ВВЕДЕНИЕ 7
Глава I. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РОБОТОВ-
МАНИПУЛЯТОРОВ В РАМКАХ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 9
1.1 Роботы-манипуляторы на службе человека 9
1.2 Системы управления манипулятором 16
1.3 Способы моделирования манипуляторов 20
1.4 Математическая подготовка в рамках уроках технологии 21
Глава II. ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА НА УРОКАХ 27
2.1 Особенности кинематики и динамики манипулятора 27
2.2 Методические рекомендации для учащихся и педагогов по
совершенствованию их математической подготовки 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 42
В настоящее время в различных областях промышленности применяются манипуляционные роботы, используемые для выполнения широкого спектра технологических задач. Основным типом манипуляционных систем роботов являются механические манипуляторы. Они представляют собой сложный электромеханический объект, обладающий рядом особенностей.
Во-первых, манипуляционные роботы отличаются сложной кинематической структурой, содержащей множество независимых либо взаимосвязанных звеньев.
Во-вторых, изменение положения последних в пространстве оказывает влияние на физические силы, действующие на манипулятор.
В-третьих, существует необходимость синхронного управления большим числом двигателей.
В связи с наличием указанных особенностей, для внедрения роботов в производственный процесс требуется специально разрабатываемые системы управления. Они служат для организации взаимодействия между человеком и манипуляторным роботов, и обеспечивают выполнение процессов, необходимых для автоматизации технологической операции.
В современной промышленности робототехника нашла широкое применение как эффективное средство автоматизации производства, замены человеческого труда в трудных или опасных условиях. Промышленные роботы используются для решения массы самых разнообразных производственных и технологических задач. Данные задачи всегда предъявляют к промышленным роботам строгие требования по ряду критериев: по точности измерений положения, по точности позиционирования, по количеству степеней свободы и подвижности звеньев.
В связи с этим, разработка как самого манипулятора промышленного робота, так и программ управления им представляет сложную задачу, предполагающую многоэтапное решение.
Актуальность представленной работы определяется противоречием между необходимостью осознанного использования математических знаний при проектировании и программировании робототехнических средств и практическим отсутствием методического обеспечения для математической поддержки занятий по робототехнике в школе.
Объектом исследования является учебная деятельность обучающихся в рамках занятий по робототехнике.
Предмет исследования - возможность использования математических идей и методов при проектировании и программировании робота- манипулятора.
Целью работы является определение круга математических идей и методов, которые бы позволили проводить расчет параметров и исследование динамики движения двухстепенного робота манипулятора.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
- Провести классификацию роботов-манипуляторов и их область применения.
- Исследовать особенности конструирования манипуляторов и управление ими.
- Рассмотреть математическую модель робота-манипулятора.
- Обосновать возможность проведения требуемых расчетов на базе математической подготовки старшеклассников.
- Сформулировать методические рекомендации учащимся старших классов по совершенствованию математической подготовки.
При выполнении работы были достигнуты следующие результаты и сделаны выводы:
Рассмотрев классификацию роботов-манипуляторов и область их применения можно сделать вывод, что среди роботов наиболее востребованные роботы-манипуляторы, они применяются в различных отраслях промышленности.
Для проведения требуемых расчетов старшеклассникам необходимо повторить знания по тригонометрическим функциям. Занятия по программированию роботов лучше проводить в виде внеурочной деятельности, так как предмет "Технология" в старших классах не преподается.
Для учащихся и преподавателей разработаны методические рекомендации по совершенствованию математической подготовки. В рекомендациях прописаны разделы математики необходимые для проектирования и программирования робота- манипулятора.
