Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Robotizált gyártórendszerek

    A tantárgy angol neve: Robotized Manufacuring Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2024. február 24.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Alapképzés (BSc), villamosmérnöki szak

    Beágyazott és irányító rendszerek specializáció 
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIAC06 5 2/2/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Gincsainé Dr. Szádeczky-Kardoss Emese,
    A tantárgy tanszéki weboldala https://edu.vik.bme.hu
    4. A tantárgy előadója
    Gincsainé Dr. Szádeczky-Kardoss Emese, docens, Irányítástechnika és Informatika Tsz.
    Dr. Kiss Bálint, docens, Irányítástechnika és Informatika Tsz.

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Digitális technika, Programozás alapjai 1-2, Lineáris algebra
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy célja a diszkrét vezérlések és irányítások, különös tekintettel a termelőrendszerekben, és ellátási láncokban a gyakorlatban elterjedten alkalmazott szabványos programozható eszközök, ipari robotkarok és a hozzájuk kapcsolódó érzékelő és beavatkozó szervek főbb jellemzőinek bemutatása, továbbá az alkalmazásukhoz és üzemeltetésükhöz szükséges legfontosabb ismeretek átadása. A tárgy szintén ismerteti a berendezések közti megbízható kommunikációt biztosító terepi buszrendszerek jellemzőit. A tárgy követelményeit sikeresen teljesítő hallgató képes
    - bemutatni a robotizált gyártórendszerek elemeit, felépítését,
    - ismertetni a programozható irányítóberendezések (PLC) szabványos működési és programozási modelljét, gyakran használt moduljait,
    - gyártásautomatizálási gyakorlatban tipikus vezérlési feladatokat megvalósítani PLC-k segítéségével,
    bemutatni a gyártásautomatizálásban egyes gyakran használt érzékelők és hajtásvezérlési eszközök működési elvét és jellemzőiket,
    - bemutatni és alkalmazni a gyártásautomatizálásban is elterjedt terepi buszrendszereket,
    - ismertetni az ipari robotkarok felépítését, jellemzőit, bemutatni a robot geometriai modelljét, valamint a direkt, illetve inverz geometriai feladat és megoldásának módszereit (a csuklótér és a munkatér közötti transzformációkat),
    - ipari gyakorlatban tipikus alkatrész- és szerszámmozgatási feladatokat megvalósítani a második generációs robotprogramozási nyelvek lehetőségeit kihasználva.
    8. A tantárgy részletes tematikája
    Előadások
     
    1. Robotizált gyártórendszerek és PLC-k (2 hét): Ipari irányítórendszerek fejlődéstörténete. Korszerű gyártásautomatizálási rendszerek felépítése, hardver- és szoftverelemei. A PLC fogalma, PLC-k osztályozása, kompakt és moduláris vezérlők. A központi egység feladata és felépítése, be- és kimeneti modulok típusai. A PLC-k általános memóriamodellje, ciklikus működési mód fogalma és hatása a programozási modellre.

    2. Az IEC-61131-3 szabvány szoftvermodellje (1 hét): Korszerű PLC operációs rendszerek szolgáltatásai, ütemezés, programszervezési egységek, adattípusok, szabványos függvények és funkcióblokkok.
     
    3. Elmozdulás- és közelítésérzékelés (2 hét): Elmozdulás és elfordulás mérése potenciométerek, relatív és abszolút kódadók, ultrahangos és lézeres távolságérzékelők alkalmazásával. Az ipari gyakorlatban elterjedt közelítésérzékelők: végálláskapcsolók, optikai, mágneses, induktív és kapacitív érzékelők működési elve és jellegzetessége, alkalmazástechnikája. 
     
    4. Hajtásszabályozás (2 hét): a gyártásautomatizálás tipikus villamos beavatkozói. Aszinkron frekvenciaváltós hajtások: frekvenciaváltók felépítése és működési elve, tipikus alkalmazások és paraméterek, esettanulmány. Szinkron szervohajtások: szervoerősítő felépítése és működése elve, tipikus alkalmazások, működési módok és paraméterek, lineáris hajtások, esettanulmány. 
     
    5. Robotikai alapfogalmak (1 hét): nyílt kinematikai láncú ipari robotkarok felépítése, szegmensek, csuklók, a robot munkatere, a szerszám vagy megfogó pozíciójának és orientációjának jellemzése. Robotcellák felépítése, a robotok, mint a gyártórendszerek intelligens aktuátorai.
     
