320
.pdfМинистерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Моделирование мехатронных и робототехнических систем
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника
Воронеж 2018
2
УДК 621.865.8
Моделирование |
мехатронных |
и |
робототехнических |
систем: |
Методические указания |
для самостоятельной работы студентов по |
направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А.
Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 7 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Афоничев Д.Н.
3
1. Введение
Учебным планом по направлению подготовки бакалавра 15.03.06 – Мехатроника и робототехника предусмотрено изучение курса «Моделирование мехатронных и робототехнических систем».
В результате освоения дисциплины студент должен:
–знать: особенности математического моделирования роботов; возникающие трудности, которые необходимо преодолевать;
–уметь: профессионально грамотно сформулировать задачу моделирования робототехнических систем; вырабатывать требования к системе; уметь выбирать методы моделирования и валидации системы;
–владеть: методами моделирования робота; методами проверки валидности полученной системы.
2.Общие указания
Методические указания предназначены для бакалавров 4-го курса (8-й семестр) очного обучения. Объем дисциплины и виды учебной работы по семестрам приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Трудоемкость |
Семестр |
||
Виды учебной работы |
Всего |
В зачетных |
8 |
|
|
часов |
единицах |
||
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Общая трудоемкость дисциплины |
144 |
4 |
144 |
|
Аудиторные занятия |
48 |
1,33 |
48 |
|
Лекции (Л) |
24 |
0,67 |
24 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
24 |
0,67 |
24 |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
– |
– |
– |
|
Семинары (С) |
– |
– |
– |
|
Занятия, проводимые в интерактивной |
12 |
0,33 |
12 |
|
форме |
||||
|
|
|
||
Самостоятельная работа (Сам) |
96 |
2,67 |
96 |
|
Контроль самостоятельной работы (КСР) |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Курсовой проект (работа) |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
РГР (ГАР, РАР) |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Реферат |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
36 |
1 |
зачет с |
|
|
оценкой |
|||
|
|
|
4
Цель лекций – дать основные направления по наиболее сложным разделам дисциплины, а также изложить материал по новейшим достижениям, не получившим достаточного освящения в учебной литературе.
Обзорный характер лекций не дает основание рекомендовать их в качестве единственного источника при подготовке к зачету.
3. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1.
Введение. Цель и задачи дисциплины. Основные понятия. Роботы. Предназначение роботов. Виды роботов. Постановка задачи моделирования робототехнической системы. Возникающие сложности.
Раздел 2.
Понятие системы. Свойства системы. Робототехническая система как модель в виде «Черного ящика». Модель состава системы. Обработка сигналов. Преобразование Лапласа.
Раздел 3.
Определение видов входного воздействия. Желаемые выходные сигналы. Соотнесение входных и выходных сигналов. Желаемая модель. Постановка задачи получения модели желаемой системы. Методы решения. Критерии качества полученного решения.
Раздел 4.
Структурная схема робота. Регуляторы в робототехнических системах. Виды регуляторов и различные законы регулирования. Двигатели, используемые в робототехнических системах: двигатели постоянного тока, шаговые двигатели. Захваты как часть робота. Параметры захватов. Манипуляторы. Определение и свойства манипуляторов. Момент инерции и момент силы. Сигналы для перемещения манипуляторов. Шагающие роботы. Требования к шагающим роботам. Обратные маятники: определение и требования. Станки с ЧПУ. Особенности и требования.
4. Практические занятия Перечень практических работ по курсу для студентов очного обучения
представлен в табл.2.
Таблица 2 – Перечень практических работ
№ |
Номер раздела |
Наименование практических работ |
|
пп |
дисциплины |
||
|
|||
|
|
|
|
1. |
Раздел 2 |
Исследование типовых звеньев (4 часа) |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
2. |
Раздел 3 |
Получение модели робототехнической системы (6 |
|
|
часов) |
3. |
Раздел 4 |
Исследования захвата робота (4 часа) |
|
|
|
4. |
Раздел 4 |
Исследование станка с ЧПУ (6 часов) |
|
|
|
5. |
Раздел 4 |
Исследование манипулятора (4 часа) |
|
|
|
5. Самостоятельная работа бакалавров
Часть материала курса вынесена на самостоятельное изучение бакалавров. Темы этой работы представлены в табл.3.
