Введение в мехатронику
Великий Новгород
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»
Политехнический институт
Кафедра “Мехатроники”
Введение в мехатронику
методические указания к контрольной работе по дисциплине «Введение в мехатронику» по направлению подготовки 15.03.06 - «Мехатроника и робототехника» ЗФО
Великий Новгород
УДК 629.113 Печатается по решению РИС НовГУ
Рецензент
кандидат технических наук, доцент Е.И. Никитин
«Введение в мехатронику»: Метод. указания к контрольной работе студентов ЗФО / Сост. А. М. Абрамов; НовГУ. – В. Новгород, 2017.– 41 с.
Приведена рабочая программа и методика выполнения контрольной работы по дисциплине «Введение в мехатронику».
Предназначена для студентов ЗФО по направлению подготовки 15.03.06 - «Мехатроника и робототехника».
УДК 629.113
Ó Новгородский государственный
университет, 2017
Ó Абрамов А.М. составление, 2017
Содержание
Введение……………………..............................................................................5
1. Цели и задачи учебного модуля……………………………………………5
2. Рабочая программа…………………………………………………………..6
3. Вопросы для самоконтроля теоретических знаний по модулю…………. 8
4. Контрольная работа……………………………………………………..…...9
5. Темы рефератов.………………………………………………………….10
Список литературы………………………………………………...………...11
Введение
Методические указания предназначены для студентов ЗФО по направлению подготовки 15.03.06 - «Мехатроника и робототехника». Содержат перечень тем изучаемых в рамках дисциплины «Введение в мехатронику» и задание для выполнения контрольной работы.
|
|
Цели учебного модуля
Цель учебного модуля заключается в формировании у обучающихся представления о своей будущей профессии, целях и задачах обучения, значимости мехатронных и робототехнических систем в современном мире.
Задачами дисциплины являются:
- овладение современными сведениями о мехатронике и робототехнике;
- получение знаний об истории становления и развития автоматизированных систем, основных принципах построения мехатронных систем различного назначения, методике анализа проектной задачи и формирования комплекса требований к проектированию мехатронных систем, современной элементной базе, критериях оценки и оптимизации проектных решений;
- ознакомление с концептуальными задачами интеграции механических, электронных и компьютерных элементов в единые модули и системы;
- умений научно обоснованно определять целесообразность разработки и внедрения мехатронных и робототехнических систем для решения конкретной технической задачи, формировать комплекс требований к системному проектированию и критерии оценки полученных решений, грамотно выбирать необходимую элементную базу.
Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения УМ направлен на формирование компетенций:
- ОК-7 способностью к самоорганизации и самообразованию;
- ОПК-4 - готовностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии в своей профессиональной деятельности.
|
|
В результате освоения учебного модуля "Введение в мехатронику" студент должен знать, уметь и владеть:
| Код компетенции | Уровень освоения компетенции | Знать | Уметь | Владеть |
| ОК - 7 | базовый | основы мехатроники и робототехники, принципы создания новой техники для автоматизации технологических процессов | оценивать возможности применения мехатронных и робототехнических систем в автоматизации различных технологических процессов | навыками работы с различными источниками научно-технической информации в области мехатроники и робототехники |
| ОПК-4 | базовый | требования предъявляемые к конструкции мехатронных модулей и систем с целью обеспечения их функционального назначения | работать с информацией (отбирать, анализировать, обобщать, синтезировать) | навыками систематизации явлений научно-технического прогресса |
2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
1. Введение
Общие сведения о мехатронных и робототехнических системах
Определения и терминология мехатроники. Мехатроника – новая ступень развития автоматизированных систем различного назначения.
2. Предпосылки развития мехатроники, концепция построения мехатронных систем, области применения
Становление мехатроники как нового направления в развитии науки и техники. Структура и принципы интеграции мехатронных систем. Синергетическое объединение механических, электромеханических, электронных и компьютерных составляющих в мехатронной системе. Триада «сенсорика–процессоры–активаторы», замкнутая на внешнюю среду. Потоки энергии и информации в мехатронных системах. Модульный принцип построения систем. Иерархия мехатронных объектов.
|
|
3. Формирование требований к мехатронным системам и их функциональным модулям
Назначение и условия эксплуатации как основные факторы, определяющие комплекс требований к проектируемым мехатронным и робототехническим системам. Другие факторы и ограничения. Интенсивное развитие промышленной робототехники в семидесятых и первой половине восьмидесятых годов ХХ века. Стандартизация в области мехатроники и робототехники. Примеры успешной роботизации некоторых производств. Трудности использования роботов на многих производствах. Связь робототехники с идеологией гибких автоматизированных производственных систем.
