Учебной дисциплины (модуля)

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Политехнический

Кафедра робототехники и автоматизации производства

Утверждаю: Зав. кафедрой РТиАП _________________ Е.В. Ларкин «___»____________ 2015 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Учебной дисциплины (модуля)

«ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
В МЕХАТРОНИКЕ И РОБОТОТЕХНИКЕ»

Уровень профессионального образования: высшее образование — академический бакалавриат

Направление подготовки: 15.03.06 Мехатроника и робототехника

Профиль подготовки: Промышленная и специальная робототехника

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула 2015 г.

ЛИСТ

согласования рабочей программы дисциплины (модуля)

Рабочая программа учебной дисциплины (модуля) «Информационные и измерительные устройства в мехатронике и робототехнике » разработана д.т.н., проф. В.В. Котовым и обсуждена на заседании кафедры робототехники и автоматизации производства политехнического института (протокол заседания кафедры №15 от 15 мая 2015 г.)

Разработчик(и) рабочей программы дисциплины (модуля) ____________________________.

^{личная подпись(и)}

СОДЕРЖАНИЕ

1 Цель и задачи освоения учебной дисциплины (модуля) 4

2 Место учебной дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы.. 4

3 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю) 4

4 Содержание и структура учебной дисциплины (модуля) 5

4.1 Содержание разделов учебной дисциплины (модуля) 5

4.2 Распределение часов по семестрам и видам занятий. 7

4.3 Темы, выносимые на лекционные занятия. 7

4.4 Лабораторные работы.. 8

4.5 Практические занятия (семинары) 8

4.6 Самостоятельная работа студента. 8

5 Образовательные технологии. 9

6 Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) 10

6.1 Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий. 10

6.2 Требования к оборудованию рабочих мест преподавателя и обучающихся. 11

6.3 Требования к специализированному оборудованию.. 11

6.4 Требования к программному обеспечению учебного процесса. 11

7 Порядок проведения текущего контроля и промежуточных аттестаций. Шкалы оценок. 11

7.1 Шкала академических оценок освоения дисциплины (модуля) 11

7.2 Система оценки достижений обучающегося по дисциплине (модулю) 11

7.3 Система оценки компетенций или их элементов, сформированных у обучающихся в ходе освоения дисциплины (модуля) 12

8 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточных аттестаций обучающихся. 12

9 Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля) 14

9.1 Основная литература. 14

9.2 Дополнительная литература. 14

9.3 Периодические издания. 14

9.4 Интернет ресурсы.. 14

9.5 Методические указания к лабораторным занятиям.. 14

9.6 Методические указания к практическим занятиям.. 14

9.7 Методические указания к курсовому проектированию и другим видам самостоятельной работы.. 15

1 Цель и задачи освоения учебной дисциплины (модуля)

Целью изучения дисциплины «Информационные и измерительные устройства в мехатронике и робототехнике» является формирование у студентов знаний о назначении и общих принципах функционирования информационных устройств и систем роботов и робототехнических комплексов, методах получения, накопления и обработки информации о внешней среде с целью управления.

Задачами изучения дисциплины являются: ознакомление студентов с общим подходом к проектированию алгоритмического и программного обеспечения информационных систем роботов; изучение принципов работы датчиков, применяемых в робототехнике; выработка практических навыков проектирования датчиков информационных устройств роботов.

2 Место учебной дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы

2.1. Учебная дисциплина «Информационные и измерительные устройства в робототехнике» относится к вариативной части В блока 1 учебного плана направления 15.03.06 «Мехатроника и робототехника». Адаптивные робототехнические системы, обладающие развитой сенсорной подсистемой в настоящее время значительно потеснили системы первого поколения, работающие по жёстко заданной программе. Изучение этой дисциплины позволит выпускникам разрабатывать информационные устройства и системы различного назначения. Полученные знания позволят глубже усваивать дисциплины связанные с реализацией методов цифровой обработки сигналов.

2.2. Для успешного освоения учебной дисциплины «Информационные и измерительные устройства в робототехнике» студенты должны обладать базовыми умениями и навыками, полученными в рамках освоения курсов «Электротехника и электроника», «Электроника и электронные устройства в робототехнике» и «Информатика».

2.3. Знания, умения и владения, сформированные при изучении данной дисциплины, необходимы для успешного прохождения преддипломной практики и выполнения выпускной квалификационной работы.