    6. Robotkarok geometriai modellje (2 hét): homogén transzformációk a robot szegmenseihez és a szerszámhoz vagy megfogóhoz rögzített keretek között, a transzformációk megadása Denavit-Hartenberg paraméterekkel. A direkt és inverz geometriai feladat a konfigurációs tér és a munkatér között. A feladat szétbontásának lehetősége pozíciós és orientációs részfeladatokra.
     
    7. Robotprogramozás (1 hét): Robotok betanításának módszerei, a betanított konfigurációkra illeszkedő pálya tervezése. A második generációs robotprogramozási nyelvek szolgáltatásai, a leggyakrabban támogatott mozgató utasítások családja.
     
    8. Terepi buszrendszerek (3 hét): Terepi buszok és buszrendszerek jellemzői, alkalmazástechnikai megfontolások. A legelterjedtebb terepi buszrendszerek bemutatása: AS-i, MODBUS, CANopen, PROFIBUS, PROFINET.
     
    Gyakorlatok a PLC-k IEC 61131-3 szabvány szerinti programozásához
     
    1. A CODESYS fejlesztőkörnyezet alapszolgáltatásai és a létradiagram PLC-programozási nyelv alapjai. Hálózatok (létrasorok), kontaktusok és tekercsek, logikai függvények megvalósítása (1 hét)
     
    2. Programszervezési egységek és használatuk, ütemezési lehetőségek. Függvények jellegzetességei és megvalósításuk, az IEC 61131-3 szabvány függvényei. Funkcióblokkok jellegzetességei és megvalósításuk, szabványos bistabil-, élérzékeny-, időzítő- és számláló funkcióblokkok használata. Moduláris fejlesztési elvek érvényesítése funkcióblokkok használatával. Ciklikus, periodikus és eseményvezérelt működés megvalósítása taszkok segítségével.  (3 hét)
     
    3. Állapotgép-alapú irányítás létradiagram nyelven. Sorrendi irányítás megvalósítása, állapotgépek implementálása létradiagram-nyelven. (1 hét)
     
    4. Funkcióblokk-diagram. Algoritmusok jelfolyamgráf-alapú megvalósítása, a funkcióblokk-diagram (FBD) programozási nyelv. Mintavételes irányítási algoritmusok megvalósítása funkcióblokk-diagram nyelven. (1 hét)
     
    5. Strukturált szöveg. A strukturált szöveg (ST) programozási nyelv szintaktikája és jellegzetességei, esetválasztás és iteráció.  Származtatott adattípusok használata: tömbök, struktúrák, felsorolás-típusok. Állapotgép-alapú irányítások megvalósítása strukturált szöveg nyelven, komplex alkalmazások fejlesztése. (2 hét)
     
    6. Sorrendi folyamatábra. A sorrendi folyamatábra (SFC) alapelemei, zsetonjáték. Divergens és párhuzamos elágazások, biztonságos és elérhető hálózatok, a lépés-flag és a lépés-idő használata. Akciók és szabványos akcióminősítések, akcióvezérlő logika. Sorrendi folyamatábra használata egyszerű sorrendi irányításra és komplex alkalmazások moduljainak összehangolt működtetésére. (2 hét)
     
    Gyakorlatok ipari robotkarok modellezéséhez és programozásához
     
    7. Robotkar geometriai modellezése, a direkt és inverz geometriai feladat. Egy ipari robotkar esetében a keretek felvétele és a Denavit-Hartenberg paraméterek meghatározása. A direkt és inverz kinematikai feladat megoldása, a megoldás implementálása függvényként. (1 hét)
     
    8. Robotprogramozási feladatok megoldása az MELFA RT Toolbox fejlesztőkörnyezetben. A fejlesztőkörnyezet alapszolgáltatásai, projekt létrehozása. A szimulált robot mozgatása csuklótérben és munkatérben. A TOOL és az XYZ keretek. A megfogó (HAND) leírásának felhasználása a szimulációban. Robotprogram létrehozása, szerkesztése, futtatása, pályapontok betanítása csuklótérben és munkatérben. A MELFA Basic robotprogramozási nyelv mozgató utasításainak használata (MOV, MVS, stb.), interpolációs technikák vizsgálata, palettázó utasítások és programszervező utasítások használata. (2 hét)
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti két óra előadás, továbbá hetente két óra gyakorlat. A félév során egymásra épülő fogalmak és módszerek kerülnek bemutatásra, így az előadások és gyakorlatok anyagának megértéséhez alapos és folyamatos felkészülés ajánlott. A gyakorlatokon használt fejlesztőkörnyezetek (CODESYS az ipari irányítástechnikai alkalmazásokhoz és MELFA RT Toolbox a robotprogramozáshoz) a hallgatók számára virtuális gépeken a gyakorlatokon és azon kívül is elérhetők. A gyakorlatok anyagát a fejlesztőkörnyezetek újabb változataihoz szükség szerint adaptáljuk.
    10. Követelmények

