Саратовский государственный технический университет " УТВЕРЖДАЮ

Саратовский государственный технический
университет
"
УТВЕРЖДАЮ
" Декан
ФЭТиП
Большаков
А.А.
2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплины Б. 3.2.3 "Управление роботами и
робототехническими системами"по специальности 221000.62
«Мехатроника и робототехника»
Курс
Семестр
Всего часов
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
Курсовая работа
час
Самостоятельная работа
136 час.
-
4
7
272 час.
68 час.
- 68 час.
21
-
Зачет
Экзамен
-
б сем
7 сем
Программа одобрена методической комиссией по
специальности, протокол № 18 от 09.05.2006г.
Зав. кафедрой СИИ,
председатель УМКС, д.т.н.
Саратов 2006 г.
В. П. Глазков
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1. Цель преподавания дисциплины
Промышленные
роботы
и
построенные
на
их
основе
роботизированные комплексы являются перспективным средством
комплексной
автоматизации
производственных
процессов.
Применение
их
позволяет
существенно
повысить
производительность труда, эффективность действующего и вновь
проектируемого оборудования, а также избавить человека от
монотонных, физически тяжелых и вредных для здоровья работ.
Роботы
и
манипуляторы
имеют
ряд
специфических
характеристик, которые позволяют выделить их в отдельный
класс объектов управления и сформировать с учетом этих
особенностей требования к синтезу управления. Зачастую синтез
управления роботом нельзя отделить от кинематики и динамики
его исполнительного устройства. В связи с этим важной и
актуальной задачей является изучение кинематики и динамических
свойств различных исполнительных устройств и использование
этой информации для получения возможно более простого и
экономного управления. В свою очередь задача управления
роботом неразрывно связана с планированием траекторий его
движения.
Целью дисциплины является:
изучение основ построения кинематических и динамических
моделей роботов и задач управления движением, методов построения
программных траекторий движения
1.2. Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен знать: особенности исполнительных систем как объектов управления; -методы
решения задач кинематики манипуляторов; -методы построения моделей
динамики манипуляторов; -методы планирования траекторий
движения манипулятора в -декартовом пространстве и в пространстве
обобщенных координат; -принципы построения и расчета
исполнительных систем роботов; -основные методы управлений
движением робота.
1.3. Рекомендации по изучение дисциплины
Изучению дисциплины должно предшествовать помимо
общеобразовательных дисциплин изучение курсов: "Прикладная механика",
"Электронные устройства роботов", "Гидропневмоэлементы и приводы
роботов", «Основы робототехники», «Теория автоматов», «Теория
автоматического управления».
Г
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Содержание учебных занятий
2.1.1. Введение - 2 час.
Особенности робота как объекта управления. Манипуляционные
механизмы и исполнительные системы роботов. Цель и .задачи курса,
2.1.2. Кинематика манипуляторов - 14 час. Системы координат,
выбор и преобразование - 2 час. Кинематические параметры,
используемые для описания углового и поступательного движения
твердого тела - 2 час. Углы Эйлера, Крылова - 2 час. Направляющие
косинусы - 2 час. Вектор конеч.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Содержание учебных занятий
2.1.1. Введение - 2 час.
Особенности робота как объекта управления. Манипуляционные
механизмы и исполнительные системы роботов. Цель и задачи курса.
2.1.2. Кинематика манипуляторов - 14 час.
Системы координат, выбор и преобразование - 2 час.
Кинематические параметры, используемые для описания
углового и поступательного движения твердого тела - 2 час.
Углы Эйлера, Крылова - 2 час. Направляющие косинусы - 2 час.
Вектор конечного поворота и его проекции - 2час.
Кватернионные объекты, параметры Кейли-Клейна - 2 час.
Использование дуальных параметров. Прямая и обратная задачи
кинематики - 2 час.
Модуль 1
2.1.3. Построение (планирование) программных траекторий
движения манипулятора - 12 час.
Общие аспекты планирования траекторий - 2 час. Особенности
планирования траекторий в пространстве обобщенных координат - 2 час.
Особенности использования кубических сплайнов при планировании
траекторий - 2 час. Типы траекторий. Алгоритмов планирования с
использованием ЭВМ - 2 час. Допустимые траектории движения - 2 час.
Планирование траекторий движения матипу-лятора в декартовом
пространстве - 2 час.
Модуль 2 (Расчетно-графическая работа)
2.1.4. Силовой анализ манипуляционного механизма - 8 час.
Внешние силовые воздействия, массы и моменты инерции нагрузки,
приведение к степеням подвижности механизмов - 2 час. Взаимовлияние
степеней подвижности - 2 час. Нелинейности механических передач.
Люфты и моменты сопротивления движению - 2 час. Упругие деформации
элементов конструкции и механических передач - 2 час.
