Technische Robotica Aangeboden door: Taal: Primaire doelgroep: Max. deelname: Voorkennis: Contactpersoon: Werktuigbouwkunde Nederlands alle majoren, met uitzondering van Werktuigbouwkunde 100 studenten Basisvak modelleren in dynamica variant dr.ir. M.J.G. van de Molengraft ([email protected]) Inhoud en samenstelling In het coherente keuzepakket “Technische Robotica” (10 EC) kunnen studenten kennis maken met de technische toepassingen van robots; de mogelijkheden (en beperkingen) van de huidige robots kunnen hierin zichtbaar gemaakt worden. Eerst wordt in het vak “Dynamics and control of mechanical systems” de theoretische basis gelegd voor de besturing van een mechanisch systeem, waarna in de OGO-casus “Robot-arm” wordt geëxperimenteerd met een moderne robot-arm. Deze robot-arm heeft vier vrijheidsgraden van beweging en kan daarmee allerlei handelingen nabootsen zoals bijvoorbeeld. typische bin-pick acties in een productieproces. De besturing van de arm is volledig vrij te programmeren en daarmee aan te passen aan de leerdoelen van de vakken. De studenten kunnen op eenvoudige wijze hun notebook koppelen aan de opstelling en vanuit het notebook het gehele experiment ontwerpen, uitvoeren en de uitkomsten analyseren. Na afronding van het pakket kan de student eventueel besluiten ook deel te nemen aan het vak “4DC00 Dynamics and control for robotic systems” (in Q4). De vakken in dit pakket zijn onderdeel van de Major Werktuigbouwkunde, dus studenten van die Major kunnen deze vakken NIET als keuzevak volgen. Vakcode Vaknaam Rooster (kwartiel en timeslot) Voorkennis 4DB00 Dynamics and control of mechanical systems Quarter 2, slot E 4GB20 OGO Robot-arm Quarter 4, slot D + E Basisvak Modelleren (dynamica variant), complexe getallen en tweede orde differentiaal vergelijkingen Dynamics and control of mechanical systems Volgorde binnen het pakket Om de casus (4GB20) met goed gevolg te kunnen doen is het noodzakelijk eerst het vak (4DB00) gevolgd te hebben. April 2014 1 Beschrijving vakken Dynamics and control of mechanical systems (4DB00) Het ontwikkelen en operationaliseren van de vergelijkingen van Lagrange als tool voor het afleiden van de (niet-lineaire) bewegingsvergelijkingen van complexe dynamische systemen. Vervolgens hieruit stelsels lineaire bewegingsvergelijkingen afleiden en oplossingsstrategieën ontwikkelen. De belangrijke rol van deze analyses in het ontwerpproces illustreren. Het opbouwen van kennis van de klassieke regeltheorie voor lineaire systemen met één ingang en één uitgang. Het geven van inzicht in de mogelijkheden en de beperkingen van de aangedragen concepten in relatie met het dynamisch gedrag van het te regelen systeem en de beoogde regeldoelstelling, en tevens de bereikte storingsonderdrukking in beschouwing nemend. Hiermee tot het ontwerp van een regeling komen, met name ten behoeve van toepassing bij werktuigkundige systemen. Het operationeel maken van de technieken en het praktisch implementeren van regelaars met behulp van software (Matlab/Simulink). Robot-arm (4GB20) Deze casus brengt de kennis die studenten in het vak Dynamics and Control of Mechanical Systems hebben opgedaan in de praktijk door het dynamisch gedrag van een robotarm te bestuderen en regelaars te ontwerpen om een bepaalde taak zo snel, efficiënt en stil mogelijk te realiseren. De robotarm is een uitstekend voorbeeld van systemen die onze toekomstige ingenieurs in de praktijk zullen treffen. Bij de uitvoering van de casus kunnen 4 fasen onderscheiden worden: 1. 2. 3. 4. Specificatiefase Modelvormingsfase Regelaar-ontwerpfase Evaluatiefase In de specificatiefase bedenken studenten wat de relevante specificaties zijn om uiteindelijk de gewenste prestatie van de robotarm te kunnen behalen. In de modelvormingsfase wordt een analyse gemaakt van het dynamisch gedrag van de robot-arm waarbij eenvoudige experimenten worden bedacht en uitgevoerd om relevante systeemparameters te achterhalen. In de regelaar-ontwerpfase wordt een feedforward- en feedbackregelaar ontworpen voor prestatie én stabiliteit. Prestatie is in deze casus gerelateerd aan positioneringsnauwkeurigheid, snelheid van handelen én geruisloosheid van de machine. In de evaluatiefase zullen deze drie aspecten worden geanalyseerd aan de hand van gemeten resultaten aan de robot-arm. Tenslotte reflecteren studenten in deze fase op de behaalde resultaten in relatie tot de aanvankelijk opgestelde specificaties en geven ze aan waar de verbeterpunten liggen. April 2014 2