3 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю)

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВО по данному направлению подготовки:

- общепрофессиональных компетенций (ОПК):

готовностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии в своей профессиональной деятельности (ОПК-4);

- профессиональных компетенций (ПК):

способностью разрабатывать программное обеспечение, необходимое для обработки информации и управления в мехатронных и робототехнических системах, а также для их проектирования (ПК-2).

В результате изучения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

1) фундаментальные теории, заложенные в основу проектирования информационных устройств и систем (ОПК-4);

2) состав и функциональные схемы информационных устройств и систем роботов (ПК-2)

3) основные способы анализа информации и первичной обработки сигналов (ОПК-4);

Уметь:

1) применять на практике методы проектирования систем очувствления роботов (ОПК-4);

2) уметь разрабатывать схемы цифровых информационных устройств и систем (ПК-2);

Владеть:

1) опытом работы с информационными источниками, в том числе в глобальных компьютерных сетях, при разработке информационных устройств и систем (ОПК-4);

2) навыками использования нормативных правовых документов при разработке информационных устройств роботов (ПК-2)

4 Содержание и структура учебной дисциплины (модуля)

Содержание разделов учебной дисциплины (модуля)

1. Информационные устройства и систем робототехнических комплексов

1.1. Введение в дисциплину

1.2. Назначение информационных устройств и систем РТК.

1.3. Классификация информационных устройств и систем.

1.3.1. Классификация по принципу действия.

1.3.2. Классификация по дальности действия.

1.3.3. Классификация по виду рабочей информации.

1.4. Состав и функциональные схемы информационных устройств и систем.

2. Датчики информационных систем, применяемых в робототехнике

2.1. Определение датчика. Виды датчиков

2.2. Основные характеристики датчиков

2.3. Требования к датчикам

2.4. Основные виды датчиков

3. Пьезоэлектрические датчики

3.1. Явление пьезоэффекта

3.2. Параметры пьезоэлектрических датчиков

3.3. Конструкция пьезоэлектрических датчиков

4. Ёмкостные датчики

4.1. Принцип действия ёмкостных датчиков

4.2. Диэлектрическая проницаемость среды

4.3. Структурные схемы и характеристики ёмкостных датчиков

4.4. Способы включения ёмкостных датчиков

4.5. Пример использования ёмкостного датчика перемещений в системе контурного исследования объектов

4.6. Схема преобразователя «перемещение/цифровой код»

4.7. Ёмкостный датчик присутствия

5. Индуктивные датчики

5.1. Принцип действия индуктивных датчиков

5.2. Структурные схемы и характеристики индуктивных датчиков

5.3. Способы включения индуктивных датчиков

6. Разновидности тактильных датчиков

6.1. Назначение и виды тактильных датчиков

6.2. Усиковые сенсоры

6.3. Тактильные бамперы

6.4. Датчики-массивы

6.5. Искусственные кожи

6.6. Назначение и конструкция датчиков проскальзывания

7. Элементы силомоментных преобразователей

7.1. Назначение силомоментных преобразователей

7.2. Тензоэффект, тензочувствительность.

7.3. Проволочные тензорезисторы: конструкция и характеристики

7.4. Фольговые тензорезисторы: конструкция и характеристики

7.5. Полупроводниковые тензорезисторы: конструкция и характеристики

7.6. Схемы включения тензорезисторов

7.6.1. Потенциометрическая схема включения тензорезистора

7.6.2. Мостовая схема включения тензорезистора

8. Системы силомоментного очувствления

8.1. Назначение и принцип действия систем силомоментного очувствления

8.2. Элементы датчика схвата

8.3. Выделение сил и моментов

8.4. Калибровка датчика

9. Метод очувствления в дальней зоне

9.1. Назначение систем очувствления в дальней зоне.

9.2. Метод триангуляции.

9.3. Метод подсветки.

9.4. Метод измерения времени прохождения сигнала.

9.5. Ультразвуковые сенсоры.

9.6. Оптические сенсоры.

