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: 2021. március 24.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Villamosmérnöki szak
    Mesterképzés
    Intelligens robotok és járművek mellékspecifikáció
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIMA12 1 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék dr. Kiss Bálint,
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.iit.bme.hu
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Lantos Béla, prof. emeritus, Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    dr. Kiss Bálint, egytemi docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    dr. habil. Harmati István, egyetemi docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Informatika, Szabályozástechnika
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIIIA358" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIIIM127" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIIIA358", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIIIM127", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)
    VAGY Szak("6N-MA") VAGY Szak("6NAMAR") //KJK AVCE

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

    A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

    7. A tantárgy célkitűzése
    A tárgy célja, hogy összefoglalja az robotizált és autonóm rendszerek modellezésének, irányításának 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.
    8. A tantárgy részletes tematikája
    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 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 (2 hét)
    Kinetikus és potenciális energia, inerciamátrix. Lagrange és Newton-Euler egyenletek. A dinamikus modell rekurzív és szimbolikus számítása.
     
    4. Robotkarok geometriai és kinematikai modellje (1 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 (2 hét)
    Szabad mozgás irányításása: decentralizált kaszkád csuklóhajtások, a kiszámított nyomaték módszere. Statikus erő és nyomaték transzformálása. Hibrid pozíció és erő irányítás.
     
    6. Robotprogramozási nyelvek és valós idejű implementációk (1 hét)
    Robotprogramozási nyelvek felépítése; strukturált, feladatorientált, modell alapú, kooperatív nyelvek, osztott rendszerek. Pályatervezés csuklóváltozóban és térben, mozgásutasítások megvalósítása. Valósidejű operációs rendszerek gyors irányításokhoz.
     
    7. Robotprogramozási és robotirányítási rendszerek (1 hét)
    Robotcellák kialakítása, robotirányító szoftverrendszerek, robotok szimulációja virtuális környezetben, esettanulmányok.
     
    8. Mobilis robotok pályatervezése és irányítása (2 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)
     
    9. Intelligens aktuátorok és alkalmazsuk járművek irányításában (2 hét)
    A járműirányítás intelligens beavatkozó egységei: Felfüggesztési rendszerek, kormányrendszerek, fékrendszerek és integrált irányításuk. Az intelligencia növelésének irányzatai az autonóm működéshez.
     

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) A tárgy heti 2 óra előadásból és heti 1 óra gyakorlatból áll. A gyakorlatokon alkalmazások bemutatása, számpéldák megoldása és esettanulmányok ismertetése történik a tananyaghoz kapcsolódó kompetenciaterületeken.
    10. Követelmények
    a. A szorgalmi időszakban: Egy sikeres nagy zárthelyi megírása. A nagy zárthelyi osztályzata 20%-ban beszámít a vizsgajegybe. 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. 

    c. Elővizsga: nincs
    11. Pótlási lehetőségek A nagy zárthelyi pótlására a szorgalmi időszakban egy lehetőséget biztosítunk, továbbá pótolása még egy alkalommal megkísérelhető a pótlási időszakban is.
    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, az oktatókkal egyeztetett időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

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

    Lantos: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése II. Korszerű szabályozási rendszerek. Akadémiai Kiadó, 2003. ISBN 96305 7922 7
    Lantos-Kiss-Harmati: Autonóm robotok és járművek segédlet (elektronikusan)
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontaktóra42
    Készülés előadásokra14
    Készülés gyakorlatokra10
    Készülés zárthelyire14
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Dr. Lantos Béla, prof. emeritusz, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    dr. Kiss Bálint, egyetemi docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    dr. habil. Harmati István, egyetemi docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék