Основы мехатроники и робототехники

Направление подготовки 221000 – Мехатроника и робототехника

Квалификация выпускника Бакалавр

1. Цели освоения дисциплины

Цель дисциплины «Основы мехатроники и робототехники» – дать понятия о роботах и роботизированных технологических комплексах (РТК), охарактеризовать роль робототехники, комплексной автоматизации производства и гибких автоматизированных систем, рассмотреть принципы организации гибких производственных систем (ГПС), системы управления роботами.

Учебный план подготовки инженеров по направлению «Мехатроника и робототехника» содержит ряд дисциплин, читаемых на старших курсах. Назначение данного курса «Основы мехатроники и робототехники» состоит в изложении общих первоначальных основ робототехники для студентов 3-го курса в качестве введения в их будущую специальность. В последующих дисциплинах учебного плана все разделы данного курса будут более основательно изучаться как на лекциях и лабораторно-практических занятиях, так и в учебно-научных работах.

 

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Основы мехатроники и робототехники» относится к базовой части профессионального цикла (Б3) и опирается на курсы математического и естественно-научного  цикла (Б2): математику, физику, информатику, химию.

Освоение дисциплины направлено на приобретение профессиональных знаний о применении мехатронных и робототехнических систем, концепции их построения; умения выбирать необходимые типы мехатронных и робототехнических систем, определять для них способы и системы управления.

 

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Основы мехатроники и робототехники»

Процесс изучения учебной дисциплины «Основы мехатроники и робототехники» направлен на формирование элементов следующих компетенций:

а) общекультурных (ОК):

– владение культурой мышления, способность к обобщению,  анализу, восприятию информации, постановке  цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

– готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-2);

– иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-5);

– способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-6);

– владеть  иностранным языком на  уровне не  ниже разговорного (ОК-7);

– применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-9);

б) профессиональных (ПК):

– применять необходимые для построения моделей знания принципов действия и математического описания составных частей мехатронных и робототехнических систем (ПК-1);

– вести патентные исследования в области профессиональной деятельности (ПК‑3);

– проводить анализ опасностей, сопровождающих эксплуатацию разрабатываемых узлов и агрегатов и обосновывать меры по их предотвращению (ПК-4);

– разрабатывать рабочую конструкторскую документацию механических сборочных единиц и деталей мехатронных и робототехнических  систем (ПК-5).

В результате освоения дисциплины «Основы мехатроники и робототехники» обучающийся должен:

знать классификацию роботов и робототехнических систем; конструкции роботов; приводы роботов; способы и системы управления (СУ); системы очувствления роботов; дистанционно управляемые роботы и манипуляторы; основные особенности и принципы построения технологических процессов с применением роботов;

уметь классифицировать промышленные роботы (ПР): по типу СУ, по технологическому назначению, по типу кинематической схемы, по грузоподъемности, по виду привода, по числу степеней подвижности; проводить подбор типа привода, захватных устройств в соответствии с требованиями по грузоподъемности робота; проводить выбор основного технологического оборудования для роботизированного комплекса в соответствии с заданным технологическим процессом, выбирать необходимые типы мехатронных и робототехнических систем, определять для них способы и системы управления;

владеть навыками компоновки основного и вспомогательного оборудования в робототехнических системах; навыками анализа, обобщения информации при выборе оптимальной кинематической схемы робота, типа привода, системы управления; способностью оценивать различные мехатронные и робототехнические системы на пригодность решения конкретной задачи, навыками оперативного обращения к информационным справочным и поисковым системам через Научную библиотеку или ресурсы Интернета.

 

4. Структура и содержание дисциплины «Основы мехатроники и робототехники»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

Структура преподавания дисциплины

 

Содержание дисциплины

Введение в курс. Области применения роботов и решаемые задачи.

Роль робототехники в автоматизации трудовых процессов

Классификация роботов и робототехнических систем. Общие положения. Классификация промышленных роботов. Особенности применения роботов. Гибкие производственные системы (ГПС).

Исполнительные устройства роботов

Конструкции роботов. Кинематика многозвенных манипуляторов. Задачи кинематического исследования. Унификация ПР. Захватные устройства. Приводы промышленных роботов.

Системы программного управления роботов

Способы и системы управления. Общая структура системы программного управления. Основные функции программного обеспечения. Системы циклового, позиционного и контурного управления.

Системы адаптивного управления роботами.

Адаптация и уровни адаптации. Системы адаптивного управления роботами. Системы очувствления роботов. Информационно-сенсорные системы. Системы технического зрения. Локационные, тактильные, силомоментные системы очувствления.

Автоматизированные системы контроля и диагностики РТК

Контрольно-измерительные системы для обработки детали. Контроль состояния режущего инструмента. Диагностирование состояния технологического оборудования и роботов в составе роботизированного технологического комплекса (РТК).

Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы

Копирующие системы управления манипуляторами. Полуавтоматические системы управления манипуляторами. Управляющие рукоятки. Дистанционные системы управления роботами.

Применение робототехнических систем

Основные особенности и принципы построения технологических процессов (ТП) с применением роботов. Основы эксплуатации роботизированных комплексов. Внедрение гибких автоматизированных систем на предприятиях мелко- и среднесерийного производства. Примеры промышленного применения гибких автоматизированных систем.

