Tantárgy » BMEVIAUMA10
Robotirányítás rendszertechnikája
Robot Control Architectures
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Robotirányítás rendszertechnikája
Robot Control Architectures
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIAUMA10 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 4 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
Dr. Tevesz Gábor
beosztás: egyetemi docens
elérhetőség:
tevesz.gabor@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | — | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
Robotirányítási alapismeretek (1 hét)
A robot, mint komplex irányítandó folyamat. Robotgenerációk, robottípusok és alkalmazásaik.
Robot manipulátorok kinematikája és dinamikája (2 hét)
A robot geometriája – direkt geometriai feladat. Lineáris transzformációk. Koordináta-transzformáció. A Rodrigues-képlet. Az orientáció jellemzése Euler-szögekkel. Merev testek relatív helyzetének jellemzése homogén koordinátákkal. Merev, nyílt láncú elágazás nélküli robot leírása. Robotok leírása a Denavit-Hartenberg-alak segítségével.
A robot differenciális mozgása. Egy csukló hatása. A robot Jacobi-mátrixa. Direkt kinematikai feladat. Inverz kinematikai feladat. Statikus erők és nyomatékok transzformálása. A robot dinamikája.
Robotirányítási módszerek. Decentralizált szervóhajtások. Kiszámított nyomaték (nemlineáris szétcsatolás) módszere. Hibrid pozíció- és erőirányítás.
Robot manipulátorok irányítása (4 hét)
Pozíció, sebesség és gyorsulásérzékelés. Inkrementális adók, abszolút szöghelyzet adók. Az érzékelők illesztése mikrokontrollerekhez, pozíció és sebesség számítás.
A Nokia-Puma 560 irányító rendszere: a Szfera-35. Blokkvázlat, a központi vezérlő, hajtásvezérlő kártya. Az ERC robotvezérlő rendszer. Blokkvázlat, főbb elemek, kommunikációs eszközök.
A Mitsubishi MELFA ipari robotcsalád architektúrája és programozása. A MELFA robot szimulátora.
Digitális szabályozó algoritmusok (2 hét)
Szabályozók és programozásuk. Alapfogalmak, a szabályozók típusai. A szabályozás funkcionális egységei és jelei. A szabályozásokkal szemben támasztott elvárások. Szabályozók kiválasztása. Szabályozók arányos folyamathoz. Szabályozók integráló folyamathoz.
A legfontosabb szervomotorok. Az egyenáramú szervomotor.
Nemlinearitások: kotyogás, érzéketlenségi sáv, telítődés. Az elintegrálódás és kiküszöbölése. A FOXBORO szabályozó.
Szabályozási feladatok robotokban. Áramkorlátozás, nyomatékszabályozás, áramszabályozás, szögsebesség (fordulatszám) szabályozás, pozíciószabályozás.
Szabályozók tervezése (arányos és integráló folyamatra), szabályozók programozása. Folytonos idejű és diszkrét idejű szabályozók, lökésmentes indítás.
Robot programozási nyelvek (1 hét)
Robot programozási nyelvek. On-line, off-line programozás, explicit programozási nyelvek. A robotprogramozás fejlődési irányai, implicit programozás. Az ARPS programnyelv és bővítése hibrid pozíció-erő irányításhoz (HARPS).
Mobil robotok (3 hét)
Mobil robotok osztályozása. Kerekeken mozgó robotok, járó robotok, moduláris robotok. Holonomia.
Mobil robotok helymeghatározása. Abszolút és relatív melymeghatározási módszerek. Odometria - inkrementális adók, kódadók és optikai szenzorok használata, kalibráció. Inerciális szenzorok, működési elvük, korlátaik. Az ultrahangos távolságmérés elve és tulajdonságai. GPS és DGPS. Működő rendszerek és főbb jellemzőik, a helymeghatározás elve. Pontosság és annak növelési lehetőségei.
Mobil robotok navigációja akadályok között. Pályatervezési módszerek. A konfigurációs tér. Ütközésmentes pályatervezési algoritmusok: gyorsan feltérképező sűrű fa (RDT) módszerek, cella-dekompozíció, láthatósági gráf. A reaktív akadályelkerülés módszerei: virtuális erőtér (VFF), vektormező hisztogram (VFH) és dinamikus ablak (DWA) módszerek.
Gyakorlatok:
A robot, mint komplex irányítandó folyamat. Robotgenerációk, robottípusok és alkalmazásaik.
Robot manipulátorok kinematikája és dinamikája (2 hét)
A robot geometriája – direkt geometriai feladat. Lineáris transzformációk. Koordináta-transzformáció. A Rodrigues-képlet. Az orientáció jellemzése Euler-szögekkel. Merev testek relatív helyzetének jellemzése homogén koordinátákkal. Merev, nyílt láncú elágazás nélküli robot leírása. Robotok leírása a Denavit-Hartenberg-alak segítségével.
A robot differenciális mozgása. Egy csukló hatása. A robot Jacobi-mátrixa. Direkt kinematikai feladat. Inverz kinematikai feladat. Statikus erők és nyomatékok transzformálása. A robot dinamikája.
Robotirányítási módszerek. Decentralizált szervóhajtások. Kiszámított nyomaték (nemlineáris szétcsatolás) módszere. Hibrid pozíció- és erőirányítás.
Robot manipulátorok irányítása (4 hét)
Pozíció, sebesség és gyorsulásérzékelés. Inkrementális adók, abszolút szöghelyzet adók. Az érzékelők illesztése mikrokontrollerekhez, pozíció és sebesség számítás.
