Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Kinematyka i dynamika układów mechatronicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIME-2-103-PM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Projektowanie mechatroniczne
Kierunek:
Inżynieria Mechatroniczna
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Lisowski Wojciech (lisowski@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł zapoznaje studentów z mechaniką mechatronicznych urządzeń pozycjonujących na przykładzie robotów manipulacyjnych i mobilnych

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Zna metody analizy i syntezy kinematycznej mechanizmów wykonawczych i pozycjonujących układów mechatronicznych IME2A_W04, IME2A_W07 Egzamin,
Wykonanie projektu
M_W002 Zna techniki planowania toru i trajektorii ruchu, metody opisu kinematyki, analizy osobliwości, analizy statycznej i dynamicznej mechanizmów pozycjonujących układów mechatronicznych IME2A_W04, IME2A_W07 Egzamin,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Zna metody opisu położenia i orientacji, kinematyki i dynamiki, planowania toru ruchu i nawigacji mobilnych układów mechatronicznych IME2A_W04, IME2A_W07 Egzamin,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi przeprowadzić analizę kinematyczną mechatronicznego mechanizmu wykonawczego lub pozycjonującego IME2A_U03, IME2A_U07, IME2A_U02 Wykonanie projektu
M_U002 Wykorzystując odpowiednie oprogramowanie potrafi sformułować model dynamiczny pozycjonującego mechanizmu mechatronicznego oraz potrafi sklasyfikować składniki sformułowanych równań dynamicznych ruchu IME2A_U03, IME2A_U07, IME2A_U02 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Potrafi zaplanować tor ruchu mobilnego układu mechatronicznego IME2A_U03, IME2A_U07, IME2A_U02 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Potrafi wykorzystać komputerowe środki wspomagania prac inżynierskich do symulacji modelu mechaniki mechatronicznego układu pozycjonującego IME2A_U03, IME2A_U07, IME2A_U02 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
96 42 0 26 28 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Zna metody analizy i syntezy kinematycznej mechanizmów wykonawczych i pozycjonujących układów mechatronicznych + - - - - - - - - - -
M_W002 Zna techniki planowania toru i trajektorii ruchu, metody opisu kinematyki, analizy osobliwości, analizy statycznej i dynamicznej mechanizmów pozycjonujących układów mechatronicznych + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna metody opisu położenia i orientacji, kinematyki i dynamiki, planowania toru ruchu i nawigacji mobilnych układów mechatronicznych + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi przeprowadzić analizę kinematyczną mechatronicznego mechanizmu wykonawczego lub pozycjonującego - - + + - - - - - - -
M_U002 Wykorzystując odpowiednie oprogramowanie potrafi sformułować model dynamiczny pozycjonującego mechanizmu mechatronicznego oraz potrafi sklasyfikować składniki sformułowanych równań dynamicznych ruchu - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi zaplanować tor ruchu mobilnego układu mechatronicznego - - + - - - - - - - -
M_U004 Potrafi wykorzystać komputerowe środki wspomagania prac inżynierskich do symulacji modelu mechaniki mechatronicznego układu pozycjonującego - - + + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 191 godz
Punkty ECTS za moduł 7 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 96 godz
Przygotowanie do zajęć 25 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 40 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 24 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (42h):
Kinematyka i dynamika układów mechatronicznych

