Недеља АН- Предавање новог градива Тема Обим Спецификација предмета Морфолошка матрица предмета ПРО220-0290 Индустријски роботи Наставнe активности Активна настава AT - Предавања Практична настава (теоријска настава) ПА Аудиторне вежбе АР- Разрада новог градива Тема Oбим ПЛ Лабораторијске вежбе ПС Израда семинарског рада ПЗ Израда рачунских задатака Обим Провера знања ЗТ - Тестови са оцењивањем ЗЗ - Преглед и оцена рачунских задатака ЗК - Колоквијуми са оцењивањем ЗС - Преглед и оцена семинарског рада ЗИ Завршни испит 1 АН-1 2 AР-1 3 5 2 АН-2 2 AР-2 1 ПЛ-1 2 5 3 АН-3 2 ПЗ-1 + ПС-1 2+1 5 4 АН-4 2 AР-3 1 ЗТ-1 + ЗЗ-1 1+1 5 5 АН-5 2 ПЗ-2 3 5 6 AР-4 2 ПЗ-3 2 ЗЗ-2 1 5 7 ПА-1 3 ЗК-1 2 5 8 АН-6 2 ПЛ-2 2 ЗТ-2 1 5 9 АН-7 2 AР-5 3 5 АН-8+ 10 1+2 ПА-2 2 5 АН-9 11 ПА-3+ПЛ-3 2+2 ЗТ-3 1 5 12 АН-10 2 ПЗ-4+ПЛ-4 1+2 5 13 ПА-4 4 ЗЗ-3 1 5 14 АН-11 1 ПА-5 2 ЗТ-4+ЗС-1 1+1 5 15 ЗИ 5 5 Σ 20 10 30 15 75 Укупни обим Недељно оптерећење на Факултету Самостални рад студента
Индустријски роботи. Програм предмета. Теоријска настава: АН Предавање новог градива АН-1 Дефиниције, функционалана структура и класификација индустријских робота Ово је уводна тема за разумевање појма индустријски робот и програма овог предмета кроз дефиниције, функционалну структуру и класификацију индустријских робота. Посматра се функционална структура једног савременог индустријског робота и укратко описују основни подсистеми чиме се дефинише проблематика која се изучава на предмету. Кратком анализом начина функционисања и варијанти реализације основних подсистема даје се и класификација индустријских робота по више основа и дефинишу техничке карактеристике. Дефинише се кинематичка (механичка) структура робота манипулатор. АН-2 Просторни описи и трансформације Опис позиције и оријентације енд-ефектора. Опис координатног система (фрејма). Трансформација координата. Матрица ротације и значења. Основне матрице ротација. Композитна матрица ротација (апсолутне и релативне трансформације). Особине матрице ротације. АН-3 Хомогене трансформације координатни системи Хомогене координате. Хомогене трансформације транслације и ротације. Опис координатног система (фрејма) матрицом трансформације. Сукцесивне (апсолутне и релативне) трансформације. Композитна матрица трансформације. Општа матрица крутих трансформација, значења и поступак инвертовања. Трансформационе једначине (пресликавање кроз више фрејмова једном трансформацијом, одређивање непознатог фрејма). АН-4 Кинематика манипулатора (Први део) Унутрашње и спољашње координате. Позиција и оријентација. Директни и инверзни кинематички (геометријски) проблем. Кинематички параметри, Denavit-Hartenberg-ови кинематички параметри, спецификација А матрица. АН-5 Кинематика манипулатора (Други део) Инверзни кинематички проблем. Решивост, вишеструкост решења. Методе решавања (аналитичке, нумеричке, дискусија предности и недостатака). Геометријски и алгебарски приступи аналитичког решавања инверзног кинематичког проблема. Метода сукцесивне инверзије А матрица. Кинематичко декупловање, Piper-ово решење за случај када се три осе секу у једној тачки. АН-6 Управљање роботима Општа хијерархијска структура управљачког система једног савременог индустријског робота. Управљање једним зглобом (осом) робота. Отворени и затворени системи. Резолуција, тачност и поновљивост. Управљање симулатаним кретањем више зглобова. Типови управљања: управљање тачка по тачка (PTP управљање), управљање континуалним кретањем по контури (CP управљање). АН-7 Сензори код робота Сензори у роботици, класификација. Унутрашњи и спољашњи сензори. Сензори силе и момената (сензори у корену шаке, RCC јединице). Тактилни сензори. Сензори блискости (индуктивни и оптички). Сензори растојања (активни и пасивни). Триангуларизација. Системи препознавања