10. Фотоэлектронные преобразователи на базе электронно-лучевых трубок

10.1. Структура фотоэлектронных преобразователей на базе ЭЛТ. Формирование изображений видиконом

10.2. Основные характеристики видиконов

11. Фотоэлектронные преобразователи на базе фотодиодных матриц

11.1. Структура фотоэлектронных преобразователей на базе фотодиодных матриц

11.2. Формирование изображения фотодиодной матрицей

12. Фотоэлектронные преобразователи на базе приборов с зарядовой связью

12.1. Структура фотоэлектронных преобразователей на базе линейных ФПЗС

12.2. Формирование изображения ФПЗС

12.3. Основные характеристики приборов с зарядовой связью

12.3.1. Область спектральной чувствительности

12.3.2. Плотность темнового тока

12.3.3. Разрешающая способность

12.3.4. Динамический диапазон

12.4. Матричные ФПЗС

12.5. Цветные ФПЗС

13. Системы технического зрения

13.1. Назначение и классификация систем технического зрения.

13.2. Структура системы технического зрения.

13.3. Способы анализа информации системами технического зрения.

13.4. Цифровые модели изображений.

13.5. Способы кодирования цвета в цифровых изображениях.

14. Первичная обработка информации в системах технического зрения

14.1. Коррекция средней яркости изображения.

14.2. Линейное контрастирование изображения.

15. Выравнивание гистограммы яркостей изображения

15.1. Статистические характеристики изображения и их связь с качеством визуального восприятия

15.2. Выравнивание плотности распределения яркостей: непрерывный случай.

15.3. Практические алгоритмы выравнивания гистограмм.

16. Фильтрация изображений

16.1. Шумы в изображениях

16.2. Общая идея фильтрации сигнала

16.3. Линейные и нелинейные фильтры. Медианная фильтрация

17. Определение границ объектов на изображении

17.1. Определение границ методами пространственного дифференцирования яркости

17.2. Фильтры Роббертса и Собела

17.3. Лапласиан

17.4. Преобразование Хафа (Хоуга)

18. Организация микропроцессорной системы (МПС) обработки данных

18.1. Варианты архитектуры вычислительной подсистемы.

18.2. Структура типовой SISD-МПС.

18.3. Способы сопряжения МПС с внешними устройствами

18.4. Современные специализированные процессоры цифровой обработки сигналов.

19. Алгоритмическое и программное обеспечение информационных систем роботов и РТС

19.1. Программное обеспечение систем управления адаптивных роботов.

19.2. Основные функции программного обеспечения.

20. Связь сенсорной системы с системой управления. Сопряжение МПС с аналоговыми датчиками

20.1. Назначение и классификация цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

20.2. Типовые структуры АЦП.

20.2.1. АЦП с прямым измерительным преобразованием.

20.2.2. АЦП с развертывающимся измерительным преобразованием.

20.2.3. АЦП последовательного приближения.

20.2.4. АЦП с поразрядным уравновешиванием.

20.2.5. АЦП считывания.

20.3. Выбор рациональной разрядности преобразователя.

21. Архитектура адаптивной робототехнической системы

21.1. Понятие адаптивной робототехнической системы.

21.2. Функциональная схема системы сенсорного (очувствленного) управления роботов.

21.3. Системы адаптивного управления.

21.4. Адаптивное управление отдельным приводом.

21.5. Адаптивное управление манипулятором.

Семестр

Самостоятельная работа

Вид промежу-точной

Аттестации

Виды занятий

Итого

Выполнение

Курсовых заданий

Другие

Виды

СРС

№

З.Е.

Лекцион - ные

Практи-ческие (клиничес - кие)

Лаборатор - ные

и ндивиду- альные

КП (КР)

ККР (ГР, …)

Очная форма обучения

—

Диф. зачет (36 часов)

Итого

—

Итого

Всего

Лабораторные работы

№ ЛР	№№ разделов дисциплины (модуля)	Наименование лабораторных работ	Кол-во академических часов
*Очная форма обучения*
Пятый семестр
1	13	Представление изображений в системах технического зрения	1
2	14	Моделирование аддитивных и импульсных шумов в изображениях	4
3	15	Исследование методов выравнивания гистограмм яркости	4
4	16	Исследование простейших линейных и нелинейных фильтров в задачах обработки сенсорных сигналов	4
5	17	Исследование методов выделения контуров объектов в изображениях	4
Итого			17
Всего			17

Итого

Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Семестр №5

Курсовая работа по курсу «Информационные устройства и системы в робототехнике» на тему: «Очувствление робота с использованием датчиков различных типов» предназначена для выработки у студентов умений и навыков применения основных теоретических положений курса в практической работе по разработке информационных устройств и систем.

