Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Autonóm robotok és járművek

    A tantárgy angol neve: Autonomous Robots and Vehicles

    Adatlap utolsó módosítása: 2012. február 8.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Mérnökinformatikus Szak,BSc., Autonóm intelligens rendszerek szakirány,  Elágazó tárgy
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIA358 6 3/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Kiss Bálint, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    4. A tantárgy előadója
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Lantos Béla egyetemi tanárIrányítástechnika és Informatika
    Dr. Kiss Bálint egyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
    Dr. Harmati Istvánegyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Matematika, Informatika, Szabályozástechnika.

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    Szakirany("AMIaut", _)
    ÉS NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIIIMA12" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TargyEredmeny("BMEVIIIMA12", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIIIAC02" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIIIAC02", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:

    Szabályozástechnika (VIAUA309)

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célja, hogy összefoglalja az autonóm rendszerek irányításának, navigációjának, koordinációjának és intelligens rendszertechnikai megvalósításának elméleti és gyakorlati alapjait. A tárgy szemléletbeli és rendszertechnikai alapokat nyújt ilyen rendszerek üzemeltetői és fejlesztői számára. Bemutatja a robotizált gyártórendszerek felépítését, a legelterjedtebb robot struktúrákat, a robotok programozásának tipikus lépéseit, a navigáció és modellalkotás elméleti alapjait és eszközeit, a pályatervezés módszereit. Megismertet az ipari és mobilis robotokban elterjedt pályatervezési és irányítási módszerekkel illetve az irányítások valósidejű aspektusaival. Bemutatja a  mobilis és lábon járó robotok kooperációjának elveit és alkalmazási lehetőségeit, valamint az autonóm földi, légi és űrbeli járművek főbb irányítási  problémáit.

    A tantárgy követelményeit eredményesen teljesítő hallgató megismeri a robot és járműrendszerek rendszermodellezési kérdéseit és megoldásait, a robotikában és járműiparban fellépő pályatervezési, irányítási, navigációs, problémákat és a problémák megoldására kidolgozott módszerek alapjait. Készséget szerez robotizált gyártósorok és komplex robotizált és járműirányítási (pl. kormány, fék, felfüggesztés) rendszerek konfigurálására, több autonóm rendszer esetén ezek koordinálására, továbbá ilyen rendszerek specifikálására és a tervezésükben, valamint kifejlesztésükben történő aktív részvételre.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    I. Mechatronikai alapok

    1. Mechatronikai alapfogalmak (1. hét).

    Irányított mechanizmus, pálya, feladat, végeffektor. Az irányítási hierarchia szintjei, PTP és CP irányítás, koordinált mozgás. Belső és külső érzékelők. Embernélküli földi, légi és vízi robotok és járművek (UGV, UAV, UMV).

    2. Autonóm rendszerek navigációs módszerei (2-3. hét).

    Orientáció jellemzése navigációs rendszerekben: elemi forgatások, Rodrigues-képlet, Euler- és RPY-szögek, homogén transzformáció. Járművek (autók, repülők, hajók) navigációjának hasonlósága. Navigációs rendszerek érzékelői: Differenciális GPS, 3D gyorsulásérzékelő és giroszkóp, állapotbecslés.

    3. Mechatronikai rendszerek dinamikus modelljei (4. hét)

    Kinetikus és potenciális energia, inerciamátrix. Lagrange és Newton-Euler egyenletek. A dinamikus modell rekurzív és szimbolikus számítása.

    II. Robotkarok irányítása

    4. Robotkarok geometriai és kinematikai modellje (5-6. hét)

    Denavit-Hartenberg alak. Robot transzformációs gráf. Direkt geometriai és inverz geometriai feladat megoldási módszerei. Differenciális mozgás. Parciális sebesség és szögsebesség, Jacobi-mátrix. Pozíció, sebesség és gyorsulás algoritmus. Redundáns robotok mozgástervezése.

    5. Robotkarok irányítása (7-8. hét)

    Decentralizált kaszkád csuklóhajtások. A kiszámított nyomaték módszere. Statikus erő és nyomaték transzformálása. Hibrid pozíció és erő irányítás.

    III. Mobilis robotok és járművek

    6. Mobilis robotok pályatervezése és irányítása (9-11. hét)

    Mobilis robotok kinematikai modellje, referencia robot, irányítás állapot-visszacsatolással. Időoptimális pályatervezési algoritmusok (Reeds-Shepp, Dubins, differenciálhajtású robotok), környezet feltérképezése, intelligens akadályelkerülési stratégiák (potenciál-tér módszerek, viselkedésalapú stratégiák).

    7. Intelligens aktuátorok a járműirányításban (12. hét)

    A járműirányítás intelligens beavatkozó egységei: Felfüggesztési rendszerek, kormányrendszerek, fékrendszerek és integrált irányításuk. Az intelligencia növelésének irányzatai az autonóm működéshez.

    IV. Komplex robotrendszerek alkalmazástechnikája

    8. Robotprogramozási nyelvek és valós idejű implementációk (13. hét)

    Robotprogramozási nyelvek felépítése; strukturált, feladatorientált, modell alapú, kooperatív nyelvek, osztott rendszerek. Pályatervezés csuklóváltozóban és térben, mozgásutasítások megvalósítása. Valósidejű operációs rendszerek gyors irányításokhoz. Gyors prototípus tervező eszközök szoftver technológiája.

    9. Autonóm robotok kooperációja (14. hét)

    Kooperáló mobilis és lábon járó robotok, szabályalapú csapatkoordináció. Multiágens rendszerek ütközésmentes pályatervezése, formációban haladás.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    14 tényleges oktatási hét: 42 előadási óra és 14 tantermi gyakorlat. A tantermi gyakorlatok esettanulmányokon keresztül mutatják be az elméleti anyag alkalmazási lehetőségeit.

    10. Követelmények a.       A szorgalmi időszakban: Egy sikeres nagy zárthelyi megírása órarenden kívül. A nagy zárthelyi pótlására a szorgalmi időszakban egy lehetőséget biztosítunk. A nagy zárthelyi osztályzata 20%-ban beszámít a vizsgajegybe. Minden más tekintetben a TVSZ rendelkezései érvényesek.          Az aláírás megszerzésének feltétele: a nagy zárthelyi osztályzata legalább 2 (elégséges)b.       A vizsgaidőszakban: A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte. A vizsga írásbeli, amely elméleti kérdésekből és feladatokból áll. A 100 pontos skálán a zárthelyi súlya max. 20 pontot jelent. Az osztályzatok ponthatárait a 100 pontos skálán határozzuk meg.

    c.              Elővizsga: nincs

    11. Pótlási lehetőségek

    A vizsgaidőszak első hetében egy alkalommal lehetőséget biztosítunk a nagy zárthelyi pótlására, ha annak osztályzata nem érte el a 2 (elégséges) értéket a szorgalmi időszakban.

    12. Konzultációs lehetőségek

    A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak fogadóóráján, a vizsgaidőszakban elektronikus egyeztetés után a vizsga előtti napon az oktató által megadott helyen.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Lantos: Robotok irányítása. Akadémiai Kiadó, 3. kiadás, 2002, ISBN 963 05 7944 8

    Lantos-Kiss-Harmati: Autonóm robotok és járművek segédlet (elektronikusan)
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra60
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire14
    Házi feladat elkészítése
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
    Vizsgafelkészülés32
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Lantos Bélaegyetemi tanárIrányítástechnika és Informatika
    Dr. Kiss Bálintegyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
    Dr. Harmati Istvánegyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
    Dr. Vajda Ferencegyetemi adjunktusIrányítástechnika és Informatika