Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S2)

Sylabus przedmiotu Układy sterowania robotów:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Automatyka i robotyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Układy sterowania robotów
Specjalność Systemy sterowania procesami przemysłowymi
Jednostka prowadząca Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny Rafał Osypiuk <Rafal.Osypiuk@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Rafał Osypiuk <Rafal.Osypiuk@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 2,0 ECTS (formy) 2,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL2 30 1,40,38zaliczenie
wykładyW2 15 0,60,62egzamin

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomość podstaw robotyki w zakresie opisu kinematyki i dynamiki manipulatora przemysłowego.
W-2Podstawowa wiedza z teorii sterowania.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z komercyjnymi układami sterowania w robotyce.
C-2Wykształcenie u studentów umiejętności implementacji i analizowania złożonych układów regulacji.
C-3Zapoznanie studentów z problemami i kierunkami rozwoju badań nad strukturami sterowania w robotyce.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Wprowadzenie do laboratorium układów sterowania w robotyce. Omówienie narzędzi niezbędnych do przeprowadzenia ćwiczeń.2
T-L-2Implementacja modelu dynamicznego robota w środowisku symulacyjnym.2
T-L-3Implementacja dyskretnej postaci regulatora PID oraz symulacja sterowania pozycją w układzie jednopętlowym.2
T-L-4Badanie wpływu nieliniowości i niestacjonarności robota na jakość klasycznego sterowania PID.2
T-L-5Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.2
T-L-6Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.2
T-L-7Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.2
T-L-8Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.2
T-L-9Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - I.2
T-L-10Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - II.2
T-L-11Sterowanie robotem mobilnym - I.2
T-L-12Sterowanie robotem mobilnym - II.2
T-L-13Implementacja układu sterowania ze sprzężeniem wizyjnym.2
T-L-14Analiza eksperymentalna układu sterowania położeniem robota mobilnego w obecności wizyjnego sprzężenia od położenia.2
T-L-15Zaliczenie formy zajęć.2
30
wykłady
T-W-1Wprowadzenie do zagadnień i metod sterowania w robotyce.1
T-W-2Problemy nieliniowości i niestacjonarności oraz ich minimalizacja na etapie projektowania mechaniczno-elektrycznej konstrukcji robota.1
T-W-3Klasyczna regulacja PID oraz jej ograniczenia.2
T-W-4Regulacja kaskadowa i jej własności.1
T-W-5Wprowadzenie do systemów sterowania bazujących na modelu.1
T-W-6Wyznaczenie modelu dynamicznego robota dla celów sterowania.1
T-W-7Przykłady układów regulacji bazujących na modelu. Sterowanie w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych i kartezjańskich.4
T-W-8Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.1
T-W-9Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.1
T-W-10Zaawansowane układy sterowania w robotyce mobilnej.2
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-L-2opracowanie sprawozdań5
35
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
15

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny.
M-2Wykład problemowy.
M-3Ćwiczenia symulacyjne realizowane za pomocą środowiska symulacyjnego oraz oprogramowania specjalistycznego.
M-4Dyskusje dydaktyczne ukierunkowane na podniesienie zdolności stosowania wiedzy.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie wykładów na podstawie pracy pisemnej i rozmowy ze studentem.
S-2Ocena formująca: Ocena wystawiana za złożenie sprawozdań po każdym cyklu ćwiczeń laboratoryjnych.
S-3Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych oraz zaangażowania pracy studenta w realizację wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych.

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_2A_C16_W01
Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota.
AR_2A_W03, AR_2A_W06C-1, C-3T-W-1, T-W-3, T-W-4, T-W-7, T-W-5, T-W-6, T-W-8, T-W-9, T-W-2, T-W-10M-3, M-4, M-1, M-2S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_2A_C16_U01
Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
AR_2A_U09, AR_2A_U10, AR_2A_U13C-2T-L-15, T-L-13, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-14, T-L-1, T-L-6, T-L-7, T-L-8, T-L-9, T-L-10, T-L-11, T-L-12, T-L-5M-3S-2, S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_2A_C16_W01
Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota.
2,0Student nie zna budowy i zasady działania komercyjnych układów sterowania w robotyce oraz nie potrafi określić stawianych przed nimi wymagań. Student uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_2A_C16_U01
Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
2,0Student nie potrafi zaprojektować klasycznego układu sterowania pozycją robota. Student uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.

Literatura podstawowa

  1. Spong Mark W., Vidyasagar M., Dynamika i sterowanie robotów, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2010
  2. Kozłowski K., Modelling and Identification in Robotics, Springer, 1999, 1st Edition
  3. Tchoń K., Mazur A., Duleba I., Hossa R., Muszynski R., Manipulatory i Roboty Mobilne, Modele, planowanie ruchu, sterowanie, Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa, 2000
  4. Siciliano B., Villani L., Robot Force Control, Springer, 2000, 1st Edition

