Мехатроника и робототехника - Санкт

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра великого
Институт металлургии, машиностроения и транспорта
ПРОГРАММА
вступительного междисциплинарного экзамена в магистратуру
Направление: 15.04.06 «Мехатроника и робототехника»
Директор ИММиТ
Попович А.А.
«____» ___________ 2015 г.
Санкт-Петербург
2015 г.
Магистерские программы: «Робототехник», «Мехатронные системы
автоматизации в машиностроении»
Примерный перечень вопросов:
Мехатроника
История и тенденции развития. Значение в развитии науки и техники.
Примеры мехатронных систем. Научно-технические основы мехатроники.
Место мехатроники в робототехнике.
Робототехника
История и тенденции развития. Роль в развитии науки и техники.
Развитие
отечественной
робототехники.
Связь
с
кибернетикой.
Классификация средств робототехники. Области применения.
Роботы
Определение. Функциональная схема робота. Устройство роботов, их
классификация. Манипуляционные системы. Системы передвижения
мобильных роботов. Сенсорные системы. Способы управления. Другие
средства робототехники. Приводы роботов. Математическое описание
роботов. Методы проектирования.
Робототехнические системы (РТС)
Классификация. Робототехнические и роботизированные ячейки,
участки, цеха. Гибкие производственные системы (ГПС) и гибкие
автоматизированные производства (ГАП). РТС в промышленности, в
непромышленных
отраслях.
Экстремальная
робототехника.
Микроробототехника. Социально-экономические аспекты применения
робототехники.
Информационно-измерительные
мехатронике
системы
в
робототехнике
и
Классификация. Сенсорные системы, определяющие геометрические и
другие параметры внешней среды. Системы сило-моментного очувствления.
Многосенсорные системы. Комплексирование сенсорных систем.
Информационно-управляющие системы в робототехнике и мехатронике
Способы автоматического и автоматизированного управления.
Позиционное программное управление. Позиционно-силовое управление.
Адаптивное управление. Интеллектуальное управление. Способы управления
от человека-оператора. Общая функциональная схема системы управления
техническими объектами. Особенности управления мобильными объектами.
Способы навигации. Групповое управление. Аппаратура управления.
Применение систем робототехники и мехатроники
Классификация областей применения. Применение в промышленности,
ГПС и ГАП. Применение в непромышленных отраслях. Экстремальная
робототехника. Социально-экономические аспекты применения мехатроники
и робототехники.
Собеседование по реферату выпускной бакалаврской работы
Рекомендуемая литература
1. Юревич Е.И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург, 2010.
2. Юревич Е.И. Робототехника завтра (проблемы и перспективы развития).
Саарбрюккен. Изд. Ламберт, 2013.
3. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Теоретические основы
робототехники. М.: Наука, 2006.
4. Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными
роботами. М.: изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.
5. Юревич Е.И. Основы мехатроники. СПб.: изд. Астерион, 2006.
Список дополнительной литературы
1. С.А. Воротников. Информационные устройства робототехнических
систем. М: МГТУ им. Баумана-2005
2. Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера-2005
3. Ж. Аш. Датчики измерительных величин, т1 и т2. М.: Мир-1992
4. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. – М.: Техносфера,
2005.
5. Форсайт Д. А., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. –
М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.
6. Шапиро Л., Стокман Дж. Компьютерное зрение. – М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2006.
7. Лукьяница А. А., Шишкин А. Г. Цифровая обработка видеоизображений.
– М.: «Ай-Эс-Эс Пресс», 2009.
Оборудование автоматизированных производств
1. Этапы автоматизации. Рабочий и технологический циклы машиныавтомата. Циклограммы. Роль мехатроники в автоматизации.
2. Фактическая производительность систем автоматизации. Виды
потерь. Коэффициент использования оборудования.
3. Машины с последовательным, параллельным и смешанным
агрегатированием рабочих позиций. Роторные и роторно-конвейерные
линии.
4. Массовое, серийное и единичное производство, особенности их
автоматизации.
5. Принципиальная технологическая схема машины. Оптимизация
циклограммы работы машины.
