ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. АКТУАЛЬНОСТЬ ОБУЧЕНИЯ РОБОТОТЕХНИКЕ 7
1.1. Введение в главу 7
1.2. Робототехника в будущем 7
1.3. Промышленные роботы 8
1.3.1. Продажи промышленных роботов в мире 9
1.3.2. Продажи промышленных роботов в России 11
1.3.3. Значимость промышленных роботов 12
1.4. Бытовые роботы 12
1.4.1. Существующие разработки бытовых роботов в мире 12
1.4.2. Существующие разработки бытовых роботов в России 13
1.4.3. Значимость бытовых роботов 13
1.5. Роботы-андроиды 14
1.5.1. Существующие разработки роботов-андроидов в мире 14
1.5.2. Существующие разработки роботов-андроидов в России 15
1.5.3. Значимость роботов-андроидов 16
1.6. Военные роботы 17
1.6.1. Существующие разработки военных роботов в мире 17
1.6.2. Существующие разработки военных роботов в России 18
1.6.3. Значимость военных роботов 19
1.7. Риски внедрения роботов 20
1.8. Преимущества роботизации 20
1.9. Программы развития робототехники 21
1.9.1. Национальная технологическая инициатива 22
1.9.2. Робототехнический центр Сколково 23
1.9.3. WorldSkills Russia 24
1.9.4. Другие документы 25
1.10. Вывод по главе 25
ГЛАВА 2. СПОСОБЫ, СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ РОБОТАМ 27
2.1. Введение в главу 27
2.2. Уровни образования 27
2.3. Методы обучения 28
2.3.1. Традиционные методы 28
2.3.2. Современные методы обучения 30
2.4. Обучение робототехническим системам в мире 31
2.5. Обучение робототехнике в университетах Российской Федерации 33
2.5.1. Цели и задачи 33
2.5.2. Учебный план 34
2.5.3. Место робототехники в учебной программе вузов 36
2.5.4. Методы обучения в вузах 39
2.6. Выбранный метод 39
2.7. Модульное обучение 39
2.8. Вывод по главе 42
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА 43
3.1. Введение в главу 43
3.2. Рабочая программа в модульном обучении 43
3.2.1. Взаимодействие модуля «приводы» с другими модулями 43
3.2.2. Внутренняя составляющая модуля «приводы» 45
3.2.3. Дисциплина «Современные концепции построения автономных роботов» и её рабочая программа 47
3.2.4. Лабораторная установка для рабочей программы 50
3.3. Предполагаемая лабораторная установка 50
3.4. Техническое обеспечение 51
3.5. Программное обеспечение 51
3.6. Проектирование установки 51
3.7. Навыки, которые получат студенты при работе с установкой 54
3.8. Пример работы с лабораторной установкой 54
3.8.1. Написание алгоритма и программирование платы 54
3.8.2. Программа для управления 55
3.9. Вывод по главе 56
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
5. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
6. ПРИЛОЖЕНИЕ
Производительность труда в РФ в несколько раз ниже, чем в других странах. Это тормозит экономику и другие сферы развития страны.
Одной из причин низкой производительности труда Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев назвал технологическое отставания в ряде отраслей. Важнейшей технологией является робототехника, включающая в себя различные составляющие из разных областей знаний.
Для предотвращения технологического отставания и приведении России к глобальному технологическому лидерству разработана «Национальная Технологическая Инициатива» (НТИ) - программа мер для технологического лидерства России к 2035 году.
В рамках НТИ выделены основные рынки и приоритетные группы технологий. Одной из таких групп является «сенсорика и компоненты робототехники». Для внедрения новых продуктов и сервисов нужно преодолеть технологические барьеры по различным направлениям. В рамках рынка «Нейронет» группы «сенсорика и компоненты робототехники» сформулировано несколько технологических барьеров, связанных с роботом.
Наличие различных отраслей робототехники в профессиональных стандартах, а также в программе WorldSkills сообщает нам, что уже на текущий момент требуются специалисты, занимающиеся в области робототехники.
Для преодоления барьеров, сформулированных в НТИ, нужны специалисты в области робототехники. Но, как говорится, специалистами не рождаются, а становятся. И что-бы ими стать нужно обучать студентов созданию робототехнических устройств.
Для решения проблем обучения студентов робототехнике существуют различные программы и методы обучения. На кафедре ВТиЭ ФТФ АлтГУ в 2018 году открыта одна из таких программ — «Нейроинформационные технологии и робототехнические системы», предназначенная для обучения магистров. Для дисциплины «Современные концепции построения автономных роботов», входящей в её состав учебно-методического комплекса, необходимо разработать рабочую программу и лабораторную установку.
Таким образом, целью работы является - разработать рабочую программу и лабораторную установку по дисциплине «Современные концепции построения автономных роботов» для обучения управлению исполнительными механизмами (приводами) роботов. При этом она должна быть простой, понятной и легко программируемой студентами.
В процессе выполнения квалификационной работы магистра были спроектированы рабочая программа и лабораторная установка для обучения управлению исполнительны-ми механизмами (приводами) роботов по дисциплине «Современные концепции построения автономных роботов».
В процессе создания установки было выполнено следующее:
1) Выделены несколько основных видов роботов на которых базируется лабораторная установка: промышленные, андроиды и им подобные.
2) Выбран модульный метод обучения.
3) Разработан проект РПД на основе модульного метода к обучению.
4) Выбраны средства управления лабораторной установкой.
5) Представлен пример программ для работы с лабораторной установкой.
Установка базируется на плате Nucleo F411RE и управляется при помощи ПК на базе ОС «Windows». Подключение между платой и компьютером происходит через переходник mini-USB - USB, данное соединение эмулируется как COM-порт.
Установка представляет собой манипулятор, имитирующий собой подъёмный кран. Базовой частью манипулятора являются сервоприводы, приводящие манипулятор в движение. Сервоприводы подключаются к плате и управляются с помощью ШИМ-сигналов.
Для ПК написана «программа-интерфейс», которая позволяет в довольно простой форме управлять лабораторной установкой. Программа реализована на платформе Visual Studio на языке С++ с применением класса Windows Forms.
На основе данной работы написана статья [42].
1. ЧТО ТАКОЕ РОБОТ? [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/chto-takoe-robot.html, свободный.
2. Робототехника в России: развитие и применение [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.techno-guide.ru/robototekhnika/robototekhnika-v-rossii-razvitie-i-primen
enie.html,свободный.
3. Пусть всегда будет робот: как развивается образовательная робототехника в России и в мире [Электронный ресурс] / П. Фролов. — Электрон. журн. — Режим доступа: http://www.forbes.ru/tehnologii/341813 -pust-vsegda-budet-robot-kak-razivaetsya-obrazovatelnaya-robototehnika-v-rossii-i-v, свободный.
4. Утреннее пленарное заседание Госдумы 14 июня [Электронный ресурс] /. — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа:http://duma.gov.ru/news/13849/,свободный
5. К чему приведет развитие робототехники в ближайшие 10 лет [Электронный ресурс] / Э. Пройдаков. — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: http://www.forbes.ru/mneniya-opinion/idei/273731-k-chemu-privedet-razvitie-robototekhniki-v-blizhaishie-10-let,свободный.
6. Сибикин, М. Ю. Основы проектирования машиностроительных предприятий. Учебное пособие / М. Ю. Сибикин, Ю. Д. Сибикин. - М.: Директ-Медиа, 2014. - 260 c.
7. Роботы не приживаются на российских заводах [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа:https://www.vedomosti .ru/technology/articles/2016/11/14/664697-roboti-ne-prizhivayutsya, свободный.
8. Рынок промышленной робототехники в России и мире [Электронный ресурс] / Алиса Конюховская. — Электрон. журн. — Режим доступа:http://controleng.ru/innovatsii/robototehnika/ry-nok-promy-shlennoj-robototehniki-v-rossii-i-mire/,свободный.
9. Колпаков С. Г., Мячиков А. Д. Классификация роботов по использованию, передвижению и компонентам // Молодой ученый. — 2017. — №3. — С. 241-244. — URL https://moluch.ru/archive/137/36438/(дата обращения: 30.01.2018).
10. Официальный сайт компании IROBOT [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.irobot.com/- Загл. с экрана. - Яз. англ.
11. ForbesTV. Тест-драйв российского робота-снегоуборщика [Электронный ресурс] /.— Электрон. журн. — Режим доступа:http://www.forbes.ru/tekhnologii-
video/mekhanizmy-i-gadzhety/276907-forbestv-test-draiv-rossiiskogo-robota-snegouborshchi,свободный.
12. Что такое робот-андроид? [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://robonovosti.ru/texnologii/1399-roboty-androidy.htm, свободный. - Загл. с экрана.
13. Шесть самых современных андроидов, намекающих на наше синтетическое будущее [Электронный ресурс] / Николай Хижняк. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://hi-news.ru/technology/shest-samyx-sovremennyx-androidov-namekayushhix-na-nashe-sinteticheskoe-budushhee.html,свободный
14. Каталог продукции НПО Андроидная техника [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://npo-at.com/products/-/, свободный. - Загл. с экрана.
15. Россия начала испытания космического робота-андроида [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://lenta.ru/news/2013/10/03/sar400/, свободный
16. Российский робот Федор первым в мире научился садиться на шпагат [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://ria.ru/technology/20170719/1498737549.html, свободный. - Загл. с экрана.
17. Заквасин, Кристина Хлусова. — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: https://russian.rt.com/russia/article/365652-rossijskaya-armiya-boevye-roboty, свободный
18. Современные военные роботы — боевые системы будущего [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://militaryarms.ru/voennaya-texnika/boevye-mashiny/voennye- boevye-roboty/, свободный. - Загл. с экрана.
19. Боевые роботы защитят Россию [Электронный ресурс] / Александр Зинченко, Екатерина Згировская. — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: https://www.gazeta.ru/army/2016/08/03/9747017.shtml, свободный
20. Где в США учат робототехнике? [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://yorick.kz/gde-v-ssha-uchat-robototehnike/, свободный. - Загл. с экрана.
21. Специалисты нарасхват: где изучать робототехнику в Германии? [Электронный ресурс] / Малика Шайкенова. — Электрон. журн. — Режим доступа: http://www.dw.com/ru/специалисты-нарасхват-где-изучать-робототехнику-в-германии/a- 17908345, свободный
22. Топ-10 японских вузов, обучающих робототехнике [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: https://robo-hunter.com/article/top-10-yaponskih-vuzov-obuchayshih-robototehnike, свободный. - Загл. с экрана.
23. Робототехника: Учебное пособие. — Томск: Томский государственный универ-ситет систем управления и радиоэлектроники, 2012. — 99 с. (ТУСУР)
24. Курс "введение в робототехнику" НГУ [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://gf.nsu.ru/www/wp-content/uploads/2015/03/.pdf, свободный. - Загл. с экрана.
25. ГУАП [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://guap.ru/sveden/education, свободный. - Загл. с экрана.
26. Дисциплина "Промышленные роботы и РТК" [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://fpik4.vstu.ru/wp-content/uploads/Metodichki4/%20%20220700.pdf, свободный. - Загл. с экрана.
27. 15.03.06 Мехатроника и робототехника - ФГОС ВО - МИРЭА [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://www.mirea.ru/education/higher-education-programmes/gef- in/15-03-06/, свободный. - Загл. с экрана.
28. Увольтесь сами. Кто потеряет работу из-за нашествия роботов [Электронный ресурс] / Анастасия Стаханова. — Электрон. журн. — Режим доступа: https://lenta.ru/articles/2017/11/14/rob_job/, свободный
29. 10 причин инвестировать в роботизацию производства [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: http://www.deltasvar.ru/biblioteka/novosti/188-10-prichin-investirovat-v-
robotizacziyu-proizvodstva,свободный. - Загл. с экрана.
30. Национальная технологическая инициатива: [Электронный ресурс].ПКк: http://www.nti2035.ru.(Дата обращения: 01.03.2018).
31. Российская армия примет на вооружение боевых роботов в 2017 году [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.interfax.ru/russia/405740, свободный. - Загл. с экрана.
32. Robocenter - Skolkovo Community [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://sk.ru/foundation/itc/robotics/,свободный. - Загл. с экрана.
33. WorldSkills Russia [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://worldskills.ru/, свободный. - Загл. с экрана.
34. Lego Education [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://education.lego.com/ru-ru, свободный. - Загл. с экрана.
35. Реестр профессиональных стандартов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://profstandart.rosmintrud.ru/obshchiy-informatsionnyy-blok/natsionalnyy-reestr- professionalnykh-standartov/reestr-professionalnykh-standartov/index.php, свободный. - Загл. с экрана.
36. Курс "Педагогика: основы дидактики" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://4brain.ru/pedagogika/, свободный. - Загл. с экрана.
37. Основы мехатроники и робототехники: Методические указания к самостоятельной работе студентов / Горбенко Т. И. — 2014. 8 с.
38. Электронные устройства мехатронных и робототехнических систем [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://open.ifmo.ru/wiki/I(3672013),свободный. - Загл. с экрана.
39. Принципы модульного обучения: Метод. Разработка для преподавателей/Сост
О.Г. Проворова; Краснояр.гос.ун-т. - Красноярск, 2006. -32 с - Режим доступа:
http://elib.sfu.kras.rU/bitstream/handle/2311/1416/m moduledu.pdf?sequence=1&isAllowed=yК 3й главе:
40. Приводы промышленных роботов [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://life-prog.ru/1_12799_privodi-promishlennih-robotov.html, свободный. - Загл. с экрана.
41. Отличие цифрового сервопривода от аналогового [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://zelectro.cc/servosDistinction, свободный. - Загл. с экрана.
42. Рязанцев П.С., Белозерских В.В. Подход к формированию компетенций в области робототехники у студентов направления «Информатика и вычислительная техника»// Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. - 2018. - № 1(8). - с. 204-209.