A Nokia-Puma 560 irányító rendszere: a Szfera-35. Blokkvázlat, a központi vezérlő, hajtásvezérlő kártya. Az ERC robotvezérlő rendszer. Blokkvázlat, főbb elemek, kommunikációs eszközök.
A Mitsubishi MELFA ipari robotcsalád architektúrája és programozása. A MELFA robot szimulátora.
Digitális szabályozó algoritmusok (2 hét)
Szabályozók és programozásuk. Alapfogalmak, a szabályozók típusai. A szabályozás funkcionális egységei és jelei. A szabályozásokkal szemben támasztott elvárások. Szabályozók kiválasztása. Szabályozók arányos folyamathoz. Szabályozók integráló folyamathoz.
A legfontosabb szervomotorok. Az egyenáramú szervomotor.
Nemlinearitások: kotyogás, érzéketlenségi sáv, telítődés. Az elintegrálódás és kiküszöbölése. A FOXBORO szabályozó.
Szabályozási feladatok robotokban. Áramkorlátozás, nyomatékszabályozás, áramszabályozás, szögsebesség (fordulatszám) szabályozás, pozíciószabályozás.
Szabályozók tervezése (arányos és integráló folyamatra), szabályozók programozása. Folytonos idejű és diszkrét idejű szabályozók, lökésmentes indítás.
Robot programozási nyelvek (1 hét)
Robot programozási nyelvek. On-line, off-line programozás, explicit programozási nyelvek. A robotprogramozás fejlődési irányai, implicit programozás. Az ARPS programnyelv és bővítése hibrid pozíció-erő irányításhoz (HARPS).
Mobil robotok (3 hét)
Mobil robotok osztályozása. Kerekeken mozgó robotok, járó robotok, moduláris robotok. Holonomia.
Mobil robotok helymeghatározása. Abszolút és relatív melymeghatározási módszerek. Odometria - inkrementális adók, kódadók és optikai szenzorok használata, kalibráció. Inerciális szenzorok, működési elvük, korlátaik. Az ultrahangos távolságmérés elve és tulajdonságai. GPS és DGPS. Működő rendszerek és főbb jellemzőik, a helymeghatározás elve. Pontosság és annak növelési lehetőségei.
Mobil robotok navigációja akadályok között. Pályatervezési módszerek. A konfigurációs tér. Ütközésmentes pályatervezési algoritmusok: gyorsan feltérképező sűrű fa (RDT) módszerek, cella-dekompozíció, láthatósági gráf. A reaktív akadályelkerülés módszerei: virtuális erőtér (VFF), vektormező hisztogram (VFH) és dinamikus ablak (DWA) módszerek.
Gyakorlatok:
- Mobil nyomkövető robot verseny feladatkiírása
- Nokia-Puma 560 direkt/inverz geometriai feladat számítása
- Inkrementális adó pozíció- és sebességszámításra
- ARPS nyelvi elemek használata, programozási példák
- Digitális szabályozók
- Mobil robotok helyzet-meghatározási példái
A tantárgy célja, hogy a hallgatók ismereteket szerezzenek a komplex automatizált rendszerek egyik nagy családjának, a robotirányításnak a területén használatos hardver és szoftver eszközökről, elsajátítsák a használatos architektúrák és irányítási algoritmusok főbb jellegzetességeit. Megismerkednek a robotok mozgását leíró modellekkel, irányítási architektúráikkal, a robotprogramozási nyelvek szerkezetével és tulajdonságaival. A tantárgy két hat szabadságfokú általános célú szerelőrobot példáján keresztül szemlélteti a tanultakat. Áttekinti a robotikában alkalmazott digitális szabályozások elméletét, algoritmusait, realizálási kérdéseit. Bevezeti a hallgatókat napjaink egyik legdinamikusabban fejlődő robotikai területébe, a mobil robotok világába, bemutatva a mobil robotok szenzorait, tájékozódásának és irányításának alapelveit, algoritmusait.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
A tantárgy anyaga előadásokon és gyakorlatokon kerül ismertetésre. Az előadások és a gyakorlatok az anyag ütemében váltogatják egymást, a gyakorlatokon példák és esettanulmányok formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott elméleti tananyag.
Tanulástámogató anyagok
Online források
Tevesz G., Bézi I.: Robotirányítás rendszertechnikája (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2017.; Tevesz G., Szabó Z.: Mikrokontroller alapú rendszerek (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2017.; J. Borenstein - H.R. Everett - L. Feng: "Where Am I?" Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning. The University of Michigan, 1996.
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Mikrokontrolleres és interfésztechnikai alapismeretek, valós idejű programozás
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Mikrokontrolleres és interfésztechnikai alapismeretek, valós idejű programozás
Általános szabályok
Követelmények:
A szorgalmi időszakban: egy zárthelyi
A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga
Elővizsga: igény szerint
Az aláírás megszerzésének feltétele a zárthelyi elfogadható (legalább elégséges szintű) megoldása. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte. A vizsgán is el kell érni legalább az elégséges szintet, a tárgyból szerzett érdemjegy 30%-ban a zárthelyin, 70%-ban a vizsgán mutatott eredményből tevődik össze.
Pótlási lehetőségek:
A zárthelyihez a TVSZ előírásai szerint a szorgalmi időszakban 1 pótlási lehetőséget biztosítunk. Második pótlás lehetősége csak indokolt esetben, egyéni egyeztetést követően biztosítható.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
Nincs megadva.
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.