Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (N2)

Sylabus przedmiotu Układy sterowania robotów:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Automatyka i robotyka
Forma studiów studia niestacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister
Obszary studiów nauk technicznych
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
ECTS (planowane) 2,0 ECTS (formy) 2,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny — Grupa obieralna —

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW3 10 1,00,62egzamin
laboratoriaL3 15 1,00,38zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomość podstaw robotyki w zakresie opisu kinematycznego i dynamicznego 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.1
T-L-2Implementacja modelu dynamicznego robota w środowisku symulacyjnym.1
T-L-3Implementacja dyskretnej postaci regulatora PID oraz symulacja sterowania pozycją w układzie jednopętlowym.1
T-L-4Badanie wpływu nieliniowości i niestacjonarności robota na jakość klasycznego sterowania PID.1
T-L-5Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym I.1
T-L-6Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym II.1
T-L-7Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym I.1
T-L-8Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym II.1
T-L-9Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota I.1
T-L-10Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota II.1
T-L-11Sterowanie robotem mobilnym I.1
T-L-12Sterowanie robotem mobilnym II.1
T-L-13Implementacja układu sterowania ze sprzężeniem wizyjnym.1
T-L-14Analiza eksperymentalna układu sterowania położeniem robota mobilnego w obecności wizyjnego sprzężenia od położenia.1
T-L-15Zaliczenie formy zajęć.1
15
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.1
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.1
T-W-8Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.1
T-W-9Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.1
T-W-10Układy sterowania w robotyce mobilnej.1
10

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie do zaliczenia15
30
wykłady
A-W-1uczestnictwo w zajęciach10
A-W-2studiowanie literatury10
A-W-3przygotowanie do egzaminu10
30

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 kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel 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_W06T2A_W03, T2A_W04, T2A_W05C-1, C-3T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10M-1, M-2, M-3, M-4S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_2A_C16_U01
Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.		AR_2A_U03, AR_2A_U09, AR_2A_U10, AR_2A_U13T2A_U08, T2A_U09, T2A_U10, T2A_U11, T2A_U12, T2A_U16, T2A_U17, T2A_U18, T2A_U19C-2T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-6, T-L-7, T-L-8, T-L-9, T-L-10, T-L-11, T-L-12, T-L-13, T-L-14, T-L-15M-3S-2, S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium 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.		2,0
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.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_2A_C16_U01
Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.		2,0
3,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
3,5
4,0
4,5
5,0

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

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.1
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.1
T-W-8Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.1
T-W-9Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.1
T-W-10Układy sterowania w robotyce mobilnej.1
10

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie do zaliczenia15
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1uczestnictwo w zajęciach10
A-W-2studiowanie literatury10
A-W-3przygotowanie do egzaminu10
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_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.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W04ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W05ma wiedzę o trendach rozwojowych i najistotniejszych nowych osiągnięciach z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów i pokrewnych dyscyplin naukowych
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-2Problemy nieliniowości i niestacjonarności oraz ich minimalizacja na etapie projektowania mechaniczno-elektrycznej konstrukcji robota.
T-W-3Klasyczna regulacja PID oraz jej ograniczenia.
T-W-4Regulacja kaskadowa i jej własności.
T-W-5Wprowadzenie do systemów sterowania bazujących na modelu.
T-W-6Wyznaczenie modelu dynamicznego robota dla celów sterowania.
T-W-7Przykłady układów regulacji bazujących na modelu. Sterowanie w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych i kartezjańskich.
T-W-8Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.
T-W-9Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.
T-W-10Układy sterowania w robotyce mobilnej.
Metody nauczaniaM-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.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie wykładów na podstawie pracy pisemnej i rozmowy ze studentem.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
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.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_2A_C16_U01Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_2A_U03Potrafi dokonać analizy i syntezy algorytmów sterowania złożonymi procesami technologicznymi wykorzystując w tym celu odpowiednie metody i narzędzia informatyczne.
AR_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.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T2A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i prostych problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne
T2A_U10potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - integrować wiedzę z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów oraz zastosować podejście systemowe, uwzględniające także aspekty pozatechniczne
T2A_U11potrafi formułować i testować hipotezy związane z problemami inżynierskimi i prostymi problemami badawczymi
T2A_U12potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania nowych osiągnięć (technik i technologii) w zakresie studiowanego kierunku studiów
T2A_U16potrafi zaproponować ulepszenia (usprawnienia) istniejących rozwiązań technicznych
T2A_U17potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację złożonych zadań inżynierskich, charakterystycznych dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadań nietypowych, uwzględniając ich aspekty pozatechniczne
T2A_U18potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania inżynierskiego, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów, w tym dostrzec ograniczenia tych metod i narzędzi; potrafi - stosując także koncepcyjnie nowe metody - rozwiązywać złożone zadania inżynierskie, charakterystyczne dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadania nietypowe oraz zadania zawierające komponent badawczy
T2A_U19potrafi - zgodnie z zadaną specyfikacją, uwzględniającą aspekty pozatechniczne - zaprojektować złożone urządzenie, obiekt, system lub proces, związane z zakresem studiowanego kierunku studiów, oraz zrealizować ten projekt - co najmniej w części - używając właściwych metod, technik i narzędzi, w tym przystosowując do tego celu istniejące lub opracowując nowe narzędzia
Cel przedmiotuC-2Wykształcenie u studentów umiejętności implementacji i analizowania złożonych układów regulacji.
Treści programoweT-L-1Wprowadzenie do laboratorium układów sterowania w robotyce. Omówienie narzędzi niezbędnych do przeprowadzenia ćwiczeń.
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-5Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym I.
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-13Implementacja układu sterowania ze sprzężeniem wizyjnym.
T-L-14Analiza eksperymentalna układu sterowania położeniem robota mobilnego w obecności wizyjnego sprzężenia od położenia.
T-L-15Zaliczenie formy zajęć.
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
2,0
3,0Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
3,5
4,0
4,5
5,0