275
.pdfМинистерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Программное обеспечение 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
Программное обеспечение 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 «Программное обеспечение мехатронных и робототехнических систем».
В результате освоения дисциплины студент должен:
–знать: особенности процессов разработки программного обеспечения мехатронных и робототехнических систем;
–уметь: разрабатывать и отлаживать программные средства мехатронных и робототехнических систем, реализующие алгоритмы управления;
–владеть: навыками программной обработки данных в информационных системах.
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 |
72 |
2 |
72 |
|
Лекции (Л) |
24 |
0,67 |
36 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
– |
– |
– |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
48 |
1,33 |
36 |
|
Семинары (С) |
– |
– |
– |
|
Занятия, проводимые в интерактивной |
16 |
0,44 |
16 |
|
форме |
||||
|
|
|
||
Самостоятельная работа (Сам) |
36 |
1 |
72 |
|
Контроль самостоятельной работы (КСР) |
36 |
1 |
36 |
|
|
|
|
|
|
Курсовой проект (работа) |
* |
* |
* |
|
|
|
|
|
|
РГР (ГАР, РАР) |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Реферат |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
36 |
1 |
экзамен |
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 экзамену.
3. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1.
Роль программного обеспечения в робототехнических системах. Связь программного обеспечения с применяемыми микропроцессорными системами. Программное обеспечение отдельных узлов и модулей сенсорной и исполнительной части. Исполнительная система робота. Высокоуровневое программное обеспечение - пользовательская задача. Среды программирования роботов и мехатронных систем. Жизненный цикл программного обеспечения роботов. Проектирование программного обеспечения мехатронной системы и организация коллективной разработки. Отладка программного обеспечения. Программное обеспечение для моделирования робототехнических систем
Раздел 2.
Особенности программного обеспечения для управления исполнительными механизмами. Зависимость программного обеспечения от типа устройства сопряжения с объектом. Математические модели манипуляторов и задачи управления движением. Управление с динамически изменяющимися параметрами. Применение методов самонастройки алгоритмов управления. Интерполяция управляющих сигналов. Формирование состояний мехатронного модуля для автоматного управления. Программное обеспечение связи между оператором и манипулятором.
Раздел 3.
Централизованные и распределенные модели управления робототехническими системами. Интеллект робота. Обучаемое программное обеспечение. Логический уровень системы управления многокомпонентными робототехническими комплексами. Представление системы управления как сети конечных автоматов. Программирование управляющей сети. Организация взаимодействия робота с оператором.
Раздел 4.
Многокоординатное движение. Станки с числовым программным управлением. Формирование траектории многокоординатного движения. Методы управления, основанные на решении обратной задачи динамики. Управление энергетическими характеристиками многокоординатной исполнительной системы при решении задач механообработки.
5
4. Лабораторные занятия
Перечень лабораторных работ по курсу для студентов очного обучения представлен в табл.2.
Таблица 2 – Перечень лабораторных работ
№ |
Номер раздела |
Наименование лабораторных работ |
|
пп |
дисциплины |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1. |
Раздел 2 |
|
Реализация алгоритма обратного маятника в системе |
|
|
|
с одной степенью свободы (10 часов) |
2. |
Раздел 2 |
|
Программирование работы манипулятора (8часов) |
|
|
|
|
3. |
Раздел 3 |
|
Программирование движения мобильного робота по |
|
|
|
заданной траектории (10 часов) |
4. |
Раздел 3 |
|
Программирование взаимодействия независимых |
|
|
|
роботов для решения общей задачи (10 часов) |
5. |
Раздел 4 |
|
Программирование движения многокоординатного |
|
|
|
станка (10 часов) |
|
|
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. |
Модульное программирование |
1 о. (С. 94-108) |
|
|
|
2. |
Экстремальное программирование |
1 о. (С. 189-199) |
|
|
|
3. |
Стиль программирования |
1 о. (С. 218-221) |
|
|
|
4. |
Надежность ПО |
2 д. (С. 7-19) |
|
|
|
5. |
Методы повышения надежности ПО |
2 д. (С. 23-49) |
|
|
|
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.
6
После прослушивания курса лекций, выполнения лабораторных работ бакалавр допускается к сдаче экзамена. Контрольные вопросы к экзамену для бакалавров очного обучения приведены ниже.
6.Контрольные вопросы
1.Роль программного обеспечения в робототехнических системах. Связь программного обеспечения с применяемыми микропроцессорными системами.
2.Структура программного обеспечения робототехнической системы.
3.Программное обеспечение мехатронной системы.
4.Среды программирования роботов и мехатронных систем.
5.Жизненный цикл программного обеспечения роботов.
6.Проектирование программного обеспечения мехатронной системы и организация коллективной разработки.
7.Программное обеспечение для моделирования робототехнических систем
8.Особенности программного обеспечения для управления исполнительными механизмами.
9.Математические модели манипуляторов и задачи управления движением.
10.Управление с динамически изменяющимися параметрами. Применение методов самонастройки алгоритмов управления.
11.Интерполяция управляющих сигналов.
12.Автоматное управление в мехатронных системах.
13.Программное обеспечение связи между оператором и манипулятором.
14.Централизованные и распределенные модели управления робототехническими системами.
15.Интеллект робота. Обучаемое программное обеспечение.
16.Логический уровень системы управления многокомпонентными робототехническими комплексами.
17.Представление системы управления как сети конечных автоматов. Программирование управляющей сети.
18.Организация взаимодействия робота с оператором.
19.Многокоординатное движение. Станки с числовым программным управлением.
20.Формирование траектории многокоординатного движения.
21.Методы управления, основанные на решении обратной задачи динамики.
22.Управление энергетическими характеристиками многокоординатной исполнительной системы при решении задач механообработки.
7
Библиографический список
Основная литература
1. Гагарина, Л.Г. Технология разработки программного обеспечения : учеб. пособие [Электронный ресурс] / Л.Г. Гагарина, Е.В. Кокорева, Б.Д. Сидорова-Виснадул ; под ред. Л.Г. Гагариной. – М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА- М, 2018. – 400 с. // ЭБС Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/924760. – Загл. с экрана.
Дополнительная литература
2. Мякишев, Д.В. Принципы и методы создания надежного программного обеспечения АСУТП: Методическое пособие / Д.В. Мякишев – Вологда : Инфра-Инженерия, 2017. – 114 с. // ЭБС Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/943318. – Загл. с экрана.
3. Грибанов, А. А. Программное обеспечение мехатронных и робототехнических систем [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 18 с. – ЭБС ВГЛТУ.
4. Грибанов, А. А. Программное обеспечение 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
Программное обеспечение 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»