Формування компетентностей студентів-механіків в галузі робототехніки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формування компетентностей студентів-механіків в галузі робототехніки

Роботи призначені для виконання робіт, які є важкими, шкідливими чи небезпечними для здоров'я людини (висока температура, забруднення повітря, радіація тощо), одноманітними чи такими, що вимагають високої точності операцій. Цим пояснюється широке впровадження роботів практично в усі сфери промислового виробництва, обслуговування та наукових досліджень. Оскільки розробка та експлуатація роботів і маніпуляторів вимагає спеціалістів з їх проектування, вдосконалення, обслуговування та ремонту, відповідно, належна увага вивченню механізмів роботів повинна приділятися в ході навчання не тільки майбутніх спеціалістів в галузі робототехніки, а і при підготовці майбутніх інжене - рів-механіків.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. На сьогодні в підручниках та навчальних посібниках з теорії механізмів і машин приділяється незначна увага вивченню роботів та маніпуляторів. Це пояснюється, в першу чергу, складністю навчального матеріалу самої дисципліни та кількістю відведених годин. Як правило, навчальна дисципліна «Теорія механізмів і машин» вивчається протягом одного семестру, причому останніми роками кількість годин, зокрема ау - диторних, в силу тих чи інших причин, зменшується.

Зокрема, в роботі Я.Т.Кіницького [1, с. 632-649] маніпулятори та роботи розглядаються в розділі «Основи теорії машин», де основна частина матеріалу присвячена розгляду структур машин та систем керування ними. Даються основні визначення ланок маніпулятора, робочого об'єму, зони обслуговування, кута та коефіцієнта сервісу. Далі пропонується класифікація промислових роботів в залежності від спеціалізації, розглядаються приводи, які застосовуються в роботах, представлені рівняння кінетостатики.

Більше уваги роботам та маніпуляторам приділено в роботі Н.І. Левітського [3]. Спочатку розглядаються системи управління машин-автоматів, далі - логічні елементи систем управління машин-авто - матів (елементи Булевої алгебри), після чого приступають до розгляду власне маніпуляторів та роботів [3, с. 527-582].

В роботі О.С. Кореняки роботам присвячено кілька питань, основними з яких є: структура машин - автоматів, умови узгодженої роботи механізмів та моделювання динамічних процесів в механізмах [2, с. 192-201]. Досить повно питання кінематики та динаміки розглянуто в роботах Є.І. Воробйова та ін. [7; 8]. Зокрема, запропоновано застосування векторного та матричного методу для розв'язання прямої та оберненої задач про положення та швидкості ланок промислових роботів [7, с. 18-50, с. 79-100]. В роботі [8, с. 193-203] наводяться основні шляхи розв'язання задач синтезу захватних пристроїв роботів, а також питання зрівноваження та точності маніпуляторів [8, с. 312-333, с. 346-362]. Г.О. Тимофєєв в роботі [6, с. 321-342] дає тільки загальні відомості про мані - пуляційні роботи (класифікація, кінематичні схеми, структура та технічні характеристики), а також наводить розв'язання задачі про положення маніпуляторів.

Роботи [4; 5] під редакцією Ш. Нофа присвячені багатьом питанням проектування та експлуатації роботі та маніпуляторів. Детально розглядаються питання кінематики та динаміки [4, с. 81-93], проектування роботизованих виробничих систем, їх надійності та безпеки [4, с. 403-450], особливості використання роботів в різних галузях промислового виробництва (автомобілебудування, авіакосмічна промисловість, ливарне та ковальське виробництво, зварювальні роботи, складальні операції, роботизований контроль) [5, с. 161-193, с. 217-241, с. 278-326]. Але роботи [4; 5] є не підручниками з теорії механізмів і машин, а спеціальними виданнями, призначеними для використання інженерами та працівниками конструкторських бюро.

Метою статті є обґрунтування необхідності та шляхів формування компетентностей студентів-механіків в галузі проектування, експлуатації та модернізації роботів та маніпуляторів.

Завдання дослідження є визначити значення та зміст матеріалу, який пропонується розглядати в ході вивчення навчальної дисципліни «Теорія механізмів і машин» з метою формування необхідних компетентностей студентів-механіків для подальшої успішної роботи в галузі робототехніки.

Методи дослідження: - теоретичний: аналіз навчальної, методичної та наукової літератури з теорії механізмів і машин з метою комплексного аналізу проблеми вивчення студентами-механіками роботів та маніпуляторів; - експериментальний: аналіз компетентностей студентів-механіків нероботехнічних спеціальностей в галузі робототехніки в умовах традиційної організації загальноінженерної підготовки.

В зв'язку з, як було зазначено вище, стрімким розширенням сфер застосування роботів та маніпуляторів стрімко збільшується потреба в спеціалістах, які б могли здійснювати їх проектування, модернізацію та обслуговування. Очевидно, в процесі загальноінженерної підготовки студенти технічних спеціальностей, не пов'язаних безпосередньо з робототехнікою, повинні отримувати необхідні знання, які б дозволили їм в майбутньому виконувати роботи зі створення нових та обслуговування наявних робототехнічних систем.