В процессе выполнения курсовой работы студент должен научиться

синтезировать структурную и функциональную схемы датчиков, обеспечивающих очувствление робота;

разработать способ размещения и конструкцию датчика;

выполнить расчёт и проектирование электрической принципиальной схемы устройства.

Задание на курсовую работу является индивидуальным, и представлено в таблице. Пояснительная записка оформляется на 10-15 листах формата А4, с использованием ЭВМ.

№ вар-та	Принцип	Изменяемый параметр	Тип
1	ёмкостный	площадь перекрытия пластин
2	ёмкостный	площадь перекрытия пластин	дифференциальный
3	ёмкостный	ширина зазора
4	ёмкостный	ширина зазора	дифференциальный
5	ёмкостный	диэлектрическая проницаемость
6	индуктивный	величина магнитного зазора магнитопровода
7	индуктивный	величина магнитного зазора магнитопровода	дифференциальный
8	индуктивный	площадь сечения сердечника
9	индуктивный	магнитная проницаемость	соленоидный
10	индуктивный	магнитная проницаемость	соленоидный, дифференциального типа

По области применения (самостоятельный выбор) можно разрабатывать датчики момента, перемещения, силы, положения и т.п.

5 Образовательные технологии

Для наиболее эффективной реализации компетентностного подхода целесообразно предусматривать широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий (компьютерных симуляций, деловых и ролевых игр, разбор конкретных ситуаций, психологические и иные тренинги) в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.

Компьютерная симуляция - это компьютерная игра, в которой моделируются процессы, максимально приближенные к условиям конкретной коммуникативной ситуации (как повседневного, так и профессионального общения). Это тренажер, который помогает участникам игры в безопасной среде систематизировать имеющиеся знания, умения и навыки и отработать их на практике. Эта форма обучения предоставляет возможность быстрого «погружения» в ситуацию, получения коммуникативного опыта и опыта принятия решений с разных позиций, развития умения видеть и учитывать не одну причинно-следственную связь, а систему взаимосвязанных факторов, влияющих на результат.

Разбор конкретных ситуаций (метод кейс-стади) - это интерактивный метод организации обучения на основе описания и решения конкретных проблемных ситуаций (от английского «case» - случай). Студентам предлагают осмыслить реальную жизненную ситуацию, описание которой одновременно отражает не только какую-либо практическую проблему, но и актуализирует определенный комплекс знаний, который необходимо усвоить при разрешении данной проблемы. При этом сама проблема не имеет однозначных решений. Этот метод дает возможность проявить инициативу, почувствовать самостоятельность в освоении теоретических положений и овладении практическими навыками. Не менее важно и то, что анализ ситуаций довольно сильно воздействует на профессионализацию студентов, способствует их взрослению, формирует интерес и позитивную мотивацию к учебе.

Мозговой штурм - это один из наиболее эффективных методов стимулирования творческой активности. Позволяет найти решение сложных проблем путем применения специальных правил: сначала участникам предлагается высказывать как можно больше вариантов и идей, в том числе самых фантастических. Затем из общего числа высказанных идей отбирают наиболее удачные, которые могут быть использованы на практике.

Помимо этого для формирования профессиональных и общекультурных компетенций предусмотрены встречи с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций, мастер-классы экспертов, специалистов.

Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных занятиях

Семестр	Вид занятия (Л, ПР, ЛР)	Используемые интерактивные образовательные технологии	Количество часов

Очная форма обучения

Л Мозговой штурм на тему «Выбор рационального способа очувствления робота заданного назначения» 4 ЛР Компьютерная симуляция – применение алгоритмов локальной фильтрации в задачах предварительной обработки сенсорной информации 4 ЛР Разбор конкретных ситуаций – применение методов выделения контуров объектов в задаче анализа изображений 4

Итого:

6 Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий

- для проведения лекционных занятий по дисциплине требуется аудитория оснащенная видеопроектором, настенным экраном;

- для проведения лабораторных работ требуется компьютерный класс.

Требования к оборудованию рабочих мест преподавателя и обучающихся

- Рабочее место преподавателя должно быть оснащено видеопроектором, ноутбуком;

- Компьютерный класс должен быть оснащен офисными программами, содержащими текстовые редакторы, электронные таблицы, средства создания презентаций и т.д.

Требования к специализированному оборудованию

- специальные требования отсутствуют.

Требования к программному обеспечению учебного процесса

- свободно распространяемый компилятор языка Pascal (ABC-Pascal);

- свободно распространяемый текстовый процессор Writer (Open Office);

- свободно распространяемая программа создания презентаций Impress (Open Office).

7 Порядок проведения текущего контроля и промежуточных аттестаций. Шкалы оценок

По дисциплине предусмотрен текущий контроль успеваемости, по результатам которого обучающийся может получить не более 60 баллов и промежуточная аттестация, на которой он может получить не более 40 баллов, при условии наличия баллов (см. п.7.2) по текущему контролю успеваемости.

Студент, не проходивший межсессионного контроля, или набравший на нём не более 30 баллов, или отказавшийся письменно от результатов текущей аттестации, сдаёт экзамен по всей программе в назначенный расписанием день по 100 – балльному билету.

Допуск к зачёту или экзамену (простановка зачёта или экзаменационной оценки, если студент получил на это право по результатам текущего контроля успеваемости) производится после выполнения всех предусмотренных учебным планом и настоящей программой работ.

Студент, не сдавший хотя бы одну лабораторную работу и(или) курсовую работу, до экзамена или зачета не допускается.

7.1 Шкала академических оценок освоения дисциплины (модуля)

Виды оценок

Оценки

Академическая оценка по 100-балльной шкале (экзамен, дифференцированный зачет, зачет) 0…39 40…60 61…80 81…100 Академическая оценка по 4-балльной шкале (экзамен, дифференцированный зачет) Неудовлетворительно Удовлетворительно Хорошо Отлично Академическая оценка по 2-балльной шкале (зачет) Не зачтено

Зачтено

Пятый семестр

1 Посещение лекционных занятий Лекция №1-1 7 10

Выполнение и защита лабораторных работ

Лабораторная работа №1 2 Лабораторная работа №2 2 Лабораторная работа №3 2 Лабораторная работа №4 2 Лабораторная работа №5 2 3 Самостоятельная работа студента Подготовка реферата и собеседование 20 4 Контрольные мероприятия Тестирование 20 5 Промежуточная аттестация Дифференцированный зачёт 40 (100**) 6 Выполнение КР Защита КР 100

* Максимальная сумма баллов по пунктам 1-4 таблицы должна равняться 60

** В случае отказа обучающегося от результатов текущих аттестаций

Примеры оценочных средств для текущего контроля успеваемости

1. Для упорядоченной производственной среды характерны:

а) предварительная ориентация объектов манипулирования

б) неопределённое начальное положение объектов манипулирования;

в) отсутствие непредвиденных препятствий в рабочей зоне робота;

г) невозможность полного программирования всех операции, заранее с учетом всех подробностей

2. Сенсорные системы, предназначенные для оценки геометрических и физико-химических характеристик объекта, относятся к системам, работающим:

а) в сверхближней зоне

б) в ближней зоне

в) в дальней зоне

г) в сверхдальней зоне

3. Поиск и распознавание объектов, с которыми ведётся работа, реализуются информационными системами:

а) исполнительного уровня

б) тактического уровня

в) стратегического уровня

4. Задача планирования движений манипулятора решается информационными системами

а) исполнительного уровня

б) тактического уровня

в) стратегического уровня

5. Устройство, обеспечивающее функциональное преобразование одной физической величины в изменение другой, участвующей в некотором информационном процессе, называется:

а) генератором

б) датчиком

в) аналого-цифровым преобразователем

6. Зависимость выходного сигнала датчика y от входной величины x в установившемся режиме называется:

а) статической характеристикой

б) динамической характеристикой

в) чувствительностью

г) переходной характеристикой

7. Выберите правильные утверждения относительно датчика, показанного на рисунке:

а) является ёмкостным дифференциальным датчиком с переменным зазором

б) ёмкости левого и правого конденсаторов меняются разнонаправленно при перемещении центрального электрода

в) ёмкость левого конденсатора остаётся постоянной при перемещении центрального электрода

г) является ёмкостным датчиком с переменной диэлектрической проницаемостью

Примеры оценочных средств для промежуточных аттестаций

1. Основные характеристики датчиков. Требования к датчикам. Основные виды датчиков

2. Пьезоэлектрические датчики. Явление пьезоэффекта

3. Параметры пьезоэлектрических датчиков. Конструкция пьезоэлектрических датчиков

4. Принцип действия ёмкостных датчиков. Структурные схемы и характеристики ёмкостных датчиков

5. Способы включения ёмкостных датчиков. Пример использования ёмкостного датчика перемещений в системе контурного исследования объектов

6. Ёмкостный датчик присутствия

9 Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)

9.1 Основная литература

1. Воротников С.А. Информационные устройства робототехнических систем: учеб. пособ. для вузов / С.А. Воротников. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 384 с.: ил. — ISBN 5-7038-2207-6 13 экз.