6. Кинематическая и комбинированная схемы машин. Анализ
вариантов и выбор схемы.
7. Алгоритм управления машиной. Сравнение электронных и
механических систем управления.
8. Компоновочная схема машины. Принципы компоновки машин.
9. Функциональные узлы машин-автоматов, формулировка требований
к ним.
Рекомендуемая литература:
1. А.Н. Попов, А.Н. Тимофеев. Технологические процессы в
машиностроении. Часть 1. Общие принципы проектирования
технологических машин. Учеб. пособие, СПб, СПбГПУ, 2010.
2. М.Т. Коротких, А.Н. Попов. Технологические процессы в
машиностроении. Часть 2. Техпроцессы дискретного и непрерывного
производства. Учеб. по-собие, СПб, СПбГПУ, 2009.
Основы мехатроники и робототехники
1. Иерархическая структура мехатронных объектов.
2. Прямая и обратная задачи управления в мехатронных системах.
3. Проектирование электромеханического объекта традиционным
методом и методом, основанном на мехатронных принципах.
4. Технологические промышленные роботы в машиностроении,
электротехнике и электронике и выполняемые ими функции.
Технологические промышленные роботы для контроля и обслуживания
технических объектов.
5. Типовая номенклатура технических (паспортных) показателей
промышленных роботов.
6. Типовые схемы манипуляторов, работающих в различных системах
координат, их особенности, преимущества и недостатки.
7. Модульные промышленные роботы. Преимущества принципа
модульного проектирования. Виды модулей промышленных роботов и
способы построения модификаций при их использовании.
8. Рабочие органы промышленных роботов, предназначенных для
механообработки, сборки, сварки, окраски, измерений и контроля.
Рекомендуемая литература:
1. Волков А.Н. Проектирование робототехнических систем. Учебное
пособие. СПб: Изд-во Политехнического университета, 2012 г. – 370 с.
2. Подураев Ю.В. Мехатроника: Основы, методы, применение: учеб.
пособие для студентов вузов, М.: Машиностроение, 2006.
Теория автоматического управления
1. Структурная схема САУ: состав, назначение основных элементов.
2. Принципы управления (программное, по возмущению, с
отрицательной обратной связью).
3. Основные характеристики линейных САУ (передаточная функция,
переходная и весовая функции, частотные характеристики).
4. Критерии устойчивости (алгебраические и частотные).
5. Показатели качества САУ.
6. Синтез линейных систем на основе логарифмических частотных
характеристик.
7. Особенности построения цифровых САУ, исследования их
устойчивости и качества регулирования.
8. Основные задачи синтеза регуляторов, ПИД-регуляторы.
Рекомендуемая литература:
1. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Учебник для вузов, 3-е
изд. СПб: BHV, 2007. 560 с.
2. Управление техническими системами: учеб. пособие для вузов / Ю. В.
Галышев, Л. Е. Магидович, В. В. Румянцев. — СПб. : Изд-во Поли-техн.
ун-та, 2005
Автоматизированное обрабатывающее и измерительное оборудование
1. Конструктивные особенности современных металлорежущих
станков с ЧПУ
2. Функции технолога при разработке программ для станка с ЧПУ с
использованием современных САПР.
Рекомендуемая литература:
1. Процессы формообразования. Обрабатывающее и измерительное
оборудование : учеб. пособие / М. Т. Коротких, Д. Ю. Кряжев — М.:
Оргсервис 2000, 2007.
2. Васильев В.Л., Прокопенко В.А., Тисенко В.Н. Технологическое
оснащение автоматизированных производств. Учебное пособие.Л.:ЛГТУ, 1991.-204с.
Микропроцессорная техника
1. Структура микропроцессорной системы управления.
2. Общая функциональная схема ЭВМ. Основные элементы ЭВМ.
Организация и архитектура ЭВМ.
3. Структура программного обеспечения и языки программирования
PLC.
4. Сигнальные процессоры. Архитектура. Область применения.
5. Модули дискретного и аналогового ввода, вывода.
Рекомендуемая литература:
1. Цифровые и микропроцессорные радиотехнические устройства: учеб.