Спеціальності, студенти яких потребують детального ознайомлення з роботами та маніпуляторами, це, в першу чергу, «Прикладна механіка» та «Галузеве машинобудування». Студенти, що навчаються за даними спеціальностями, повинні вміти здійснювати проектування технологічних та транспортних машин, проводити їх кінематичний та силовий аналіз, розглядати питання точності механізмів, їх зрівноваження, моделювати коливальні процеси тощо. Дані спеціальності не є суто робототехнічними, а, значить, має місце обмежена кількість годин для ознайомлення з роботами та маніпуляторами. Тому має велике значення обґрунтований вибір тем як для аудиторних годин, так і для самостійного вивчення.

На рис. 1 представлено структуру навчального матеріалу при вивченні студентами роботів та маніпуляторів, виходячи з наступного розрахунку: лекційні години на весь курс виділяються в кількості 48, з них 32 - на вивчення як загальних питань із синтезу та аналізу плоских механізмів, так і окремих типів механізмів - важільних, кулачкових, зубчастих тощо. Тоді 16 аудиторних годин будуть призначені для вивчення роботів та маніпуляторів. Як видно, весь матеріал, присвячений роботам і маніпуляторам, можна розділити на три характерних блоки. Перший блок, найбільший за об'ємом, присвячений дослідженню та проектуванню роботів, сюди входить синтез роботів, дослідження їх кінематичних характеристик, силовий аналіз, а також розрахунок роботів та їх конструювання, тобто виготовлення робочих та складальних креслень. Другий блок - це інформація, пов'язана з особливостями використання роботів та маніпуляторів в різних галузях сучасного виробництва та, відповідно, з вимогами, які висуваються до тих чи інших роботизованих систем на стадії проектування. Третій блок - це питання обслуговування та ремонту роботів та маніпуляторів, дана інформація використовується для їх вдосконалення та створення нових систем. Особливістю роботів є широкий спектр їх застосування (рис. 1), це означає, що роботи не тільки виконують різноманітні за своїм змістом операції, а і відбувається це в різних умовах (температурних, силових, часових тощо). Тому важливо дати студентам загальні принципи як синтезу, так і аналізу роботів спочатку безвідносно до області їх подальшого застосування з подальшим розглядом можливих виконуваних робіт.

Можна констатувати, що кількість годин є недостатньою як для такого важливого на сьогодні, великого за обсягом та складного за змістом навчального матеріалу. Але, ми вважаємо, є можливим дати основні відомості, які дозволять студентам-механікам неробототехнічних спеціальностей після закінчення навчання в університеті ефективно працювати в галузі проектування та експлуатації робототехнічних систем.

Досить складними є розділи, які стосуються кінематики та динаміки роботів, оскільки мова йде про просторові системи з великою кількістю ступенів вільності. Збільшена кількість годин для самостійного вивчення відведена при вивченні застосування роботів в різноманітних галузях виробництва. Даний матеріал має ознайомчий характер, але він необхідний для розуміння різноманітних задач, які виконуються роботами, звідси різні вимоги при їх проектуванні.

робот маніпулятор студент механік

Розподіл навчальних годин для вивчення роботів та маніпуляторів

Викладений матеріал дозволяє зробити наступні висновки. На сучасному етапі розвиток робототехніки є одним з найважливіших, оскільки роботи та маніпулятори дозволяють замінити людину на ділянках, де праця є важкою або шкідливою для здоров'я. Враховуючи швидкість розповсюдження роботів, які можуть виконувати найрізноманітніші операції, постає задача формування відповідних компетентностей майбутніх інженерів-механіків з тим, щоб вони могли участь у проектуванні нових та дослідженні наявних роботів з метою підвищення продуктивності, надійності, точності виконуваних операцій, розширення функціональних можливостей. Необхідні знання необхідно надавати в рамках навчальної дисципліни «Теорія механізмів і машин», виділивши необхідну кількість навчальних годин для розгляду, в першу чергу, задач аналізу та синтезу механізмів роботів і маніпуляторів.

Список використаної літератури

1. Кіницький Я.Т. Теорія механізмів і машин. - К.: Наукова думка. - 2002. - 661 с.

2. Кореняко А.С. Теория механизмов и машин. К.: Вища шк., 1987. - 206 с.

3. Левитский Н.А. Теория механизмов и машин: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Наука, 1990. - 592 с.

4. Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. Кн.1 / Под ред. Ш. Нофа. - М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.

5. Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. Кн.2 / Под ред. Ш. Нофа. - М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.

6. Тимофеев ГА. Теория механизмов и машин: курс лекций. - М.: ИД Юрайт, 2010. - 351 с.

7. Воробьев Е.И. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 1: Кинематика и динамика. - М.: Высшая школа, 1988. - 304 с.

8. Воробьев Е.И. Механика промышленных роботов: Учеб. Пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 2: Расчет и проектирование механизмов. - М.: Высшая школа, 1988. - 367 с.

Размещено на Allbest.ru