и примена. АН-8 Завршни уређаји (енд-ефектори) Класификација енд-ефектора. Механички хватачи. Сила хватања. Вакуумски, магнетни, универзални и прилагодљиви хватачи. Веза између робота и енд-ефектора. Аутоматска измена енд-ефектора. АН-9 Програмирање робота Програмирање робота, методе (оn-line, off-line). Програмирање обучавањем. Програмски језици за роботе и класификација (по нивоима и генерацијама). Језици вишег нивоа. Структура језика. Елементи језика и функције. Графичка симулација и верификација програма виртуелна реалност. АН-10 Примена робота ћелије са роботом Примена робота, циљеви и значај. Ћелије са роботом, лејаути ћелија са роботом. Проблеми у пројектовању ћелија са роботом. Анализа циклусног времена ћелије са роботом (RTM метода). Техноекономска анализа оправданости увођења робота методом времена отплате. 1
АН-11 Завршно предавање Завршно предавање са освртом на проблеме организације процеса пројектовања и испитивања робота. Елементи методологије увођења робота. Теоријска настава: АР Разрада новог градива АР-1 Разрада теме АН-1: Кинематичка (механичка) структура робота - манипулатор Студенти се детаљније упознају са манипулатором робота и његовим целинама: додатне-мобилне осе, осе основне или минималне конфигурације (осе позиционирањарука) и завршни механизам (осе оријентације). Анализирају се типови структура основне конфигурације и завршних механизама. Објашњавају се могућности кретања робота (позиционирање, потпуна и делимична оријентација, број степени слободе, радни простор, редудантност и сингуларитети). АР-2 Разрада теме АН-2: Опис оријентације енд-ефектора Даје се пример извођења матрице оријентације помоћу Ојлерових углова. Објашњава се и процедура одређивања углова за задату матрицу оријенатције енд-ефектора. АР-3 Разрада теме АН-4: Алгоритам придруживања координатних система сегментима манипулатора Детаљно се објашњава алгоритам придруживања координатних система сегментима манипулатора, начин специфицирања кинематичких параметара сегмената и техника решавања директног кинематичког проблема. АР-4 Допунско градиво из тема АН-4 и АН-5: Јакобијан матрица, осврт на статику и динамику робота Анализа везе између спољашњих и унутрашњих брзина и убрзања манипулатора Јакобијан матрица. Елементарни пример. Наводе се методе извођења и израчунавања Јакобијан матрице. Осврт на значај статике, уравнотежења робота и динамике робота са аспекта пројектовања манипулатора (димензионисања, избора погона и управљања). АР-5 Разрада теме АН-7: Системи препознавања Анализа структуре и процеса у системима препознавања. Формирање слике. Геометријски модел настанка слике. Методе осветљења. Обрада и анализа слике са издвајањем карактеристика. Облици, модели и поређење препознавање. Практична настава: ПА - Аудиторне вежбе ПА-1 Прва аудиторна вежба: Анализа погонских система, мерних система и преносника за роботе Специфучности погонских система, мерних система и преносника код робота. Упознавање са погонским системима, мерним системима и преносницима који се данас примењују код робота. Пнеуматски, хидраулички и електромотори (DC и DD). Мерни системи пута (потенциометри, ризолвери, енкодери) и брзине (тахогенератори). Класификација преносника. Harmonic drive и Cyclo drive редуктори. Композиције осе начини уградње погона, преносника и мерних система (предности и недостаци, утицаји на тачност, носивост, динамику). ПА-2 Друга аудиторна вежба: Завршни уређаји (енд-ефектори) Анализа типичних механизама и реализација механичких хватача са два прста. Ендефектори за обављање процеса (тачкасто и електролучно заваривање, бојење, обрада резањем, чишћење и полирање). ПА-3 Трећа аудиторна вежба: Програмирање робота Анализа типичних програмских језика за роботе (нивоа кретања). Елементи језика и