Courses – Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu

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