4. Элементная база мехатронных модулей
Структура мехатронных модулей. Типовые функциональные и конструктивные модули мехатронных систем. Мотор-редукторы. Мехатронные модули вращательного движения на базе высокомоментных двигателей. Мехатронные модули линейного движения. Мехатронные модули типа «двигатель-рабочий орган». Интеллектуальные мехатронные модули движения. Системы микроперемещений. Сенсорика мехатронных систем (датчики положения, скорости, физических и технологических параметров). Понятие мехатронного датчика. Системы технического зрения.
5. Современные методы управления мехатронными системами
Закономерности развития управляющих устройств. Постановка задачи управления мехатронными системами, прямая и обратная задачи управления. Принципы построения систем интеллектуального управления. Иерархическое управление сложными объектами. Новейшие системы управления на базе принципов нечеткой логики и нейронных сетей, тенденции их совершенствования.
6. Промышленная мехатроника
Роботы и РТС, как важнейшие элементы автоматизированных производств. Классификация промышленных роботов по назначению и выполняемым функциям. Задача правильного разделения функций между машиной и человеком. Ручное управление манипулятором, органы дистанционного ручного управления.
7. Экстремальная робототехника
Понятие и основные области использования экстремальной робототехники. Влияние экстремальных условий эксплуатации на принципиальное и конструктивное решение мехатронных робототехнических систем, на выбор средств мониторинга, навигации и систем управления. Мехатронные робототехнические системы космического и военного назначения. Глубоководные роботы. Роботы для МЧС, радиационной разведки, роботы-антитеррористы и др. Диагностические роботы, в том числе роботы-стеноходы и трубоходы. Мобильные роботы для мони-торинга и ремонта техногенных объектов. Микроэлектромеханические системы.
8. Мехатронные и робототехнические системы на транспорте, в медицине, офисной, бытовой сфере
Специфические задачи, особенности назначения, требования, критерии и вытекающие из этого принципиальные и конструктивные решения. Роботы-андроиды: передовые достижения. Демонстрационные роботы для кинематографа, театра, выставок, презентаций и парков. Роботы-гиды для демонстрации экспонатов. Демонстрация экспонатов на подвижных многостепенных платформах. Театральные сценические роботы, способы установки или подвешивания, обеспечивающие требуемые перемещения и трансформации. Типовые размеры, требования к выполнению движений.
Вопросы для самоконтроля теоретических знаний по модулю
«Введение в мехатронику»
1. Определения и терминология мехатроники.
2. Становление мехатроники как нового направления в развитии науки и техники.
3. Мехатроника – новая ступень развития автоматизированных систем различного назначения.
4. Структура и принципы интеграции мехатронных систем.
5. Синергетическое объединение механических, электромеханических, электронных и компьютерных составляющих в мехатронной системе.
6. Триада «сенсорика–процессоры–активаторы», замкнутая на внешнюю среду.
7. Потоки энергии и информации в мехатронных и робототехнических системах.
8. Модульный принцип построения систем. Иерархия мехатронных объектов.
9. Назначение и условия эксплуатации как основные факторы, определяющие комплекс требований к проектируемым мехатронным и робототехническим системам.
10. Интенсивное развитие промышленной робототехники в семидесятых и первой половине восьмидесятых годов ХХ века.
11. Стандартизация в области мехатроники и робототехники.
12. Примеры успешной роботизации некоторых производств.
13. Связь робототехники с идеологией гибких автоматизированных производственных систем.
14. Структура мехатронных модулей.
15. Типовые функциональные и конструктивные модули мехатронных систем.
16. Мотор-редукторы.
17. Мехатронные модули вращательного движения на базе высокомоментных двигателей.
18. Мехатронные модули линейного движения.
19. Мехатронные модули типа «двигатель-рабочий орган».
20. Интеллектуальные мехатронные модули движения.
21. Системы микроперемещений.
22. Сенсорика мехатронных систем (датчики положения, скорости, физических и технологических параметров).
23. Понятие мехатронного датчика.
24. Системы технического зрения.
25. Закономерности развития управляющих устройств.
26. Постановка задачи управления мехатронными системами, прямая и обратная задачи управления.
27. Принципы построения систем интеллектуального управления.
28. Иерархическое управление сложными объектами.
29. Новейшие системы управления на базе принципов нечеткой логики и нейронных сетей, тенденции их совершенствования.
30. Роботы и РТС, как важнейшие элементы автоматизированных производств.
31. Классификация промышленных роботов по назначению и выполняемым функциям.
32. Задача правильного разделения функций между машиной и человеком.
33. Ручное управление манипулятором, органы дистанционного ручного управления.
34. Понятие и основные области использования экстремальной робототехники.
35. Влияние экстремальных условий эксплуатации на принципиальное и конструктивное решение мехатронных робототехнических систем, на выбор средств мониторинга, навигации и систем управления.