2.1.5.Динамика манипуляторов - 14 час.
Методы получения моделей динамики - 2 час. Динамическая
модель стационарного робота - 2 час.
Пример получения
дифференциальных уравнений движения манипулятора - левые части урав
внений - 4 час. Правые части уравнений динамики - 2 час. Алгоритм
формирования рекуррентных уравнений для ЭВМ - 4 час.
Модуль 3
2.1.7 Задачи управления движением робота - 18 час. Методы,
основанные на решении обратной задачи динамики - 4 час. Способы
силового управления при реализации задач сборки и механообработки - 4
час.
Применение методов самонастройки при управлении роботами - 2 час.
Особенности реализации алгоритмов динамического управления с помощью
микропроцессорных управляющих устройств.- 4 час. Обучение роботов - 2
час.Логический уровень системы управления многокомпонентным РТК, его
структура, аппаратный состав - 2 час.
Модуль 4
2.2 Перечень тем практических занятий - 68 час.
2.2.1. Решение прямой задачи кинематики..
Метод взаимосвязанного представления координат - 4 час.
2.2.2. Решение обратной задачи кинематики на ЭВМ - 4 час.
2.2.3. Исследование динамики манипулятора. Получение
динамических моделей - 6 час.
2.2.4. Планирование траекторий движения манипулятора в
присоединенных координатах - 6 час.
2.2.5. Планирование траекторий движения в декартовом
пространстве - 4 час.
2.2.6. Моделирование степеней подвижности манипулятора на
АВМ - 4 час.
2.2.7. Решение прямой и обратной задачи кинематики
различными методами. Снижение вычислительной сложности - 4
час.
2.2.8. Определение положений, скоростей и ускорений
точекмеханизма манипулятора - 4 час.
2.2.9. Составление дифференциальных уравнений движения
манипулятора - б час.
2.2.10. Метод винтов и дуальных матриц в.кинематике
манипуляторов - 4 час.
< 2.2.11. Использование кватернионных объектов в кинематике
манипуляторов - 4 час.
2.2.12. Планирование траекторий движения
манипулятора.Проверка допустимости траекторий в экстремальных
точках – 4 час.
2.2.13. Применение нейронных сетей для решения задач кинематики
манипуляторов. Методы получения и обучения сети.- 6 час.
2.2.14. Решение обратных задач кинематики манипулятора с
использованием нейронных сетей,- 4 час.
2.2.15. Численные и комбинированные методы решения задач
кинематики манипулятора.- 4 час
2.4. Примерный перечень тем курсовых работ
2.4.1. Разработка алгоритмов решения задач кинематики при
различных способах задания движения (направляющие косинусы,
ватернионные объекты, параметры Кейли-Клейна, дуальные параметры).
2.4.2. Планирование траектории движения манипулятора с
использованием кватернионов.
2.4.3. Разработка моделей систем управления шагающего
робота.
2.4.4. Разработка алгоритма речевого управления роботом.
2.4.5. Разработка автоматизированной системы проектирова ния
механизмов исполнительных систем роботов.
2.4.6. Исследование динамики исполнительной системы робота на
АВМ.
2.4.7. Построение моделей динамики манипулятора с
использованием ЭВМ.
2.4.8. Решение задач кинематики манипулятора с использованием
нейронных сетей. '
2.4.9. Применение дуальных кинематических параметров в
задачах кинематики, динамики и управления движением робота.
2.4.10. Оптимизация методов решения задач кинематики,
динамики и управления по вычислительной сложности.
Каждому студенту выдается индивидуальное задание.
Предпочтение должно отдаваться тем, которые в дальнейшем могут
явиться составной частью дипломного проекта (работы). Выполнению
курсовой работы должен предшествовать литературный обзор и
патентный поиск.
ЛИТЕРАТУРА
1. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов:
В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. - М.: Высш. шк.,
1988.
2. Шахнипур М. Курс робототехники: Пер. с англ. - М.: Мир,
1990. г 3. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника: Пер с англ. М.: Мир, 1989.
4. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - М.:
Машиностроение, 1983.
5. Кулешов В.С., Лакота Н.А. Динамика систем управления
манипуляторами. - М.: Энергия, 1971.
6. Дистанционно управляемые робота и манипуляторы / В.С.
Кулешов и др.; Под ред. Е.П. Попова. - М.: Машиностроение, 1986.
7. Динамика управления роботами. М.: Наука, 1984.
8.Системы управления манипуляционных роботов / Медведев
В.С. и др. - М.:^ Наука, 1978.
9. Тимофеев А.В. Адаптивные робототехнические комплексы.
Л.: Машиностроение, 1988.
Составитель программы
к.т.н., доцент
ч«
В.П.
Глазков