Mechatronics

1. Metodika mechatronického přístupu ke konstruování strojů. Subsystémy strojů
a jejich modelování. Vazby mezi subsystémy. Průmyslové roboty a manipulátory
jako představitelé mechatronických systémů

Cvičení:
Představení možností simulace mechatronických systémů pomocí dostupného
programového vybavení

2. Mechanický subsystém stroje, kinematika prostorových mechanismů, Použití
maticových metod v kinematice strojů, transformační matice, použití homogenních
souřadnic, přímá úloha kinematiky v maticovém tvaru

Cvičení:
Sestavení homogenních transformačních matic, příklady řešení přímé úlohy
kinematiky (MathCad)

3. Metody orientace souřadných systémů, Denavit – Hartenbergův princip
orientace souřadných systémů, rekurentní výpočet jednotkových vektorů na osách
souř. systémů (Rodrigův vztah)

Cvičení:
Metody orientace souřadných systémů u prostorových mechanismů, praktické
příklady řešení přímé úlohy kinematiky (MathCad)

4. Diferenciální vyjádření transformačních rovnic, Jakobiho matice soustavy a
její použití. Metody řešení inverzní úlohy kinematiky

Cvičení:
Výpočet Jakobiho matice soustavy v dané poloze mechanismu, výpočet rychlostí a
zrychlení v pohybových dvojicích mechanismu (MathCad)

5. Metody řešení inverzní úlohy kinematiky. Metody vázané na kinematickou
strukturu mechanismu, vektorová metoda

Cvičení:
Kontrolní úloha – orientace souřadných systémů, přímá úloha kinematiky 15 bodů

6. Numerické aproximační metody řešení inversní úlohy kinematiky, použití
Jakobiho matice při řešení inverzní úlohy. Použití Taylorova rozvoje
transformační matice při řešení inverzní úlohy kinematiky

Cvičení:
Praktické příklady řešení inverzní transformace vektorovou metodou (MathCad)

7. Numerické optimalizační metody řešení inverzní úlohy kinematiky, chyba
polohování robotu jako objektivní funkce optimalizace, heuristické metody
řešení inverzní úlohy - metoda cyklického decimování chyby polohování (CCD)

Cvičení:
Řešení inverzní kinematické úlohy mechanismu (Pro/Mechanica)

8. Numerické optimalizační metody řešení inverzní úlohy, metody založené na
gradientu objektivní funkce, upravená Newtonova metoda, Hessova matice
soustavy, metoda Broyden-Fletcher-Shano

Cvičení:
Řešení inverzní kinematické úlohy mechanismu (Pro/Mechanica)

9. Model dynamiky mechanismů, pojem zobecněná síla, vyjádření momentů
setrvačnosti článků v ortogonálních a homogenních souřadnicích. Newton -
Eulerova metoda výpočtu zobecněné síly, výpočet reakcí ve vazbách

Cvičení:
Kontrolní úloha – vektorová metoda řešení inverzní úlohy
15 bodů

10. Sestavení Lagrangeovy pohybové rovnice v maticovém tvaru, výpočet kinetické
a potenciální energie pohyblivých článků stroje

Cvičení:
Výpočet kinetické a potenciální energie pohyblivých článků stroje (MathCad)

11. Výpočet zobecněných sil s použitím Lagrangeovy pohybové rovnice, přímá a
inverzní úloha dynamiky, řešení trajektorie koncového bodu při známém průběhu
zobecněné síly v pohybových dvojicích s použitím Lagrangeových rovnic.

Cvičení:
Výpočet zobecněných sil v pohybových jednotkách mechanismu (Pro/Mechanica)

12. Matematický model pohonného subsystému, metody modelování pohonů, simulace
dynamického chování pohonného subsystému

Cvičení:
Modelování pohonů (SIPRO, Matlab)

13. Model dynamiky robotu jako řízené soustavy, aplikace stavových proměnných,
syntéza optimálního řízení

Cvičení:
Model mechanického subsystému (Matlab)

14. Model dynamiky robotu jako řízené soustavy, momentové řízení pohonů, vliv
nastavení regulátorů na chování systému, možnosti simulace

Cvičení:
Model stroje (Pro/Mechanica)

15. Metody modelování soustavy mechanického, řídícího a pohonného systému
strojů jako celku, možnosti simulace chování

Cvičení:
Zápočtové cvičení