ZUT - Polska Rama Kwalifikacji / Rok 2022/2023 / Wydział Elektryczny / Automatyka i robotyka (S2) / Bezpieczeństwo funkcjonalne systemów przemysłowych / Sylabus przedmiotu

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S2)
specjalność: Bezpieczeństwo funkcjonalne systemów przemysłowych

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 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 dydaktyczna	KOD	Semestr	Godziny	ECTS	Waga	Zaliczenie
wykłady	W	2	15	0,6	0,62	egzamin
laboratoria	L	2	30	1,4	0,38	zaliczenie

Wymagania wstępne

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

Cele przedmiotu

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

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

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

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KOD	Forma aktywności	Godziny
laboratoria
A-L-1	Uczestnictwo w zajęciach	30
A-L-2	opracowanie sprawozdań	5
		35
wykłady
A-W-1	Uczestnictwo w zajęciach	15
A-W-2	Egzamin	1
		16

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

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

Sposoby oceny

KOD	Sposób oceny
S-1	Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie wykładów na podstawie pracy pisemnej i rozmowy ze studentem.
S-2	Ocena formująca: Ocena wystawiana za złożenie sprawozdań po każdym cyklu ćwiczeń laboratoryjnych.
S-3	Ocena 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 się	Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera	Cel przedmiotu	Treści programowe	Metody nauczania	Sposób 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_W06	—	—	C-1, C-3	T-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-10	M-3, M-4, M-1, M-2	S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia się	Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera	Cel przedmiotu	Treści programowe	Metody nauczania	Sposób 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_U13	—	—	C-2	T-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-5	M-3	S-2, S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia się	Ocena	Kryterium 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	Student 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.
	3,0	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. Student uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	3,5	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. Student uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	4,0	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. Student uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	4,5	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. Student uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	5,0	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. Student uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia się	Ocena	Kryterium oceny
AR_2A_C16_U01 Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.	2,0	Student nie potrafi zaprojektować klasycznego układu sterowania pozycją robota. Student uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	3,0	Student 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.
	3,5	Student 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.
	4,0	Student 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.
	4,5	Student 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.
	5,0	Student 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

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

Literatura dodatkowa

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

Treści programowe - laboratoria

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

Treści programowe - wykłady

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

Formy aktywności - laboratoria

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-L-1	Uczestnictwo w zajęciach	30
A-L-2	opracowanie sprawozdań	5
		35

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-W-1	Uczestnictwo w zajęciach	15
A-W-2	Egzamin	1
		16

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia się	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.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_2A_W03	Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_2A_W06	Ma ugruntowaną wiedzę o konstrukcji oraz metodach analizy właściwości manipulatorów i robotów mobilnych, zna zaawansowane układy i algorytmy sterowania nimi, zna najnowsze osiągnięcia robotyki.
Cel przedmiotu	C-1	Zapoznanie studentów z komercyjnymi układami sterowania w robotyce.
Cel przedmiotu	C-3	Zapoznanie studentów z problemami i kierunkami rozwoju badań nad strukturami sterowania w robotyce.
Treści programowe	T-W-1	Wprowadzenie do zagadnień i metod sterowania w robotyce.
	T-W-3	Klasyczna regulacja PID oraz jej ograniczenia.
	T-W-4	Regulacja kaskadowa i jej własności.
	T-W-7	Przykłady układów regulacji bazujących na modelu. Sterowanie w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych i kartezjańskich.
	T-W-5	Wprowadzenie do systemów sterowania bazujących na modelu.
	T-W-6	Wyznaczenie modelu dynamicznego robota dla celów sterowania.
	T-W-8	Hybrydowe sterowanie siłą w robotyce.
	T-W-9	Systemy wizyjne jako sprzężenie w układach sterowania pozycją.
	T-W-2	Problemy nieliniowości i niestacjonarności oraz ich minimalizacja na etapie projektowania mechaniczno-elektrycznej konstrukcji robota.
	T-W-10	Zaawansowane układy sterowania w robotyce mobilnej.
Metody nauczania	M-3	Ćwiczenia symulacyjne realizowane za pomocą środowiska symulacyjnego oraz oprogramowania specjalistycznego.
	M-4	Dyskusje dydaktyczne ukierunkowane na podniesienie zdolności stosowania wiedzy.
	M-1	Wykład informacyjny.
	M-2	Wykład problemowy.
Sposób oceny	S-1	Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie wykładów na podstawie pracy pisemnej i rozmowy ze studentem.
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0	Student 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.
	3,0	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. Student uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	3,5	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. Student uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	4,0	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. Student uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	4,5	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. Student uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	5,0	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. Student uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia się	AR_2A_C16_U01	Student potrafi zaprojektować klasyczny układ sterowania pozycją robota i przeprowadzić jego podstawową analizę symulacyjną.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_2A_U09	Potrafi zaprojektować układ sterowania złożonym obiektem mechanicznym, dobrać urządzenia wykonawcze oraz pomiarowe oraz zaimplementować algorytm sterowania w systemie mikroprocesorowym.
	AR_2A_U10	Potrafi zaprojektować złożony system robotyczny uwzględniając zaawansowaną interakcję robota z otoczeniem
	AR_2A_U13	Potrafi projektować zaawansowane systemy pomiarowe w tym systemy wizyjne stosowane w automatyce i robotyce.
Cel przedmiotu	C-2	Wykształcenie u studentów umiejętności implementacji i analizowania złożonych układów regulacji.
Treści programowe	T-L-15	Zaliczenie formy zajęć.
	T-L-13	Implementacja układu sterowania ze sprzężeniem wizyjnym.
	T-L-2	Implementacja modelu dynamicznego robota w środowisku symulacyjnym.
	T-L-3	Implementacja dyskretnej postaci regulatora PID oraz symulacja sterowania pozycją w układzie jednopętlowym.
	T-L-4	Badanie wpływu nieliniowości i niestacjonarności robota na jakość klasycznego sterowania PID.
	T-L-14	Analiza eksperymentalna układu sterowania położeniem robota mobilnego w obecności wizyjnego sprzężenia od położenia.
	T-L-1	Wprowadzenie do laboratorium układów sterowania w robotyce. Omówienie narzędzi niezbędnych do przeprowadzenia ćwiczeń.
	T-L-6	Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.
	T-L-7	Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.
	T-L-8	Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z wewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - II.
	T-L-9	Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - I.
	T-L-10	Budowa, symulacja i analiza układu sterowania bazującego na modelu właściwym robota - II.
	T-L-11	Sterowanie robotem mobilnym - I.
	T-L-12	Sterowanie robotem mobilnym - II.
	T-L-5	Budowa, symulacja i analiza układu sterowania z zewnętrznym sprzężeniem linearyzującym - I.
Metody nauczania	M-3	Ćwiczenia symulacyjne realizowane za pomocą środowiska symulacyjnego oraz oprogramowania specjalistycznego.
Sposób oceny	S-2	Ocena formująca: Ocena wystawiana za złożenie sprawozdań po każdym cyklu ćwiczeń laboratoryjnych.
Sposób oceny	S-3	Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych oraz zaangażowania pracy studenta w realizację wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych.
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0	Student nie potrafi zaprojektować klasycznego układu sterowania pozycją robota. Student uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
	3,0	Student 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.
	3,5	Student 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.
	4,0	Student 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.
	4,5	Student 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.
	5,0	Student 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.