Jelek és rendszerek

A tárgy célja, hogy összefoglalja a robotok irányításának azon elméleti alapjait, amelyek számos egyetem képzésében szerepelnek, és feltehetően még hosszú ideig hatni fognak a robotok irányításának elméletére és gyakorlatára. A tárgy szemléletbeli és algoritmikus alapokat nyújt a robotintelligencia és robotirányító rendszerek különféle részterületei számára.

I. Robot kinematika: geometria

-Az automatizált gyártórendszerek áttekintése. Robotikai alapfogalmak (irányított mechanizmus, pálya, feladat, végeffektor, PTP és CP irányítás).

-Lineáris transzformációk. Elemi forgatások, Rodrigues-képlet, az orientáció jellemzése Euler- és RPY-szögekkel. Homogén transzformáció.

-Nyíltláncú, merev robot. Robot transzformációs gráf. Denavit-Hartenberg alak. Robot karok (Stanford, PUMA-560, SCARA) és kezek (Euler, RPY) Denavit-Hartenberg alakja.

-Direkt geomatriai feladat. Az inverz geometriai feladat megoldási módszerei (dekompozíció, egyváltozós egyenletek leválasztása).

II. Robot kinematika: differenciális mozgás

-Robot differenciális mozgása, Jacobi-mátrix. Az inverz kinematikai probléma megoldása dekompozícióval. Parciális sebesség és szögsebesség kapcsolata a robot Jacobi-mátrixával. Pozíció, sebesség és gyorsulás algoritmus. Redundáns robotok. A kinematikai mennyiségek rekurzív számítása. Statikus erő és nyomaték transzformálása.

III. A robot dinamikus modellje

-Inerciamátrix és transzformációja. Lagrange- és Appel-egyenletek. A dinamikus modell rekurzív számítása. A mozgásegyenletek generálása szimbolikus alakban (computer algebra).

IV. Pályatervezés

-A pályatervezés tipikus sémája. Pályatervezés egy skalár változóban. Pályatervezés csuklóváltozóban és térben. Pályatervezés mozgó objektum esetén.

V. A robot szabadmozgásának irányítása

-A robot és a beavatkozó szerv (motorok, áttételek) együttes modellje. Decentralizált csuklóhajtások tervezése. Az áram- és fordulatszámszabályozások analóg (PI) és a pozíciószabályozás digitális (PIDE) szabályozóinak tervezése. A követési tulajdonságok javítása, a teher feedforward kompenzációja.

-Hierarchikus irányítások. A kiszámított nyomaték módszere. Változó struktúrájú csúszó szabályozás (sliding control) tervezés (SISO, robot). Irányítás közvetlenül derékszögű koordinátákban. Az orientáció hiba jellemzése. Gyorsulás irányítás (RMAC).

-Differenciálgeometriai módszerek alkalmazása. Lie-deriváltak. Nemlineáris rendszer visszavezetése lineárisra, nemlineáris szétcsatolással. Brunowsky-féle kanonikus alak.

VI. Erőirányítások

-Az irányítások osztályozása (merevség, csillapítás, impedencia, erő). Engedékenységi centrum és általánosított centroid. Implicit merevség és impedancia irányítás. Hibrid pozíció és erő irányítás (operációs tér módszer), feladat specifikáció és a korlátozott mozgás irányítása. Redundáns robot irányítása. Szinguláris konfigurációk.

VII. Adaptív robotirányítások

-A szabadmozgás modellreferenciás adaptív irányítása. Önhangoló adaptív irányítás csuklóváltozóban és térben. Slotine és Ho módszere (szabad és korlátozott mozgás).

VIII. A robotok irányításának real-time aspektusai

-A feladat komplexitása. Taskok elosztása és koordinálása. A párhuzamos jelfeldolgozás irányítási architektúrái.

-A geometriai modell és a pályatervezés alkalmazási kérdései. A mozgásutasítások megvalósításának elve.

A tantárgy előadásból áll, amelynek anyagába beillesztésre kerülnek az elméletet magyarázó gyakorlati példák és esettanulmányok.

A félév lezárásának módja: vizsga. Korábban megszerzett félévvégi aláírás legkorábban 1996-tól fogadható el.

a) A szorgalmi időszakban:

- 1 HF, vizsgába beszámít. A HF a vizsgaidőszakban nem pótolható.

Az aláírás és a vizsgára bocsátás feltétele: eredményes HF.

b)A vizsgaidőszakban:

- a vizsga írásbeli

- a vizsgajegybe a HF 10 %- súllyal számít be.

- a tárgyhoz tartozó kreditpontok megszerzésének feltétele az aláírás és a sikeres vizsga.

- Lantos B.: "Robotok irányítása". Akadémiai Kiadó, 1991.

- Asada, H. - Slotine, J.J.E.: "Robot analysis and control". Wiley, 1986.

- Spong, M.W. - Widyasagar, M.: "Robot dynamics and control". Wiley, 1989.