Courses – Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu

Subject: (22.EAI029)

Type of studies	Title
Master Academic Studies	Artificial Intelligence and Machine Learning (Year: 1, Semester: Summer)

General information:

Category	Scientific-professional
Scientific or art field	Mehatronika, robotika i automatizacija i integrisani sistemi
ECTS	6

Cilj predmeta je osposobljavanje studenata za teorijsko razumevanje najvažnijih koncepata vezanih za klasu redundantnih robotskih manipulatora i praktično rešavanje problema koji uključuju modelovanje kinematike i dinamike ovakvih sistema, analizu stabilnosti ravnotežnih položaja i sintezu rezličitih tipova kontrolera za upravljanje kretanjem i fizičkom interakcijom robota sa okolinom. U predmetu se generalizuju osnovni koncepti, vezani za klasu industrijskih manipulatora, i uvode se novi koncepti neophodni za analizu kompleksnih robotskih sistema kao što su humanoidni i kolaborativni roboti. Dodatni cilj je osposobljavanje studenata za praćenje savremene literature iz oblasti robotike i uvođenje u samostalani naučno-istraživački rad.

Studenti su osposobljeni da samostalno formiraju kinematski i dinamički model redundantnog robotskog sistema. Zatim, da na osnovu karakteristika samog sistema, tipa zadatka i specifikacije zahteva po pitanju dinamičkih performansi ponašanja, izaberu odgovarajuće algoritme za rešavanje inverzne kinematike i dinamike, kao i da izvrše sintezu odgovarajućeg tipa kontrolera. Studenti su naučili da samostalno implementiraju i izvrše simulaciju dinamike čitavog sistema u zatvorenoj sprezi u nekom od programskih paketa za simulaciju (MATLAB, Gazeebo, …).

1) Kinematika redundantnih manipulatora – Analitički Jakobijan; Kinematski i reprezentacioni singulariteti; Pojam redundanse; Elipsoid manipulabilnosti i sile; Opseg i nul-prostor Jakobijana; Kineto-statička dualnost; Inverzna kinematika redundantnih manipulatora; Pseudo-inverzni Jakobijan; Regularizacija u prisustvu singulariteta; Prioritizacija zadataka u nul-prosotru Jakobijana; Algoritamsko rešavanje inverzne kinematike. 2) Dinamika redundatnih manipulatora – Jednačina dinamike u operacionom prostoru; Inverzna dinamika redundantnih manipulatora; Dinamički-konzistentan pseudo-inverzni Jakobijan; Rešenje redundanse na kinematskom i dinamičkom nivou. 3) Pojam stabilnosti kod nelinearnih sistema – Ravnotežna tačka; Autonomni i neautonomni procesi; Stabilnost u smislu Ljapunova; Asimptotska i eksponencijalna stabilnost; Prvi metod Ljapunova; Direktni metod Ljapunova; Metod Krasovskog; La Saleov princip, Barbalatova lema. 4) Upravljanje kretanjem robota – Decentralizovano upravljanje; Upravljanje zasnovano na modelu; Sinteza kontrolera Direktnim metodom Ljapunova; PD regulator sa gravitacionom kompenzacijom; Nominalno upravljanje; Linearizacija u povratnoj sprezi, Computed-torque control, Inverse-dynamics control, Upravljanje kliznim površima (Sliding mode); Upravljanje u operacionom prostoru zasnovano na transponovanom i inverznom Jakobijanu. 5) Upravljanje fizičkom interakcijom – Direktno i indirektno upravljanje kontaktnom silom; Impedansno upravljanje u prostoru zglobova i operacionom prostoru; Upravljanje silom; Prirodna i veštačka ograničenja; Hibridno upravljanje silom/pozicijom; Paralelno upravljanje silom/pozicijom, Paralelno upravljanje silom/brzinom.

Nastava se odvija kroz predavanja i vežbe. Tokom vežbe studenti su obavezni da urade praktični projekat. Tokom vežbi i projekta studenti u simulacionom okružnju prolaze kroz različite primere rada sa redudantnim manipulatorima i problemima iz domena fizičke interakcije čoveka i robota koji objašnjavaju upotrebu algoritama i iz domena veštačke inteligencije i mašinskog učenja za rešavanje praktičnih zadataka.

Authors	Title	Year	Publisher	Language
Y. Nakamura	Advanced robotics: redundancy and optimization	1991	Addison-Wesley Publishing Company	English
M. W. Spong, S. Hutchinson and M. Vidyasagar	Robot Modeling and Control	2005	John Wiley & Sons	English
B. Siciliano, О. Khatib	Springer handbook of robotics	2016	Springer	English
L. Sciavicco and B. Siciliano	Modelling and Control of Robot Manipulators	2000	Springer-Verlag	English
J. J. Slotine, W. Li	Applied Nonlinear Control	1991	Pearson	English