функције. Описивање кретања. Активности енд-ефектора. Обрада сензорских информација. Комуникација са технолошким окружењем и синхронизација рада. Подршка за ову вежбу су: расположиви програмски језици за роботе и симулациони софтвер у Лабораторији. ПА-4 Четврта аудиторна вежба: Примена робота манипулациони и 4 часа процесни задаци Анализа и примери примене робота: - манипулација (трансфер материјала, палетизација/депалетизација), - опслуживање машина (машина за ливење под притиском, машина за пластику, преса, чекића и аутомата за запреминско обликовање, машина за обраду резањем), - процесне операције (тачкасто и електролучно заваривање, бојење), обрада (бушење, глодање, брушење, чишћење и полирање, брза израда прототипова). 2
ПА-5 Пета аудиторна вежба: Роботизована монтажа Анализа процеса роботизоване монтаже. Довођење делова при монтажи (вибрациони пуњачи, магацини, палете). Операције монтаже (упаривање, спајање, примери са анализом). Конфигурација роботизованих система за монтажу (примери са анализом). Практична настава: ПЛ Лабораторијске вежбе ПЛ-1 Прва лабораторијска вежба: Практично упознавање са основним подсистемима на роботима у лабораторији Прва лабораторијска вежба првенствено служи да студенти изврше рекапитуалцију знања о основним подсистемима робота на постојећа 4 робота у Лабораторији за индустријску роботику и вештачку интелигенцију. Такође им се презентују и типске конфигурације светских произвођача робота на типичним примерима примене где студенти сагледавају и типичну периферну технолошку опрему и енд-ефекторе. Елаборат са ове вежбе обухвата кинематичке шеме манипулатора за три робота зглобне конфигурације и дворуки робот у лабораторији. Кинематичке шеме (мобилне осе, осе позиционирања и осе оријентације) се представљају на начин како је то дефинисано на предавањима. Студенти су такође обавезни да са сајтова познатих светских произвођача скину бар по један робот за сваку типску конфигурацију (пожељно је дати и пример примене). Елаборат са ове вежбе је део семинарског рада. ПЛ-2 Друга лабораторијска вежба: погонски системи, мерни системи и преносници код робота Друга лабораторијска вежба има за циљ да се студенти практично упознају са типичним погонским системима, мерним системима и преносницима на постојећим роботима у Лабораторији. Вежба обухвата кратка објашњења на расположивим компонентама или демо моделима од произвођача ових система. Затим се студентима, демонтажом поклопаца и заштита, показују ови системи и начини њихове уградње на самим роботима. На овај начин студентима се такође пружа увид у сложеност пројектовања и израде механичке структуре робота. Елаборат ове вежбе укључује приказ и анализу једне комплетне осе на једном од робота из Лабораторије који се одреди на вежби. ПЛ-3 Припрема за трећу лабораторијску вежбу: Програмирање робота Припрема за трећу лабораторијску вежбу се обавља у Лабораторији и обухвата оспособљавање студената за самостално писање програма за манипулационе задатке (опслуживање машина, палетизација/депалетизација) и процесне задатке (контурно кретање при електролучном заваривању, обради и сл.). Студентима се детаљно објашњава програмирање једног од робота у лабораторији. Студенти добијају изводе из приручника за програмирање једног од робота. Студенти добијају једноставне задатке за које треба сами да направе: - палете од картона или стиропора и објекте манипулације, - макете од картона или стиропора делова који се заварују, обрађују и сл. За ове задатке студенти код куће пишу програме за један од робота којег заједно са макетама доносе на лабораторијску вежбу. ПЛ-4 Трећа лабораторијска вежба: Програмирање робота. Студенти са направљеним макетама палета и објеката манипулације или макетама делова који се заварују и написаним програмима код