36. Мобильные роботы для мони-торинга и ремонта техногенных объектов.
37. Микроэлектромеханические системы.
38. Роботы-андроиды: передовые достижения.
39. Роботы-гиды для демонстрации экспонатов.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Контрольная работа – самостоятельная работа студента по дисциплине «Введение в мехатронику».
При выполнении контрольной работы каждый студент готовит доклад – презентацию по предложенным темам.
Рефераты оформляются в виде пояснительной записки, написанной аккуратно и четко, согласно правилам оформления текстовых конструкторских документов (ГОСТ 19600-74). Формат бумаги А4 (210 х 297 мм). Обязательно наличие полей: слева – 25 мм, справа – 15 мм, сверху и снизу – по 20 мм.
Вариант задания выбирается по согласованию с преподавателем ведущим данную дисциплину.
5.Темы рефератов:
1. Становление мехатроники как нового направления в развитии науки и техники.
2. Мехатроника – новая ступень развития автоматизированных систем различного назначения.
3. Структура и принципы интеграции мехатронных систем.
4. Синергетическое объединение механических, электромеханических, электронных и компьютерных составляющих в мехатронной системе.
5. Триада «сенсорика–процессоры–активаторы», замкнутая на внешнюю среду.
6. Потоки энергии и информации в мехатронных и робототехнических системах.
7. Модульный принцип построения систем. Иерархия мехатронных объектов.
8. Назначение и условия эксплуатации как основные факторы, определяющие комплекс требований к проектируемым мехатронным и робототехническим системам.
9. Интенсивное развитие промышленной робототехники в семидесятых и первой половине восьмидесятых годов ХХ века.
10. Стандартизация в области мехатроники и робототехники.
11. Примеры успешной роботизации некоторых производств.
12. Структура мехатронных модулей.
13. Интеллектуальные мехатронные модули движения.
14. Системы микроперемещений.
15. Сенсорика мехатронных систем (датчики положения, скорости, физических и технологических параметров).
16. Понятие мехатронного датчика.
17. Системы технического зрения.
18. Закономерности развития управляющих устройств.
19. Принципы построения систем интеллектуального управления.
20. Новейшие системы управления на базе принципов нечеткой логики и нейронных сетей, тенденции их совершенствования.
21. Понятие и основные области использования экстремальной робототехники.
22. Влияние экстремальных условий эксплуатации на принципиальное и конструктивное решение мехатронных робототехнических систем, на выбор средств мониторинга, навигации и систем управления.
23. Мехатронные робототехнические системы космического и военного назначения.
24. Глубоководные роботы. Роботы для МЧС, радиационной разведки, роботы-антитеррористы и др.
25. Роботы-андроиды: передовые достижения.
Презентация
Презентация готовится в Microsoft Office Power Point.
Количество слайдов не более 25.
Доклад – презентация не более 10 мин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Юревич Е. И.Основы робототехники: учеб. пособие для вузов / Евгений Юревич. - 2-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 401 с.
2. Иванов А. А.Основы робототехники: учеб. пособие для вузов / А. А. Иванов. - М.: Форум, 2015. - 222, [1] с.: ил. - (Высшее образование). - Библиогр.: с. 220.
3. Мехатронные рекуперативные приводы для цикловых перемещений: Учебное пособие / Авт.- сост. В. Л. Жавнер, А.М. Абрамов, О. Н. Мацко, М. В. Жавнер; НовГУ им. Ярослава Мудрого.– Великий Новгород, 2013. – 87с.
4. Воротников С.А.Информационные устройства робототехнических систем: учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Издательство МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2005. – 382 с.
5. Жавнер В. Л.Мехатронные системы: учеб. пособие для вузов / В. Л. Жавнер, А. Б. Смирнов; С.-Петерб. гос. политехн. ун-т. - СПб.: Издательство Политехн. ун-та, 2011. – 130 с.
6. Мехатроника: основы, методы, применение / Ю. В. Подураев — М. Машиностроение, 2007 – 256 с.
7. Смирнов А. Б.Элементная база автоматических машин и оборудования. Мехатронные модули микроперемещений технологических машин: учеб. пособие для вузов / А. Б. Смирнов; С.-Петерб. гос. политехн. ун-т; Приоритет. нац. проект "Образование", Инновац. образов. прогр. С.-Петерб. гос. политехн. ун-та. - СПб.: Издательство Политехн. ун-та, 2008. – 171 с.
8. Электропривод и автоматика. Электрические приводы технологических машин [Электронный ресурс]: учебное пособие / Ю. Н. Егоров, И. М. Семенов; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет.
9. Сайт журнала «Мехатроника, автоматизация, управление».
10. Сайт фирмы «SEW-EURODRIVE».
11. Сайт фирмы «Мaxon motor».