Literatura dodatkowa

  1. Siciliano B., Khatib O., Springer Handbook of Robotics, Springer, 2008, 1st Edition

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Wprowadzenie do laboratorium układów sterowania w robotyce. Omówienie narzędzi niezbędnych do przeprowadzenia ćwiczeń.2
T-L-2Implementacja modelu dynamicznego robota w środowisku symulacyjnym.2
T-L-3Implementacja dyskretnej postaci regulatora PID oraz symulacja sterowania pozycją w układzie jednopętlowym.2
T-L-4Badanie wpływu nieliniowości i niestacjonarności robota na jakość klasycznego sterowania PID.2
T-L-5Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.2
T-L-6Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.2
T-L-7Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.2
T-L-8Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.2
T-L-9Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - I.2
T-L-10Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - II.2
T-L-11Sterowanie robotem mobilnym - I.2
T-L-12Sterowanie robotem mobilnym - II.2
T-L-13Implementacja układu sterowania ze sprzężeniem wizyjnym.2
T-L-14Analiza eksperymentalna układu sterowania położeniem robota mobilnego w obecności wizyjnego sprzężenia od położenia.2
T-L-15Zaliczenie formy zajęć.2
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Wprowadzenie do zagadnień i metod sterowania w robotyce.1
T-W-2Problemy nieliniowości i niestacjonarności oraz ich minimalizacja na etapie projektowania mechaniczno-elektrycznej konstrukcji robota.1
T-W-3Klasyczna regulacja PID oraz jej ograniczenia.2
T-W-4Regulacja kaskadowa i jej własności.1
T-W-5Wprowadzenie do systemów sterowania bazujących na modelu.1
T-W-6Wyznaczenie modelu dynamicznego robota dla celów sterowania.1
T-W-7Przykłady układów regulacji bazujących na modelu. Sterowanie w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych i kartezjańskich.4
T-W-8Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.1
T-W-9Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.1
T-W-10Zaawansowane układy sterowania w robotyce mobilnej.2
15

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-L-2opracowanie sprawozdań5
35
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
15
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_2A_C16_W01Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_2A_W03Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów.
AR_2A_W06Ma ugruntowaną wiedzę o konstrukcji oraz metodach analizy właściwości manipulatorów i robotów mobilnych, zna zaawansowane układy i algorytmy sterowania nimi, zna najnowsze osiągnięcia robotyki.
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z komercyjnymi układami sterowania w robotyce.
C-3Zapoznanie studentów z problemami i kierunkami rozwoju badań nad strukturami sterowania w robotyce.
Treści programoweT-W-1Wprowadzenie do zagadnień i metod sterowania w robotyce.
T-W-3Klasyczna regulacja PID oraz jej ograniczenia.
T-W-4Regulacja kaskadowa i jej własności.
T-W-7Przykłady układów regulacji bazujących na modelu. Sterowanie w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych i kartezjańskich.
T-W-5Wprowadzenie do systemów sterowania bazujących na modelu.
T-W-6Wyznaczenie modelu dynamicznego robota dla celów sterowania.
T-W-8Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.
T-W-9Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.
T-W-2Problemy nieliniowości i niestacjonarności oraz ich minimalizacja na etapie projektowania mechaniczno-elektrycznej konstrukcji robota.
T-W-10Zaawansowane układy sterowania w robotyce mobilnej.
Metody nauczaniaM-3Ćwiczenia symulacyjne realizowane za pomocą środowiska symulacyjnego oraz oprogramowania specjalistycznego.
M-4Dyskusje dydaktyczne ukierunkowane na podniesienie zdolności stosowania wiedzy.
M-1Wykład informacyjny.
M-2Wykład problemowy.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie wykładów na podstawie pracy pisemnej i rozmowy ze studentem.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie zna budowy i zasady działania komercyjnych układów sterowania w robotyce oraz nie potrafi określić stawianych przed nimi wymagań. Student uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student zna budowę i zasadę działania komercyjnych układów sterowania w robotyce i potrafi określić przed nimi stawiane wymagania. Ponadto rozumie charakter złożoności procesu oraz sposoby jego redukcji na etapie projektowania robota. Student uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_2A_C16_U01Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_2A_U09Potrafi zaprojektować układ sterowania złożonym obiektem mechanicznym, dobrać urządzenia wykonawcze oraz pomiarowe oraz zaimplementować algorytm sterowania w systemie mikroprocesorowym.
AR_2A_U10Potrafi zaprojektować złożony system robotyczny uwzględniając zaawansowaną interakcję robota z otoczeniem
AR_2A_U13Potrafi projektować zaawansowane systemy pomiarowe w tym systemy wizyjne stosowane w automatyce i robotyce.
Cel przedmiotuC-2Wykształcenie u studentów umiejętności implementacji i analizowania złożonych układów regulacji.
Treści programoweT-L-15Zaliczenie formy zajęć.
T-L-13Implementacja układu sterowania ze sprzężeniem wizyjnym.
T-L-2Implementacja modelu dynamicznego robota w środowisku symulacyjnym.
T-L-3Implementacja dyskretnej postaci regulatora PID oraz symulacja sterowania pozycją w układzie jednopętlowym.
T-L-4Badanie wpływu nieliniowości i niestacjonarności robota na jakość klasycznego sterowania PID.
T-L-14Analiza eksperymentalna układu sterowania położeniem robota mobilnego w obecności wizyjnego sprzężenia od położenia.
T-L-1Wprowadzenie do laboratorium układów sterowania w robotyce. Omówienie narzędzi niezbędnych do przeprowadzenia ćwiczeń.
T-L-6Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.
T-L-7Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.
T-L-8Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.
T-L-9Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - I.
T-L-10Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - II.
T-L-11Sterowanie robotem mobilnym - I.
T-L-12Sterowanie robotem mobilnym - II.
T-L-5Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.
Metody nauczaniaM-3Ćwiczenia symulacyjne realizowane za pomocą środowiska symulacyjnego oraz oprogramowania specjalistycznego.
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Ocena wystawiana za złożenie sprawozdań po każdym cyklu ćwiczeń laboratoryjnych.
S-3Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych oraz zaangażowania pracy studenta w realizację wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi zaprojektować klasycznego układu sterowania pozycją robota. Student uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną. Student uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.