sprawdzianów – 10 godz.<br />
b) rozwiązywanie zadań domowych – 15 godz.<br />
c) praca nad przygotowaniem się do egzaminu – 10 godz. <br />
d) przygotowanie się do zajęć, lektury uzupełniające – 20 godz.
<br /><br />
RAZEM: 105 godzin – 4 punkty ECTS.
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2 punkty ECTS – 50 godzin kontaktowych, w tym:<br />
a) wykład – 15 godz.<br />
b) ćwiczenia – 30 godz.<br />
c) konsultacje – 5 godz.
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 1,8 punktu ECTS – 45 godzin, w tym: <br />
a) udział w ćwiczeniach – 30 godz.<br />
b) rozwiązywanie zadań domowych – 15 godz.
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład15h
- Ćwiczenia30h
- Laboratorium0h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- 1. Znajomość algebry, geometrii, analizy matematycznej w zakresie wykładanym na wcześniejszych latach studiów. <br />
2. Znajomość mechaniki w zakresie wykładanym na wcześniejszych latach studiów.
- Limit liczby studentów:
-
- Cel przedmiotu:
- 1. Zapoznanie się z podstawowymi pojęciami i zagadnieniami z dziedziny robotyki. <br />
2. Pozyskanie wiedzy i umiejętności dotyczących matematycznego opisu mechanizmów przestrzennych.<br />
3. Zdobycie wiedzy i umiejętności z zakresu kinematyki manipulatorów – formułowanie i rozwiązywanie zadań kinematyki, wykorzystywanie jakobianu manipulatora, analiza konfiguracji osobliwych.<br />
4. Pozyskanie wiedzy i umiejętności w obszarze planowania ruchu robotów – generowanie trajektorii, kształtowanie parametrów ruchu. <br />
5. Zdobycie wiedzy i umiejętności dotyczących dynamiki manipulatorów – formułowanie i rozwiązywanie zadań dynamiki, algorytmizacja obliczeń.
- Treści kształcenia:
- <b>Wykłady</b><br />
• Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki, przegląd zastosowań robotów, typowe zagadnienia z dziedziny robotyki. <br />
• Matematyczny opis mechanizmów przestrzennych: algebraiczna reprezentacja wektora, macierz kosinusów kierunkowych, kąty i parametry Eulera, współrzędne jednorodne, parametry Denavita-Hartenberga. <br />
• Kinematyka manipulatorów: szeregowe i równoległe struktury manipulatorów, sformułowanie zadania prostego i odwrotnego kinematyki o położeniu, jakobian manipulatora, zadania kinematyki o prędkości i przyspieszeniu, konfiguracje osobliwe. <br />
• Planowanie ruchu robotów: zagadnienie planowania i wyznaczania trajektorii zadanej, kształtowanie parametrów ruchu, sterowanie ruchem, planowanie ruchu układów nieholonomicznych. <br />
• Statyka i dynamika manipulatorów: zasada mocy chwilowych, momenty bezwładności, pęd, kręt i energia członu sztywnego, równania Newtona-Eulera, sformułowanie zadania prostego i odwrotnego dynamiki, algorytm rozwiązywania zadań dynamiki dla manipulatorów.
<br /><br />
<b>Ćwiczenia </b><br />
• Zadania rachunkowe dotyczące macierzy kosinusów kierunkowych.<br />
• Obliczenia z wykorzystaniem katów Eulera i parametrów Eulera.<br />
• Zastosowania parametrów Denavita-Hartenberga do opisu kinematyki manipulatorów.<br />
• Zadanie proste kinematyki dla manipulatora szeregowego. Obliczenia rekurencyjne.<br />
• Zadanie odwrotne kinematyki dla manipulatora szeregowego. <br />
• Rozwiązywanie zadań przygotowujących do sprawdzianu. Omówienie zadań domowych. <br />
• Sprawdzian cząstkowy z pierwszej części przedmiotu.<br />
• Zadania kinematyki dla manipulatorów równoległych.<br />
• Obliczanie jakobianu manipulatora, analiza konfiguracji osobliwych. <br />
• Wyznaczanie trajektorii prosto- i quasiliniowej. Kształtowanie profilu prędkości. <br />
• Statyka manipulatorów – wyznaczanie sił i momentów równoważących. <br />
• Obliczanie macierzy bezwładności oraz pędu, krętu i energii członów w ruchu przestrzennym.<br />
• Zadanie odwrotne dynamiki, algorytmizacja obliczeń dla potrzeb sterowania robotem.<br />
• Rozwiązywanie zadań przygotowujących do sprawdzianu. Omówienie zadań domowych.<br />
• Sprawdzian cząstkowy z drugiej części przedmiotu.