куће, прво врше графичку верификацију програма, а затим самостално демонстрирају извршавање програма на једном од робота у Лабораторији. Елаборат са ове вежбе обухвата опис задатка који се програмира са потребним цртежима и написаним програмом и део је семинарског рада. Практична настава: ПЗ Израда рачунских задатака ПЗ-1 Израда рачунских задатака: Трансформационе једначине, упутство за израду првог рачунског задатка Додатна објашњења везана за примену хомогених трансформација и трансформационих једначина. Комплетно се решавају два сложенија рачунска задатка из трансформационих једначина (пример одређивања непознатог фрејма и пример одређивања потребне трансформације за елементарни задатак упаривања делова при монтажи). Студентима се задају по два примера (један из одређивања непознатог фрејма и један из одређивања потребне трансформације за елементарни задатак упаривања делова при монтажи). Циљ овог задатка је да студент самостално провежба ову област као део припреме за први колоквијум. 3
ПЗ-2 Израда рачунског задатка: Директни кинематички проблем, упутство за израду другог рачунског задатка. Рачунски задаци из решавања директног кинематичког поблема. Решавају се примери раванских робота са два и три степена слободе и пример прва три степена слободе робота вертикалне зглобне конфигурације. Показује се начин придруживања фрејмова сегемнтима, одређују се кинематички параметри сегмената, формирају А матрице и формира матрица T која специфицира позицију и оријентацију робота. Студентима се даје материјал који садржи комплетно решење сложеног примера (PUMA) робота са 6 степени слободе које се детаљно дискутује. Студентима се задаје по 1 пример који обухвата прва три степена слободе неке од типских конфигурација за коју треба да се реши директни кинематички проблем као други рачунски задатак. Из ове области се ради задатак на Првом колоквијуму. Циљ овог задатка је да студент самостално провежба ову област као завршну припрему за први колоквијум. ПЗ-3 Израда рачунских задатака: инверзни кинематички проблем. Рачунски примери решавања инверзног кинематичког проблема раванских робота са два и три степена слободе и примера за прва три степена слободе манипулатора вертикалне зглобне конфигурације. Примери се решавају аналитички (геометријским приступом и алгебарски). Дискусија решења (вишезначност и применљивост решења). ПЗ-4 Израда рачунских задатака: RTM метода Рачунски примери примене RTM методе у анализи циклусног времена робота односно роботизованог радног места или ћелије. Примери обухватају процедуру комплетног решавања са коментарима и дискусијом резултата (повећати или смањити брзине робота или конвејера, смањити растојања и сугерисати измене лејаута и сл.). Студентима се задаје пример (или га сами дефинишу) као трећи рачунски задатак. Циљ овог задатка је да студент самостално провежба ову област као припрему за тест и као део семинарског рада. Практична настава: ПС Израда семинарског рада ПС-1 Упутство за израду семинарског рада Циљ овог семинарског рада је да студенти континуално и систематично формирају елаборат од својих резултата током курса: - решења рачунских примера које самостално раде и која им служе као помоћ на колоквијуму где је дозвољено коришћење литературе. - извештаји (елаборати) са три лабораторијске вежбе. Студентима се даје писано упутство о садржају и форми семинарског рада. Провера знања: Тестови са оцењивањем ЗТ-1 Први тест: Подсистеми робота, механичка структура-манипулатор Тест се односи на проверу знања из прве наставне јединице. Студенти самостално, без литературе дају одговоре са потребним скицама на питања која се односе на основне подсистеме и манипулатор робота. ЗТ-2 Други тест: Кинематика робота Тест се односи на проверу знања из друге, треће, четврте