Требования к результатам освоения дисциплины

Введение в мехатронику

 

 

Великий Новгород

2017

 

 

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

2017

 

УДК 621.865                                                          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.– 11 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 621.865

 

                                                               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».