Detail předmětu

Modelování a simulace II

FSI-RKDAk. rok: 2026/2027

Předmět se zabývá modelováním kinematiky a dynamiky řízených mechatronických systémů. Rozvíjí znalosti získané v předchozím studiu Mechaniky, především směrem k numerickému řešení problémů na počítači a simulačnímu modelování. Mechanismy jsou chápány jakou soustavy tuhých těles propojených vazbami.
Cvičení probíhají na počítači s využitím programu MATLAB.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Numerickým metodám je věnován prostor také jako obecným nástrojům pro řešení nelineárních rovnic a optimalizačních úloh. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (MATLAB/Simulink Multibody). Uvedeny jsou způsoby a možnosti modelování elektrických, regulační a jiných submodelů v interakci s modelem mechanismu. 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Příslušnost k typu studijního programu

magisterský navazující

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Vstupní znalosti

Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Programování v prostředí MATLAB/Simulink.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Hodnocení předmětu je založeno na standardní bodové škále 0–100 bodů. V průběhu semestru studenti absolvují průběžný test a klasifikovaný zápočet. Průběžný test je hodnocen maximálně 30 body. Klasifikovaný zápočet je hodnocen maximálně 70 body, z čehož 30 bodů je možné získat za teoretické otázky a 40 bodů za praktické úlohy na PC, které jsou podobné úlohám z cvičení. Celkové hodnocení je kombinací bodů z obou částí.

Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení.

Učební cíle

Studenti se během kurzu seznámí s moderními přístupy k řešení problémů kinematiky a dynamiky mechanismů. Předmět je zaměřen na řízení reálných strojů a jejich simulačních modelů, přičemž klíčový důraz je kladen na využití počítačové podpory. Teoretické poznatky budou aplikovány při řešení konkrétního problému v rámci semestrálního projektu.

Po absolvování předmětu budou studenti schopni:

sestavit a řešit přímý (analytický) a inverzní (analytický i numerický) kinematický model libovolného otevřeného kinematického řetězce, posoudit vhodnost konkrétní metody pro modelování kinematiky, sestavit a řešit analytický dynamický model jednodušších mechanických soustav a orientovat se v problematice numerického modelování komplexních mechatronických systémů.

Základní literatura

Corke, P. I. A Robotics Toolbox for MATLAB. IEEE Robotics & Automation Magazine. 1996, vol. 3, no. 1, pp. 24–32. https://doi.org/10.1109/100.486658
Murray, R. M.; Li, Z. a Sastry, S. S. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. Boca Raton: CRC Press, 1994. ISBN 978-0-8493-7981-9
Sciavicco, L. a B. Siciliano. Modelling and Control of Robot Manipulators. 2nd ed. London: Springer, 2000. ISBN 978-1-85233-221-1 
Spong, M. W.; Hutchinson, S. & Vidyasagar, M. Robot Modeling and Control Wiley, 2005

Doporučená literatura

Grepl, R. Kinematika a dynamika mechatronických systémů. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2007. ISBN 978-80-214-3530-8
Grepl, R. Modelování mechatronických systémů v Matlab SimMechanics. 1. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2007. ISBN 978-80-7300-226-8
Kratochvíl, C. a Slavík, J. Mechanika těles: dynamika. 2., rozšířené vyd. Brno: PC-DIR, 1997. ISBN 80-214-0946-0
Valášek, M. Mechatronika. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1995. ISBN 80-01-01276-X

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-MET-P magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný, základní teoretický předmět profilujícího základu

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CZS , 1 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Bastl, Ph.D.
Ing. Martin Formánek, Ph.D.
Ing. Jan Králík, Ph.D.
Ing. Filip Radil, Ph.D.
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

  1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)
  2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry
  3. Robotic Toolbox a robot UR5
  4. Praktický úkol na fkine/ikine
  5. Kvaterniony
  6. Kinematika a dynamika kolových vozidel
  7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)
  8. SimScape (opakování)
  9. SimScape Multibody
  10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)
  11. Identifikace systémů I.
  12. Identifikace systémů II.
  13. Feedforward řízení

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Appel, Ph.D.
Ing. Michal Bastl, Ph.D.
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.
Ing. Jan Králík, Ph.D.
Ing. Martin Formánek, Ph.D.
Ing. Filip Radil, Ph.D.

Osnova

  1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)
  2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry
  3. Robotic Toolbox a robot UR5
  4. Praktický úkol na fkine/ikine
  5. Kvaterniony
  6. Kinematika a dynamika kolových vozidel
  7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)
  8. SimScape (opakování)
  9. SimScape Multibody
  10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)
  11. Identifikace systémů I.
  12. Identifikace systémů II.
  13. Feedforward řízení

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz