магистр автоматизации и управления Смагулова К.К.,

Тохметова К.М., Бахыт М.- студенты КарГТУ

 

Карагандинский государственный технический университет, Республика Казахстан

 

Мехатроника и робототехника в учебном процессе

 

Впервые слово «робот» появилось в пьесе чешского писателя Кареля Чапека, написанной им в 1920 году. Чешский писатель Карел Чапек (Karel Capek) в своей пьесе "Rossum's Universal Robots" вводит в обращение слово "робот". Чешское слово "robota" означает тяжелый, подневольный труд. Слово "робот", по сообщению самого Карела Чапека, было придумано его братом Йозефом Чапеком, художником и писателем [1].

История робототехники неразрывно связана с большинством изобретений, сделанных человечеством.

V– II век до н.э. – водяные и песочные часы, сложнейшие автоматы.

XV – XVII век – механический человек, женщина-андроид, летающий деревянный жук, деревянный автомат, машина сложения и вычитания, суммирующая машина.

XVII – XIX век – утка Вокансона, автоматический ткацкий станок, аналитическая машина, электрореле, электроматор, Паровой человек, Автоматический человек.

XX – XXI век - электронная лампа, первый робот в кинематографе, электрическая собака, электромеханический черепашки, телеуправляемый манипулятор, первый промышленный программируемый робот, полупроводниковая ЭВМ, Первый робот "Versatran", промышленные роботы-манипуляторы, искусственная роботизированная рука Rancho Arm, автономный транспортный робот, персональный компьютер Apple I, первый ходящий робот, робот-гуманоид, робот-собаку, домашний робот, робот-трансформер, летающий робот.

Робототехнику будущего можно представить себе как гармоничное сочетание программных, очувствленных и интеллектуальных роботов, обеспечивающих все более полное удовлетворение потребностей общества.

В целом роботы по использованию в различных сферах деятельности делят на три группы:

1) человекоподобные (бытовые);

2) информационные (исследовательские), предназначенные для сбора информации в средах, опасных или не доступных для человека;

3) промышленные роботы (ПР), предназначенные для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности [2].

         В таблице 1 показаны области применения промышленных роботов.

 

 

Таблица 1- Функции роботов в промышленности

Область применения

Выполняемые функции

Уголная и горнодобывающая промышленность
  • Установка крепи в забое
  • Бурение шурфов
  • Отделение угля от породы

Металлургия
  • Загрузка металлолома в печь
  • Ремонт печей, домен
  • Пробивка корки шлака и устранение анодного эффекта при электролизе алюминия
  • Погрузка и доставка

Строительная промышленность
  • Укладка кирпичей
  • Сортировка кирпичей на конвейере

Транспорт
  • Погрузо-разгрузочные работы
  • Регламентное обслуживание железнодорожных путей
  • Шагающие транспортные машины

Агропромышленное производство
  • Уборка овощей и фруктов
  • Прополка и прореживание овощей

Медицина
  • Хирургия ( микрохирургия, стерильная хирургия)
  • Диагностика
  • Реабилитация инвалидов и больных
  • Уход за больными и инвалидами

Сфера обслуживания

 

 

 

 

 
  • Погрузо-разгрузочные работы
  • Охрана помещений
  • Мойка окон высотных зданий
  • Уборка помещений
  • Уход за детьми

Лесозаготовительное производство

 
  • Валочно-пакетирующие работы на лесосеках

Загрузка  печей кирпичами и выгрузка

 

 
  • Обциловочные работы
  • Монтаж металлоконструкций
  • Окрасочные работы

Легкая и пещевая промышленность

 
  • Обслуживание основного технологического оборудования
  • Внутрицеховые погрузо-разгрузочные и транспортные работы
  • Раскрой кожи и других материалов
  • Укладка в тару конфет, овощей и т.д.

 

Промышленные роботы  имеют большое число классификационных признаков:

1.     По характеру выполняемых операций:

-         технологические (производственные);

-         вспомогательные (подъемо - транспортные);

-         универсальные.

2.     По степени специализации:

-   универсальные (многоцелевые);

-   специализированные;

-   специальные (целевые).

3.     По способу управления:

-   с «жесткой» программой ( I поколение);

-   адаптивные (II  поколение);

-   интегральные ( III поколение).

4.  По области применения (по виду производства):

-    механообработка;

-    кузнечно-прессовое производство;

-    литейное производство;

-    сборка;

-    сварка;

-    транспортно-складские и т.д.

5.  По грузоподъемности (главный параметр ПР).

              -    сверхлегкие – до 1 кг;

               -    легкие от 1 кг до 10 кг;

               -    средние от 10 кг до 200 кг;

               -    тяжелые от 200 кг до 1000 кг;

               -    сверхтяжелые – свыше 1000 кг.

               6.   По числу степеней подвижности:

               -     с одной степенью подвижности;

               -     двумя степенями подвижности.

               7.    По мобильности:

               -     станционарные;

               -     подвижные.

               8.   По конструктивному исполнению:

               -    напольные;

               -    подвесные;

               -    встроенные.

               9.   По виду основных координатных перемещений промышленные роботы разделяются на группы роботов, манипуляторы которых работают:

-         в прямоугольной системе координат;

-         в цилиндрической системе координат;

-         в сферической системе координат;

-         в угловой системе координат;

-         в комбинированной системе координат.

10.     По типу силового привода:

-         пневматические;

-         гидравлические;

-         электромеханические;

-         комбинированные.

11.     По программирования скоростей и перемещений:

-         жестко программируемые;

-         гибко программируемые.

12.     По способу программирования:

-         программируемые обучением (наиболее распространенный способ);

-         программируемые аналитически;

-         самообучение.

         Наряду с классификационными параметрами промышленные роботы  характеризуются параметрами, обусловливающие их технический уровень.

         Техническая характеристика содержит следующие основные показатели:

1)     номинальная грузоподъемность, кг;

2)     тип привода;

3)     число степеней подвижности;

4)     геометрическая характеристика рабочей зоны;

5)     тип системы управления;

6)     максимальная абсолютная прогрешность позиционирования;

7)     надежность.

Растущие потребности практики ставят перед мехатроникой и робототехникой две основные задачи — дальнейшее повышение производительности роботов и упрощение их эксплуатации. Решение этих задач связано главным образом со значительным увеличением степени очувствленности и интеллектуальности роботов [3].

Дальнейший прогресс в области робототехники в значительной степени зависит от понимания того, каким образом мозг «вычисляет» мысли, наши движения «следуют» нашей воле, а генетическая программа «рассчитывает» организм. Ответы на эти вопросы откроют совершенно невиданные перспективы перед мехатроникой и робототехникой будущего.

 

 

Список использованной литературы:

1. Накано Э. Введение в робототехнику: Пер. с япон. М.: Мир,1988.-334 с., ил.

2. Хомченко В.Г., Соломин В.Ю. Мехатронные и робототехнические системы. Учеб.пособие.-Омск:Изд-во ОмГТУ, 2008.-160 с.

3.  Юревич К.  Основы робототехники.-Спб. БХВ - Петербург, 2005.- 416 с.