и пете наставне јединице. Студент самостално без литературе даје одговоре са потребним скицама на питања из области просторних односа и трансформација и кинематике манипулатора. ЗТ-3 Трећи тест: Погонски и мерни системи, преносници, управљање и сензори Тест се односи на проверу знања из шесте, седме наставне јединице. Студент самостално без литературе даје одговоре са потребним скицама на питања из области погонских и мерних система, преносника, управљања и сензора. ЗТ-4 Четври тест: Енд-ефектори и програмирање робота Тест се односи на проверу знања из осме и девете наставне јединице. Студент самостално без литературе даје одговоре са потребним скицама на питања из области енд-ефектора и програмирања. Провера знања: ЗЗ - Преглед и оцена рачунских задатака ЗЗ-1 Преглед првог рачунског задатка: Трансформационе једначине Проверава се исправност решавања и тачност решења. Посматра се и форма елабората. У разговору са студентом се закључује да ли му је решавање било јасно и да ли разуме решење. Циљ овог задатка је припрема за разумевање решавања рачунских задатака из директног кинематичког проблема (вежба ПЗ-2). Оверен елаборат остаје код студента као део семинарског рада. 4
ЗЗ-2 Преглед другог рачунског задатка: решавање директног кинематичког проблема Проверава се исправност решавања и тачност решења. Посматра се и форма елабората. У разговору са студентом се закључује да ли му је решавање било јасно и да ли разуме решење. Циљ овог задатка је самостална припрема студента за Први колоквијум. Оверен елаборат остаје код студента као део семинарског рада. ЗЗ-3 Преглед трећег рачунског задатка Проверава се исправност решавања и тачност решења. Посматра се и форма елабората. У разговору са студентом се закључује да ли му је решавање било јасно и да ли разуме решење. Оверен елаборат остаје код студента као део семинарског рада. Провера знања: ЗК - Колоквијуми са оцењивањем ЗК-1 Први колоквијум: Решавање рачунског задатка из директног 2 час кинематичког проблема Студент самостално, са литературом, решава директни кинематички проблем за задату основну конфигурацију (прва три степена слободе) по процедури како је рађено на вежбањима ПЗ-2 односно у другом рачунском задатку. Литература: материјал са предавања, аудиторних вежбања израде рачунских задатака, елаборати рачунских задатака и евентуално сопствена допунска литература. Провера знања: ЗС Преглед и одбрана семинарског рада ЗС-1 Преглед и одбрана семинарског рада Студент презентује и брани семинарски рад који садржи елаборате три рачунска задатка и елаборате три лабораторијске вежбе. Елаборат семинарског рада се допуњава испитном свеском (у којој су рађени тестови и колоквијуми) и формира фајл за сваког студента који остаје код професора и који заједно са усменим делом испита учествује у формирању коначне оцене. Провера знања: ЗИ Завршни испит ЗИ Завршни испит На усменом делу испита студент припрема и усмено даје одговоре на пет случајно изабраних питања. Прво питање је из прве наставне јединице (класификација робота, функцвионална структура, манипулатор). Друго питање је је из друге до пете наставне јединице (просторни описи и трансформације и кинематика робота). Треће питање је из шесте и седме наставне јединице (погонски и мерни системи, преносници, управљање и сензори). Четврто питање је из осме и девете наставне јединице (енд-ефектори и програмирање). Пето питање је из десете и једанаесте наставне јединице (примена робота). Прва четири питања су из области које су покривене тестовима. Пето питање је остатак градива (мали део) који објективно није могао бити обухваћен тестом. Студенту се на крају испита на основу: одговора на питања, резултата са четири теста и једног колоквијума и оцене семинарског рада формира и образлаже коначна оцена. 5