пособие для вузов / В.Д. Бунтов, С.Б. Макаров .— СПб. : Изд-во
Политехн. ун-та, 2005
2. Микропроцессорные
системы.
Разработка
устройств
на
микроконтроллерах: Учеб.пособие / Васильев А.Е., СПб: Изд-во СПбГТУ,
2001
Примерные задачи:
1. Тело массы m=1 кг начинает двигаться по оси х под действием силы
F=kx3 (k=8 Н/м3) из положения х=0. Найти скорость тела в момент времени t,
когда его координата будет равна х=10 м.
2. Какое нужно ограничение на усилие S сжатия губок клещевого
схвата при переносе плоского объекта массой m =5кг в вертикальном
положении в случае, если направленное вверх вертикальное ускорение при
переносе не превосходит значения a =35м/сек2? Коэффициент трения равен
f=0,1. Варианты: а) S>175H;б) S>1130H;в) S>350H , представить пояснения.
S
S
3. Опишите технологию обработки концов рычага по радиусу 10 мм.
Рычаг выполнен в виде параллелепипеда с размерами 300х20х2 мм.
4. Червячный мотор-редуктор вращает барабан, на который
наматывается трос, приводящий в движение тележку башенного крана.
Определите скорость движения тележки V (м/c) и тяговое усилие на тросе Т
(Н), если электродвигатель развивает мощность N=10 кВт, при скорости
вращения n=1500об/мин; редуктор имеет передаточное число u=20,
коэффициент полезного действия η= 0,8; барабан имеет рабочий диаметр D=
200мм.
5. Операторная форма записи дифференциального уравнения имеет вид
(р2+р+1)y(t)=(р+1)x(t). Как выглядит дифференциальное уравнение?
6. Дифференциальное уравнение имеет вид: 3y  5 y  y  2 x . Приведите
его операторную форму записи.
7. Построить ЛАХ звена с передаточной функцией G(p)=100/(4p2+p+1).
8. Записать характеристическое уравнение системы, передаточная
функция которой имеет вид G(p)=(p+1)/(p2+3p+2).
9. Стальной стержень круглого сечения диаметром d=10 мм без зазора
установлен между двумя абсолютно жесткими стенками. Стержень нагрели
на 200 град. С. Определить механическое напряжение в стержне после
нагрева и силу распора, действующую на стенки. Модуль упругости стали
200 ГПа, коэффициент линейного расширения стали 1,2•10 -5 1/град.
10. Два вертикальных стержня 1 с модулем упругости Е1 и площадью
поперечного сечения S1 опираются на абсолютно жесткую балку 3.
Центральный стержень 2 с модулем упругости Е2 и площадью поперечного
сечения S2 свободно проходит через балку 3. Все три стержня прикреплены к
жесткому основанию 4. На стержень 2 навинчена гайка 5. Индикаторы
микроперемещений М1 и М2 установлены неподвижно относительно
основания и обнулены. При закручивании гайки 5 индикатор М1 показывает
ES
l1 , а индикатор М2 показывает l 2 . Определить при каком отношении 1 1
E2 S 2
микроперемещения равны: l1   l2 .
11. Построить эпюру моментов и перерезывающих сил для балки на
шарнирных опорах, нагруженной силой Р и моментом М=РL.
P
М
L
2L
12. Имеется материальная система, состоящая из 3-х одинаковых масс
m1 к которым приложены силы согласно рисунку. Определить ускорение WC
центра масс данной системы.
F1
Z
r1
m1
r2
r3
Õ
F2
m1
m1
Y
F1
13. В четырехпозиционной машине-автомате последовательного
агрегатирования время выполнения операции на 1-ой позиции – 5с, на 2-ой –
7с, на 3 ей – 4с, на 4-ой – 3с. Время перемещения между позициями – 1с.
Найдите цикловую производительность машины QЦ (шт/ мин).
14. На машине-автомате с помощью экструдера производят
полиэтиленовую пленку. Пленка автоматически сматывается в рулон.
Внутренний диаметр рулона d1 – 100мм, наружный d2 – 300мм. Толщина
пленки δ – 0,1мм. Время изготовления одного рулона – 5мин. Какова
технологическая производительность машины – к, м/с?