Autonóm robotok és járművek

Autonomous Robots and Vehicles

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

2026. March 21.

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Autonóm robotok és járművek

Autonomous Robots and Vehicles

Tantárgykód

BMEVIIIA358

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	3	1	0
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	kapcsolt	—

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

vizsga

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

DR. Kiss Bálint

beosztás: egyetemi docens

elérhetőség: kiss.balint@vik.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

Irányítástechnika és Informatika 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

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.

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.

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

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

Tanulástámogató anyagok

Online források

Lantos: Robotok irányítása. Akadémiai Kiadó, 3. kiadás, 2002, ISBN 963 05 7944 8; Lantos-Kiss-Harmati: Autonóm robotok és járművek segédlet (elektronikusan)

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

Matematika, Informatika, Szabályozástechnika.

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)

Matematika, Informatika, Szabályozástechnika.

Általános szabályok

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 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.

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

Szabályozástechnika (VIAUA309)

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.