Мехатроника

Обязательным компонентом любого современного мехатронного устройства является микропроцессорная система, реализующая алгоритмы управления программным способом. В пособии изложены этапы и подходы к проектированию алгоритмического и программного обеспечения для микропроцессорных модулей мехатронных систем. Для студентов, изучающих курс «Проектирование мехатронных систем».

Рассмотрены общие принципы устройства взрывателей, приведены теоретические основы расчетов узлов и механизмов взрывателей на безопасность и надежность функционирования на разных этапах жизненного цикла изделий. Приведены сравнительный анализ элементов огневой цепи взрывателей и общие рекомендации по их использованию, а также необходимые в инженерной практике разработки взрывательных устройств, сведения из области внутренней и внешней баллистики, пиротехники, физики взрыва и удара. Для студентов, обучающихся по специальности «Боеприпасы и взрыватели».

Рассмотрены вопросы составления математических моделей движения транспортных роботов с колесными и гусеничными движителями. Обоснованы принципы автономного управления движением транспортных роботов и состав автономной системы управления, определены функции ее основных подсистем. Изложены алгоритмы работы подсистем технического зрения, формирования моделей внешней среды, планирования траекторий движения. Приведены различные системы технического зрения и результаты их работы в составе транспортных роботов. Для студентов 5-го и 6-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальностям «Робототехника» и «Мехатроника».

Учебное пособие посвящено задачам теории линейных непрерывных и дискретных систем автоматического управления. Задачи по каждой теме предваряются необходимыми теоретическими материалами и разбором примеров. Сборник в основном ориентирован на учебник Д. П. Кима «Теория автоматического управления. Том 1. Линейные системы». Рекомендовано УМО вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 220400 «Мехатроника и робототехника».

Учебное пособие содержит задачи по теории многомерных, нелинейных, оптимальных и адаптивных систем автоматического управления. Задачи по каждой теме предваряются необходимыми теоретическими материалами и разбором примеров. Сборник в основном ориентирован на учебник Д. П. Кима «Теория автоматического управления, Том 2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы». Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 220400 «Мехатроника и робототехника».

Рассмотрены основные принципы функционирования современных чувствительных элементов инерциальных навигационных систем. Основное внимание уделено вопросам исследования и расчета характеристик волнового твердотельного гироскопа, а также некоторых типов микромеханических и динамически настраиваемых гироскопов как мехатронных чувствительных элементов нового поколения. В задачах моделирования физических процессов, идентификации погрешностей и обработки информации широко использованы современные численные методы аппроксимации на основе теорий R-функций и атомарных функций, а также методы искусственного интеллекта (генетические алгоритмы, нейронные сети). Для научных работников, а также аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей.

Изучается проблема управления системами, содержащими неустойчивый объект. Развиты методы синтеза управления системами со степенью неустойчивости не более двух. Построены алгоритмы управления, реализующие максимальную область притяжения для ряда механических объектов. Описаны результаты некоторых экспериментов. Книга может быть полезна научным работникам и инженерам, занимающимся проблемами управления, робототехники, мехатроники, а также аспирантам и студентам соответствующих специальностей.

Представлены основные аспекты разработки, реализации и применения в электромеханотронных системах регуляторов и наблюдателей на основе теории пространства состояний. Рассмотрены основные методики создания структур и расчета параметров как нелинейных регуляторов состояния с переменной структурой, так и астатических наблюдателей состояния и нагрузки с переменным порядком астатизма для электромеханотронных модулей с эластичной и жесткой механикой. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования предлагаемых типов регуляторов и наблюдателей. Подробно обоснована и детально показана технологическая цепочка микропроцессорной реализации теоретических разработок с использованием современных DSP-контроллеров ведущих производителей. Ориентирована на инженеров, научных сотрудников и аспирантов, специализирующихся в области электромеханотронных систем управления технологическими объектами на основе автоматизированных электроприводов, и должна способствовать повышению качества обучения студентов в рамках высшего профессионального и послевузовского образования.

В методических указаниях приведен пример мобильного сервисного робота. Дана методика настройки робота для автономного режима. Рассмотрена пошаговая инструкция реализации проекта по теме «Мобильный робот». Выполнив проект, обучающиеся углубят свои знания в области регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, изучат алгоритмы прерывания микроконтроллера и настройку системы управления перемещения робота по различным траекториям. Предназначены для учеников московских школ, которые проходят обучение на элективных курсах в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской школе».

В методических указаниях приведен пример использования дистанционного управления по инфракрасному и радиочастотному каналам связи. Предложена методика настройки системы управления для различных способов передачи данных. Рассмотрена пошаговая инструкция интеграции дистанционного управления в проекты с необходимостью удаленного управления. Выполнив предложенные проекты, обучаемые углубят свои знания в области передачи данных по протоколам Bluetooth, UART и IR. Предназначены для учеников московских школ, которые проходят обучение на элективных курсах в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской школе».

Приведен пример мобильного двухколесного робота, реализованного на наборе LEGO Education. Дан обзор программы EV3 Lab и приведены методические рекомендации для выполнения проекта. Изучив материал, обучающиеся углубят свои знания в области регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, изучат алгоритмы написания программ с использованием графического интерфейса EV3 и настроят систему управления перемещения робота по различным траекториям. Предназначены для учеников московских школ, которые проходят обучение на элективных курсах в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской школе».