    Szorgalmi időszakban: aláírás megszerzése az alábbi két követelmény teljesítésével

    1. A félév során kiadott két otthoni feladat önálló megoldásának eredményes beadása (értékelés: elfogadva/nem elfogadva).

    2. Összegző értékelés: egy darab 90 perces zárthelyi dolgozat (ZH) eredményes (legalább elégséges) megírása. A ZH-n számonkért anyagrész a teljes féléves tananyag 40%-a. A ZH eredménye a vizsgajegybe 40%-kal beszámít.

    Vizsgaidőszakban: A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megszerzése. A vizsga írásbeli teljesítményértékelésből és az évközi teljesítményértékelésen elért eredmények beszámításából áll. Az évközi teljesítményértékelések eredményének javítására a vizsgaidőszakban nincsen mód. 

    11. Pótlási lehetőségek A ZH a szorgalmi időszakban egy alkalommal pótolható vagy annak eredménye javítható. A ZH a pótlási héten nem pótolható. A két házi feladat közül az egyik a pótlási héten is beadható.
    12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban elsősorban a tárgy oktatóinak fogadóóráján, illetve igény szerint előre egyeztetett időpontban. A vizsgaidőszakban elektronikus egyeztetés után a vizsga előtti munkanapon. Az oktatók fenntartják maguknak a jogot, hogy ne válaszoljanak olyan hallgatói levelekre/üzenetekre, ahol a szükséges információ a tárgy adatlapja vagy honlapja alapján egyértelmű.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
    Frank D. Petruzella: Programmable Logic Controllers. McGraw-Hill, 2005, ISBN 0-07-829852-0
    W. Bolton: Programmable Logic Controllers, Elsevier, 2009, ISBN 978-1-85617-751-1
    Karl-Heinz John, Michael Tiegelkamp: IEC 61131-3: Programming Industrial Automation Systems, Springer, 2010, ISBN: 978-3-642-12015-2
    Kevin M. Lynch, Frank C. Park: Modern Robotics : Mechanics, Planning, and Control. Cambridge University Press, 2017, ISBN: 978-1-10715-630-2
    Lantos: Robotok irányítása. Akadémiai Kiadó, 3. kiadás, 2002, ISBN 963 05 7944 8
    Elektronikus segédanyagok a tárgy honlapján.
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra19
    Felkészülés zárthelyire15
    Házi feladat elkészítése20
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Kovács Gábor, tanársegéd, Irányítástechnika és Informatika Tsz.
    Gincsainé Dr. Szádeczky-Kardoss Emese, docens, Irányítástechnika és Informatika Tsz.
    Dr. Kiss Bálint, docens, Irányítástechnika és Informatika Tsz.
    IMSc tematika és módszer Az IMSc hallgatók számára a tananyaghoz kapcsolódó készségek és kompetenciák mélyebb elsajátítását rendszeres órarenden kívüli foglalkozások és írásos segédanyagok segítik. A foglalkozásokon IMSc-s és nem IMSc-s hallgatók is részt vehetnek.
    IMSc pontozás
    A tárgyból IMSc pontok csak jeles eredmény elérése esetén járnak. A tárgyból mindösszesen 25 IMSc pont szerezhető az alábbiak szerint:
    • A ZH emelt szintű feladatainak megoldásával 10 IMSc pont szerezhető.
    • A vizsga emelt szintű feladatainak megoldásával 15 IMSc pont szerezhető.
    Mind az ZH, mint a vizsga emelt szintű feladatainak esetében részpontszámok is szerezhetők. Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.
    Idegen nyelvi részteljesítés követelményei

    Szorgalmi időszakban: egy darab 90 perces zárthelyi dolgozat (ZH - összegző teljesítményértékelés) angol nyelven történő eredményes (legalább elégséges érdemjegyű) megírása.

    Vizsgaidőszakban: a vizsga írásbeli teljesítményértékelés részének angol nyelven történő megoldása.