Автоматизированные технологии проектирования и подготовки производства. T-FLEX ЧПУ. T-FLEX.CAD, T-FLEX/ТЕХНО ПРО

Темы семинаров и практических занятий

 

Рекомендуемая литература

1. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы. – М.: Наука, 1987. – 192 с.
2. Роботизированные производственные комплексы / Ю.Г. Козырев, А.А. Кудинов и др. Под ред. Ю.Г. Козырева, А.А. Кудинова. – М.: Машиностроение, 1987. – 272 с.
3. Робототехника / Ю.Д. Андрианов, Э.П. Бобриков и др. Под ред. Е.П. Попова, Е.И. Юревича. – М.: Машиностроение, 1984. – 288 с.
4. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность. – М.: Высш. шк., 1990. – 224 с.
5. Механика промышленных роботов: Уч. пособие / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 1: Кинематика и динамика / Е.И. Воробьев, С.А. Попов, Г.И. Шевелева. – М.: Высш. шк., 1998. – 304 с.
6. Белянин П.Н. Робототехнические системы для машиностроения. – М.: Машиностроение, 1986. – 256 с.
7. Юревич Е.И. Робототехника. – СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2005. –  300 с.
8. Юревич Е.И. Основы робототехники. – 2-е изд. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. –  416 с.

Темы лабораторных работ

1. Компоновка роботизированного технологического комплекса (РТК).

2. Система управления РТК

 

5. Образовательные технологии

При освоении дисциплины «Основы мехатроники и робототехники» предусматривается широкое использование компьютерных сетей, современных информационных технологий, использование программных продуктов и ресурсов Интернета. При чтении лекций и проведении практических занятий применяется авторский комплект презентаций в формате PowerPoint. Используются Интернет-ресурсы по работе с программой T-FLEX ЧПУ, T-FLEX.CAD, T-FLEX/ТЕХНО ПРО (www.tflex.ru). При проведении лабораторных работ используются два роботизированных комплекса лаборатории РТК кафедры прикладной газовой динамики и горения.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, итоговой аттестации по завершении освоения дисциплины

Перечень вопросов для проведения текущего контроля успеваемости, итоговой аттестации:

1. Назвать основные компоненты робота.
2. Дать определения: робот, промышленный робот (ПР).
3. Степени подвижности манипулятора.
4. Дать определение манипулятора.
5. Классификация ПР: по типу СУ, по технологическому назначению, по типу кинематической схемы, по грузоподъемности, по виду привода, по числу степеней подвижности.
6. Что понимается под гибкостью производства?
7. Общая схема манипулятора.
8. Типы приводов промышленных роботов.
9. Какие существуют методы программирования и обучения роботов?
10. Сформулируйте определение систем циклового, позиционного и контурного управления роботами.
11. В чем состоят недостатки жесткого  программного управления?
12. Какова роль дополнительных информационных средств в адаптивной системе программирования?
13. По каким признакам классифицируются информационные устройства роботов?
14. Каково назначение локационных систем очувствления, систем технического зрения?
15. Каково назначение силомоментных систем очувствления роботов?
16. Контрольно-измерительные системы для обрабатываемой детали (активный контроль, пассивный контроль).
17. Силомоментные системы очувствления.
18. Дистанционно-управляемые манипуляторы (командное управление, копирующее, полуавтоматическое).
19. Дистанционное управление роботами (супервизорное, диалоговое).
20. Иерархическая структура гибких производственных систем (ГПС).
21. Подсистемы ГПС.
22. Для чего нужна автоматизированная система технологической подготовки производства?
23. Что такое гибкий производственный модуль, линия, участок? В чем отличие между ними?
24. Назовите основные типы систем дистанционного управления манипуляторами.
25. Расскажите о типах накопительных и питательных устройств.
26. Какие средства техники безопасности применяются на роботизированном производстве?
27. Каковы особенности автоматизации операций механической обработки с помощью роботов?
28. В чем состоят функции робота, выполняющего операции сборки?
29. Какие функции выполняют роботы на операциях контроля качества изделий?

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Основы мехатроники и робототехники»

а) основная литература

1. Юревич Е.И. Робототехника. – СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2005. –  639 с.
2. Конюх В.Л. Основы робототехники. – Ростов н/Дону: Феникс, 2008. – 282 с.
3. Робототехника / Ю.Д. Андрианов, Э.П. Бобриков, В.Н. Гончаренко и др. Под ред. Е.П. Попова, Е.И. Юревича – М.: Машиностроение, 1984. – 288 с.
4. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность. – М.: Высш. шк., 1990. – 224 с.
5. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы. – М.: Наука, 1987. – 192 с.

б) дополнительная литература

1. Белянин П.Н. Робототехнические системы для машиностроения. – М.: Машиностроение, 1986. – 256 с.
2. Роботизированные производственные комплексы / Ю.Г. Козырев, А.А. Кудинов и др. Под общ. ред. Ю.Г. Козырева – М.: Машиностроение, 1987. – 272 с.
3. Реф. журнал «Промышленные роботы».
4. Отечественные журналы: «Вестник МГТУ – Машиностроение. Приборостроение», «Механизация и автоматизация производства», «Вестник машиностроения», «Станки и инструмент».
5. Зарубежные журналы: «Mechatronics»; «Trans ASME/IEEE on Mechatronics»; «Trans IEEE on Robotics and Automation».

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

(http://www.tflex.ru).

 

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Основы мехатроники и робототехники»

Для материально-технического обеспечения дисциплины используется авторский комплект презентаций в формате PowerPoint, который содержит демонстрационные материалы с элементами анимации по основным разделам дисциплины. Используются Интернет-ресурсы по работе с программой TFLEX (www.tflex.ru). Использование авторских программных продуктов и комплекта презентаций, программных продуктов научно-технических центров России не предполагает особых требований к программно-аппаратной платформе: операционная система Windows 2000, XP, Vista… Для проведения занятий используется компьютерный класс на 10–15 мест, оборудованный вычислительной, печатающей (цветной), сканирующей и копировальной техникой, а также  используется компьютерный проектор.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПООП ВПО по направлению и профилю подготовки 221000 – Мехатроника и робототехника.

 

Автор:

Доцент физико-технического факультета ТГУ Т.И. Горбенко.