В книге представлены новые механизмы параллельной структуры различных классов, имеющие широкие возможности применения в робототехнических системах для технологических и транспортных процессов в различных отраслях промышленности, а также космической и медицинской робототехнике. Проведены исследования в области кинематики, динамики и управления такими системами. Рассмотрены механизмы мобильных роботов технологического и медицинского назначения, исследованы вопросы их динамики и управления. Представленные механизмы разработаны и исследованы в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук. Книга предназначена для специалистов в области теории механизмов и машин, научных работников и инженеров, чья деятельность связана с созданием новых робототехнических систем, а также студентов, аспирантов и преподавателей.

Книга содержит новые результаты, связанные с синтезом и анализом механизмов, применяемых для перспективных робототехнических и измерительных систем. Рассматриваются вопросы, связанные с характеристиками и функциональными возможностями новых механизмов, применяемых в сельскохозяйственной и сварочной технике, а также в измерительных и диагностических системах. Круг авторов данной монографии представляет разные организации: ИМАШ РАН, ФНАЦ ВИМ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, РГАУ-МСХА, Университет ИТМО, РГУ им. А. Н. Косыгина, ЮЗГУ, научно-производственную компанию «Шторм», НТЦ «Эталон». Издание предназначено для широкого круга читателей – студентов, аспирантов, инженеров и научных работников, занимающихся вопросами синтеза и анализа механизмов, применяемых в робототехнических системах.

Представлены основные аспекты разработки систем позиционирования. Приведен анализ временных и частотных характеристик основных моделей динамики. Освещены вопросы компьютерного моделирования. Изложены теоретические основы и алгоритмы построения наблюдателей механической нагрузки электромехатронных модулей. Предложены методики расчета параметров статических и астатических регуляторов положения для электромехатронных модулей с жесткой механикой. Приведена структура комбинированных систем позиционирования. Для научных сотрудников и аспирантов технических университетов, а также специалистов в области автоматизации.

Данная монография является продолжением предыдущей работы «Новые механизмы в современной робототехнике». Представлены вопросы структурного синтеза, кинематики и динамики новых механизмов робототехнических устройств, а также задачи управления. Кроме того, приведен обзор современных робототехнических систем для различных технических применений. Представленные исследования проведены авторами различных организаций: ИМАШ РАН, ИКТИ РАН, МГТУ им. Н.Э. Баумана, РГУ им. А.Н. Косыгина, ЮЗГУ, МАИ, научно-производственной компанией «Шторм», компанией «Ассистирующие хирургические технологии». Книга предназначена для научных работников, инженеров, аспирантов, студентов, занимающихся вопросами робототехники, теории механизмов и машин.

Представлены основные теоретические аспекты построения кинематических схем роботов и манипуляторов, анализа их динамического поведения и синтеза систем управления. Предлагается использование метода однородных координат в качестве основного инструмента при формировании кинематических и динамических моделей роботов и манипуляторов. Для студентов и аспирантов электротехнических направлений подготовки. Может быть полезно специалистам в области электромехатронных систем в различных областях народного хозяйства.

Представлены основные научные подходы, принципы построения, особенности основных компонентов мехатронных систем. Рассмотрено применение мехатронных систем в робототехнике, микроэлектро-механических системах и нанотехнологиях. Для студентов, изучающих общий курс по мехатронике и робототехнике, а также студентов и аспирантов электротехнических направлений подготовки.

Учебное пособие посвящено актуальным вопросам проектирования, исследования, алгоритмического и программного обеспечения информационных устройств и систем, используемых в робототехнике и мехатронике. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Конструирование и технология электронных средств», «Мехатроника и робототехника», «Управление качеством», «Управление инновациями», «Информационные системы в науке и приборостроении», «Основы приборостроения».

Пособие посвящено изучению взаимосвязи и влияния тепловых и электромагнитных процессов, протекающих при нагреве и охлаждении проводников разного поперечного сечения, с их электротехническими характеристиками. Показано, как изменение конфигурации токоведущего проводника влияет на распределение электромагнитного поля, а также на его активное и собственное индуктивное сопротивления. Дано понятие и расчетные выражения для определения коэффициентов поверхностного эффекта активного и собственного индуктивного сопротивления проводников различного поперечного сечения. Приведены методики расчета предельных токовых нагрузок токоведущих проводников в установившемся, повторно-кратковременном режиме и режиме короткого замыкания. Изложены основы процессов теплопередачи теплопроводностью, конвекцией и излучением. Предназначено для студентов III курса бакалавриата ФМА по направлению 13.02.02 «Электроэнергетика и электротехника» при изучении дисциплины «Электротепловые процессы в электротехнических устройствах». Может быть полезным студентам и аспирантам электротехнических, электротехнологических специальностей, а также специалистам, разрабатывающим электротехническое оборудование.

В работе приведены эффективные приемы работы с распространенными офисными приложениями, программными средствами математического и имитационного моделирования. Данное учебное пособие предназначено для студентов и учащихся, изучающих информационные технологии в рамках направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и 15.03.06 «Робототехника и мехатроника».