Таблица 3 – Перечень вопросов, выносимых на самостоятельное изучение
№ п/п |
Тема самостоятельной работы |
Номер источника |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
1. |
Пакеты автоматизированного инженерного |
1 о. (С. 75-82) |
|
анализа |
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Исследование механических систем в среде |
1 о. (С. 115-128) |
|
SimMechanics-SolidWorks |
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Движение транспортного средства по |
1 о. (С. 88-91) |
|
жесткому основанию |
|
|
|
|
4. |
Динамика механизма подъемного крана |
1 о. (С. 91-96) |
|
|
|
5. |
Аналоговое моделирование в системе MatLab |
2 д. (С. 38-50) |
|
|
|
6. |
Модели в пространстве состояний |
2 д. (С. 133-148) |
|
|
|
Контроль самостоятельной работы бакалавров осуществляется преподавателем. Контроль качества освоения дисциплины проводится посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся. Результаты контроля отражаются в баллах модульно-рейтинговой системы оценки знаний бакалавра.
После прослушивания курса лекций, выполнения практических работ бакалавр допускается к сдаче зачета. Контрольные вопросы к зачету для бакалавров очного обучения приведены ниже.
6.Контрольные вопросы
1.Предназначение роботов. Виды роботов.
2.Постановка задачи моделирования робототехнической системы. Возникающие сложности.
3.Понятие системы. Свойства системы.
6
4.Робототехническая система как модель в виде «Черного ящика».
5.Модель состава системы.
6.Обработка сигналов.
7.Преобразование Лапласа.
8.Определение видов входного воздействия. Желаемые выходные сигналы.
9.Соотнесение входных и выходных сигналов. Желаемая модель.
10.Постановка задачи получения модели желаемой системы.
11.Методы решения. Критерии качества полученного решения.
12.Структурная схема робота.
13.Регуляторы в робототехнических системах.
14.Виды регуляторов и различные законы регулирования.
15.Двигатели, используемые в робототехнических системах: двигатели постоянного тока, шаговые двигатели.
16.Захваты как часть робота. Параметры захватов.
17.Манипуляторы. Определение и свойства манипуляторов.
18.Момент инерции и момент силы.
19.Сигналы для перемещения манипуляторов.
20.Шагающие роботы. Требования к шагающим роботам.
21.Обратные маятники: определение и требования.
22.Станки с ЧПУ. Особенности и требования.
Библиографический список
Основная литература
1. Павлов, В.П. Автоматизация моделирования мехатронных систем транспортно-технологических машин: Учебное пособие / Павлов В.П., Ахпашев А.Ю. – Краснояр.: СФУ, 2016. – 144 с. [Электронный ресурс] // ЭБС Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/967101. – Загл. с
экрана.
Дополнительная литература
2. Тимохин, А.Н. Моделирование систем управления с применением Matlab: учеб. пособие [Электронный ресурс] / Тимохин А.Н., Румянцев Ю.Д; Под ред. А.Н.Тимохина – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. – 256 с. [Электронный ресурс] // ЭБС Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/474709. – Загл. с экрана.
3. Грибанов, А. А. Моделирование мехатронных и робототехнических систем [Электронный ресурс] : методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 16 с. – ЭБС ВГЛТУ.
7
4. Грибанов, А. А. Моделирование мехатронных и робототехнических систем [Электронный ресурс] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 7 с. – ЭБС ВГЛТУ.
Грибанов Андрей Анатольевич
Моделирование мехатронных и робототехнических систем
Методические указания для самостоятельной работы студентов по
направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника
Редактор С.Ю. Крохотина
Подписано в печать |
Формат бумаги |
Заказ |
||
Объем |
п.л. |
Усл. п.л. |
Уч-изд. л. |
Тираж |
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»