- Metody oceny:
- Ocenie podlegają prace domowe, dwa sprawdziany przeprowadzane w trakcie semestru oraz egzamin przeprowadzany podczas sesji. Szczegóły systemu oceniania są opublikowane pod adresem: http://tmr.meil.pw.edu.pl (zakładka Dla Studentów).
<br />Praca własna: Cztery serie zadań domowych.
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- 1. Angeles J., Fundamentals of Robotics Mechanical Systems, Springer (1997). <br />
2. Craig J. J., Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Addison-Wesley (1986), W polskim przekładzie: Wprowadzenie do robotyki: mechanika i sterowanie, WNT (1995). <br />
3. Frączek J., Wojtyra M., Kinematyka układów wieloczłonowych. Metody obliczeniowe, WNT (2008). <br />
4. Jezierski E., Dynamika robotów, WNT (2006). <br />
5. Morecki A., Knapczyk J., Podstawy robotyki, WNT (1996). <br />
6. Nikravesh P. E., Computer-Aided Analysis of Mechanical Systems, Prentice Hall (1988). <br />
7. Tsai L.-W., Robot Analysis. The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators, John Wiley & Sons (1999). <br />
Dodatkowa literatura: Materiały na stronie http://tmr.meil.pw.edu.pl (zakładka Dla Studentów).
- Witryna www przedmiotu:
- http://tmr.meil.pw.edu.pl/index.php?/pol/content/view/full/338
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt NK439_W1
- Student ma podstawową wiedzę na temat obszarów zastosowań współczesnej robotyki
Weryfikacja: Egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_W18
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W05
- Efekt NK439_W2
- Student zna podstawy matematycznego opisu ruchu przestrzennego członu i układu członów.
Weryfikacja: Pierwsza seria prac domowych, pierwszy sprawdzian, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_W04
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W02, T1A_W03, T1A_W04
- Efekt NK439_W3
- Student ma wiedzę na temat typowych struktur kinematycznych robotów
Weryfikacja: Druga seria prac domowych, pierwszy sprawdzian, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_W14
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W02, T1A_W03, T1A_W04
- Efekt NK439_W4
- Student ma wiedzę na temat kinematyki manipulatorów
Weryfikacja: Trzecia seria prac domowych, oba sprawdziany, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_W14
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W02, T1A_W03, T1A_W04
- Efekt NK439_W5
- Student ma wiedzę na temat dynamiki manipulatorów
Weryfikacja: Czwarta seria prac domowych, drugi sprawdzian, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_W14
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W02, T1A_W03, T1A_W04
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt NK439_U1
- Student potrafi sklasyfikować struktury manipulatorów i dobrać odpowiedni do ich opisu model matematyczny
Weryfikacja: Prace domowe, oba sprawdziany, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_U05, AiR1_U07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U07, T1A_U08, T1A_U16
- Efekt NK439_U2
- Student potrafi wykonywać obliczenia dotyczące ruchu przestrzennego członu
Weryfikacja: Pierwsza i druga seria prac domowych, pierwszy sprawdzian, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_U05, AiR1_U07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U07, T1A_U08, T1A_U16
- Efekt NK439_U3
- Student potrafi wykonywać obliczenia dotyczące kinematyki prostej i odwrotnej manipulatorów
Weryfikacja: Druga i trzecia seria prac domowych, oba sprawdziany, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_U05, AiR1_U07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U07, T1A_U08, T1A_U16
- Efekt NK439_U4
- Student potrafi wykonywać obliczenia dotyczące dynamiki odwrotnej manipulatorów
Weryfikacja: Trzecia i czwarta seria prac domowych, drugi sprawdzian, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
AiR1_U05, AiR1_U07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U07, T1A_U08, T1A_U16