Klasyfikacja rodzajów modeli mechanizmów wykonawczych i pozycjonujących.
Klasyfikacja mechanizmów układów mechatronicznych z uwzględnieniem: łańcuchów kinematycznych mechanizmów wykonawczych, układów transmisji ruchu, stosowanych napędów, mechanizmów pozycjonujących (manipulatorów) oraz układów mobilnych.
Zaawansowane metody analizy kinematycznej mechanizmów układów mechatronicznych. Techniki planowania toru ruchu mechanizmów pozycjonujących w przestrzeni ograniczonej z przeszkodami.
Metody syntezy kinematycznej mechanizmów układów mechatronicznych.
Techniki opisu oraz analizy położenia i orientacji członu mechanizmu pozycjonującego. Techniki planowania toru ruchu członów pozycjonujących mechanizmów przestrzennych. Metody wyznaczania parametrów kinematycznych manipulatorów. Macierz jakobianu manipulatora. Analiza osobliwości pozycji mechanizmów pozycjonujących. Analiza statyczna manipulatora.
Opis rozkładu masy i energia kinetyczna manipulatora. Model dynamiczny manipulatora – zadanie proste i odwrotne dynamiki.
Opis położenia i orientacji robota mobilnego z wykorzystaniem przekształcenia jednorodnego i techniki odometrycznej.
Planowanie toru ruchu robotów mobilnych kołowych. Metody minimalizacji długości toru (algorytm ang wavefront). Problemy lokalizacji w przestrzeni. Nawigacja mobilnym robota kołowego lub grupy robotów z wykorzystaniem zewnętrznych markerów.
Wyznaczanie parametrów kinematycznych robotów mobilnych kołowych dla zadanych torów ruchu.
Dynamika robotów mobilnych kołowych – równania Lagrange’a i Maggi’ego.
Aproksymacja nieliniowych składników modelu dynamicznego z zastosowaniem sztucznych sieci neuronowych lub zbiorów rozmytych.

Ćwiczenia laboratoryjne (26h):
Manipulacyjne i mobilne mechatroniczne układy pozycjonujące

Analiza położenia i orientacji członów mechanizmów pozycjonujących w przestrzeni na przykładzie manipulatora.
Planowanie toru ruchu członów mechanizmów pozycjonujących.
Rozkład masy członów mechanizmu pozycjonującego. Równania dynamiczne ruchu – Zadanie odwrotne dynamiki.
Analiza sił uogólnionych obciążających strukturę mechanizmu, porównanie z siłami napędowymi.
Opis i analiza kinematyki robotów mobilnych na przykładzie robota dwukołowego.
Opis i analiza dynamiki robotów mobilnych na przykładzie robota dwukołowego.
Zastosowanie technik eksperymentalnych w budowie modelu dynamicznego robota mobilnego (zastosowanie środowiska Matlab-Simulink).
Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych lub zbiorów rozmytych do aproksymacji nieliniowych składników modelu dynamicznego robota mobilnego dwukołowego..
Podsumowujące zajęcia seminaryjne.

Ćwiczenia projektowe (28h):
Analiza kinematyczna w projektowaniu mechatronicznych mechanizmów wykonawczych i pozycjonujących

Środki komputerowego wspomagania analizy i syntezy kinematycznej mechanizmów. Analiza kinematyczna mechanizmu wybranych układów mechatronicznych. Planowanie toru ruchu mechanizmów pozycjonujących w przestrzeni ograniczonej z przeszkodami. Synteza kinematyczna mechanizmów wybranych układów mechatronicznych.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa jest obliczana na podstawie:
- średniej arytmetycznej ocen cząstkowych zajęć laboratoryjnych (35%)
- pozytywnej oceny zajęć projektowych (35%)
- pozytywnej oceny z egzaminu (30%)
Ocena z egzaminu uzyskana w trybie poprawkowym jest obniżana o pół oceny.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Cieślik J., Felis J., Jaworowski H.: Teoria maszyn i mechanizmów. Część 1. Analiza mechanizmów. Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.
Spong M. W., Vidysagar M.: Dynamika i sterowanie robotów, WNT, Warszawa, 1997
Praca zbiorowa pod red. W. Lisowskiego: Introduction to robotics. Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, 2004
Buratowski T.: Podstawy Robotyki, Uczelniane Wydawnictwa naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, 2006
Tchoń K.: Manipulatory i roboty mobilne, Akademicka oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa 2000

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Introduction to robotics, Praca zbiorowa pod red. W. Lisowskiego, Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, 2004
Baran D., Lisowski W., Numerical simulation and co-simulation in analysis of manipulators’ dynamics, Mechanics and Control, Vol34 No.4, pp. 129-135, 2013

Informacje dodatkowe:

Brak