Tantárgy » BMEVIAUMA16
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 | BMEVIAUMA16 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
Kiss Domokos
beosztás: adjunktus
elérhetőség:
kiss.domokos@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | https://www.aut.bme.hu/Course/VIAUMA16 | ||||||||||||
| 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
I. Az előadások részletes tematikája:
1. Robotirányítási alapismeretek
A robot, mint komplex irányítandó folyamat. Robotkarok típusai. Mobil robotok osztályozása.
2. Robotmanipulátorok geometriája
Direkt és inverz geometriai feladat. Lineáris transzformációk. Koordináta-transzformáció. Az orientáció jellemzése Euler-szögekkel és kvaterniókkal. Merev testek relatív helyzetének jellemzése homogén koordinátákkal. Merev, nyílt láncú elágazás nélküli robotkar leírása, Denavit-Hartenberg-alak.
3. Robotmanipulátorok kinematikája, dinamikája és irányítási módszerei
Robotkarok differenciális mozgása, a robot Jacobi-mátrixa. Direkt és inverz kinematikai feladat. Statikus erők és nyomatékok transzformálása. Robotkarok dinamikai modelljének rövid áttekintése. Robotirányítási módszerek összefoglalása: Decentralizált szervóhajtások, kiszámított nyomaték (nemlineáris szétcsatolás) módszere, hibrid pozíció- és erőirányítás.
4. Robotmanipulátorok belső érzékelői
Csuklópozíció és csuklósebesség-érzékelés. Inkrementális adók, abszolút szöghelyzet adók, rezolverek. Az érzékelők illesztése mikrokontrollerekhez, pozíció- és sebességszámítás.
5. Robotmanipulátorok beavatkozói és szabályozása 1.
Szabályozók és programozásuk. Alapfogalmak, a szabályozók típusai és kiválasztása. Nemlinearitások: kotyogás, érzéketlenségi sáv, telítődés. Az elintegrálódás és kiküszöbölése. Az egyenáramú szervomotor szabályozási modellje.
6. Robotmanipulátorok beavatkozói és szabályozása 2.
Állandómágneses szinkronmotorok (PMSM) felépítése és modellezése. A mezőorientált szabályozás alapjai. Digitális szabályozó algoritmusok implementációja.
7. Robotmanipulátorok architektúrája és programozása 1.
A KUKA KR Agilus robotcsalád architektúrája, felépítése, tulajdonságai, programozásának alapjai (KRL nyelvi elemek).
8. Robotmanipulátorok architektúrája és programozása 2.
A Mitsubishi MELFA ipari robotcsalád architektúrája és programozása. A MELFA robot szimulátora.
9. Mozgástervezés 1.
Mozgástervezési módszerek alapjai. Diszkrét mozgástervezés: szélességi és mélységi keresés, Dijkstra-algoritmus, A* algoritmus.
10. Mozgástervezés 2.
A konfigurációs tér. Ütközésmentes globális pályatervezés folytonos térben: láthatósági gráf, celladekompozíció, PRM, RRT, RRT* módszerek.
11. Mobil robotok lokalizációja 1.
Abszolút és relatív helymeghatározási módszerek. Odometria: inkrementális adók használata, kalibráció. Inerciális szenzorok, lidar szenzorok működési elve, alkalmazásuk a helymeghatározásban.
12. Mobil robotok lokalizációja 2.
Globális műholdas navigációs rendszerek (GNSS): Működő rendszerek és főbb jellemzőik, a helymeghatározás elve. Pontosság és annak növelési lehetőségei. GPS, DGPS, RTK GPS.
13. Mobil robotok akadályelkerülése
Virtuális erőtér (VFF), vektormező hisztogram (VFH) és dinamikus ablak (DWA) módszerek. Mobil robotok hierarchikus navigációs rendszerének felépítése.
II. A gyakorlatok részletes tematikája:
A gyakorlatokon példák és esettanulmányok formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott elméleti tananyag.
1. RobonAUT autonóm robotverseny feladatkiírása.
2. Direkt és inverz geometriai feladat számítása KUKA KR Agilus robotkar esetén.
3. Inkrementális adók alkalmazása pozíció- és sebességszámításra.
4. KUKA KR Agilus robotkar programozási példák.
5. Robot Operating System (ROS) általános tulajdonságai és alkalmazása robotikai feladatokban.
6. MoveIT keretrendszer alkalmazása robotkarok mozgástervezéséhez.
7. Helymeghatározási és navigációs példák mobil robotok esetén. A ROS Navigation Stack bemutatása
A tantárgy célja, hogy a hallgatók ismereteket szerezzenek a komplex automatizált rendszerek egyik nagy családjának, a robotirányítási rendszerek 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 kétféle hatszabadságfokú, 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 és autonóm járművek világába, bemutatva szenzoraikat, tájékozódásuk és irányításuk 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 tárgy 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., Kiss D., Oláh I., Bézi I.: Robotirányítás rendszertechnikája (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2023.Tevesz G., Szabó Z.: Mikrokontroller alapú rendszerek (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2022.J. Borenstein - H.R. Everett - L. Feng: "Where Am I?" Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning. The University of Michigan, 1996.Bruno Siciliano; Oussama Khatib (Eds.), Springer Handbook of Robotics. Springer Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-23957-4S.M. LaValle, Planning Algorithms. Cambridge University Press, 2006. Online változat: http://lavalle.pl/planning/
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, interfésztechnikai és szabályozástechnikai alapismeretek, 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, interfésztechnikai és szabályozástechnikai alapismeretek, programozás.
Általános szabályok
Követelmények:
Szorgalmi időszakban:
Az ismeretek átfogó és részletes áttekintését a szorgalmi időszak alatt egy alkalommal nagyzárthelyivel mérjük. Az aláírás megszerzésének feltétele a zárthelyi elfogadható (legalább elégséges szintű, azaz minimum 45%-os) megoldása. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte.
Vizsgaidőszakban:
A vizsga írásbeli. A kreditpont megszerzésének feltétele: legalább elégséges vizsgaosztályzat elérése.
A tárgyból szerzett érdemjegy 30%-ban a zárthelyin, 70%-ban a vizsgán elért eredményből (pontszámból) kerül meghatározásra.
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.
A vizsgák a TVSz előírásai szerint pótolhatók.
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
-
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.