Detail předmětu

Modelování a řízení robotů a manipulátorů

FSI-VRMAk. rok: 2026/2027

Po absolvování předmětu bude student schopen:

  • porozumět kinematickému a dynamickému modelování průmyslových a mobilních robotů,

  • provádět multibody modelování manipulátorů a jejich pohonů,

  • navrhovat řídicí struktury pro robotické systémy a hodnotit jejich stabilitu a výkon,

  • realizovat plánování trajektorií a řízení pohybu,

  • vytvářet simulační modely a virtuální dvojčata robotů,

  • aplikovat metody virtuálního zprovoznění (virtual commissioning).

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a informatiky (ÚAI)

Vstupní znalosti

  • základy matematiky (lineární algebra, diferenciální rovnice),

  • znalosti z automatizace a řízení (výhoda),

  • základní programovací dovednosti,

  • základy mechaniky a dynamiky soustav.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky udělení klasifikovaného zápočtu: Základní podmínkou pro udělení klasifikovaného zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení. Druhá část zápočtu odpovídá praktickému projektu. Bodový součet a výsledné hodnocení je dle stupnice ECTS. Přednáška je doporučená, není povinná.
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je kontrolovaná. Způsob nahrazování zameškané výuky je v kompetenci vedoucího cvičení.

Učební cíle

Cílem předmětu Programování robotů a manipulátorů je seznámit studenty s moderní přístupy technické robotiky, s důrazem na jejich programování, vč. řešení kinematiky/dynamiky, optimalizace pohybů, Průmysl 4.0 a využití umělé inteligence.
Předmět umožňuje studentům osvojit si nejnovější poznatky z oblasti programování průmyslových/mobilních robotů, manipulátorů a současně umožňuje rozšířit si dovednosti jejich integrace a nasazovaní v reálném provozu.

Základní literatura

KOLÍBAL, Zdeněk. Roboty a robotizované výrobní technologie. Brno: Vysoké učení technické v Brně - nakladatelství VUTIUM, 2016. (CS)
SICILIANO, Bruno a KHATIB, Oussama, ed. Springer handbook of robotics. 2nd edition. Berlin: Springer, 2016. (EN)

Doporučená literatura

ROS.org. ROS.org | Powering the world’s robots. [online]. 2.11.2016 [cit. 2016-11-02]. Dostupné z: http://www.ros.org/ Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, and Dieter Fox. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-AIŘ-P magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Osnova

  • Úvod do robotiky, typy robotů, základní pojmy, architektura robotických systémů

  • Přímá a inverzní kinematika robotických manipulátorů

  • Diferenciální kinematika a Jacobiany

  • Dynamické modelování robotů

  • Multibody modelování manipulátorů a pohonů

  • Modelování pohybových rovnic, zatížení, torques, dynamická simulace

  • Základy řízení robotů – PID, decoupling, robustní řízení

  • Pokročilé řízení – model-based control, feedforward, impedance control

  • Plánování trajektorií – polohové, rychlostní, časově optimalizované

  • Modelování interakce robota s prostředím (kontaktní úlohy)

  • Virtuální zprovoznění (virtual commissioning), digitální dvojče robota

  • Integrace robotů do výrobních linek – komunikace, bezpečnost, PLC vazby

  • Trendy robotiky – kolaborativní roboty, autonomní mobilní roboty, AI v robotice

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.

Osnova

  • Úvod do simulačního prostředí, základní model manipulátoru

  • Výpočet přímé a inverzní kinematiky pro 2–3 DOF robot

  • Numerické řešení diferenciální kinematiky, Jacobiany

  • Multibody model jednoduchého manipulátoru

  • Simulace pohonů – model motoru, převodovky, tření

  • Dynamická simulace pohybu ramene a výpočet momentů

  • Implementace základního regulátoru řízení polohy

  • Implementace pokročilého řízení – feedforward/impedance

  • Tvorba trajektorií a jejich implementace v simulaci

  • Simulace kontaktů a interakce s prostředím

  • Virtuální zprovoznění – vytvoření digitálního dvojčete manipulátoru

  • Simulace robotické buňky a integrace se senzory/PLC

  • Prezentace projektů – kompletní model + řízení + simulace