2. Ларкин Е.В. Проектирование информационных систем роботов с использованием сетей Петри-Маркова: учеб. пособие / Е.В. Ларкин, Н.А. Котова; под ред. В.В. Котова; ТулГУ. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. – 158 с. : ил. — ISBN 978-5-7679-1278-0 13 экз.

9.2 Дополнительная литература

1. Джексон Р.Г. Новейшие датчики : монография / Р.Г. Джексон. — 2-е изд., доп. — М.: Техносфера, 2008. — 400 с. — ISBN 978-5-94836-168-0 4 экз.

2. Шарапов В.М. Пьезоэлектрические датчики / В.М. Шарапов, М.П. Мусиенко, Е.В. Шарапова — М.: Техносфера, 2006. — 632 с. — ISBN 5-94836-100-4 6 экз.

3. Фрайден Дж. Современные датчики : справочник / Дж. Фрайден. — М.: Техносфера, 2006. — 592 с. — ISBN 5-94836-050-4 7 экз.

9.3 Периодические издания

1. Информационные технологии : теоретический и прикладной научно-технический журнал .— 2013- .— М. : Новые технологии, 2013 - .— ISSN 1684-6400.

2. Информационные технологии и вычислительные системы : [журнал] / учредитель РАН, Ин-т системного анализа.—М., 2013-. Основан в 1995 г. – Выходит ежеквартально. – ISSN 2071-8632

Интернет ресурсы

1. Электронный читальный зал “БИБЛИОТЕХ” : учебники авторов ТулГУ по всем дисциплинам.- Режим доступа: https://tsutula.bibliotech.ru/, по паролю.- Загл. С экрана

2. ЭБС IPRBooks универсальная базовая коллекция изданий.-Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/, по паролю.- .- Загл. с экрана

3. Научная Электронная Библиотека e L ibrary – библиотека электронной периодики, режим доступа: http://elibrary.ru/ , по паролю.- Загл. с экрана.

4. НЭБ КиберЛенинка научная электронная библиотека открытого доступа, режим доступа http://cyberleninka.ru/ ,свободный.- Загл. с экрана.

5. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http: //window.edu.ru. - Загл. с экрана.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Политехнический

Кафедра робототехники и автоматизации производства

Утверждаю: Зав. кафедрой РТиАП _________________ Е.В. Ларкин «___»____________ 2015 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

учебной дисциплины (модуля)

«ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
В МЕХАТРОНИКЕ И РОБОТОТЕХНИКЕ»

Уровень профессионального образования: высшее образование — академический бакалавриат

Направление подготовки: 15.03.06 Мехатроника и робототехника

Профиль подготовки: Промышленная и специальная робототехника

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула 2015 г.

ЛИСТ

согласования рабочей программы дисциплины (модуля)

Разработчик(и) рабочей программы дисциплины (модуля) ____________________________.

^{личная подпись(и)}

СОДЕРЖАНИЕ

1 Цель и задачи освоения учебной дисциплины (модуля) 4

2 Место учебной дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы.. 4

3 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю) 4

4 Содержание и структура учебной дисциплины (модуля) 5

4.1 Содержание разделов учебной дисциплины (модуля) 5

4.2 Распределение часов по семестрам и видам занятий. 7

4.3 Темы, выносимые на лекционные занятия. 7

4.4 Лабораторные работы.. 8

4.5 Практические занятия (семинары) 8

4.6 Самостоятельная работа студента. 8

5 Образовательные технологии. 9

6 Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) 10

6.1 Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий. 10

6.2 Требования к оборудованию рабочих мест преподавателя и обучающихся. 11

6.3 Требования к специализированному оборудованию.. 11

6.4 Требования к программному обеспечению учебного процесса. 11

7 Порядок проведения текущего контроля и промежуточных аттестаций. Шкалы оценок. 11

7.1 Шкала академических оценок освоения дисциплины (модуля) 11

7.2 Система оценки достижений обучающегося по дисциплине (модулю) 11

8 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточных аттестаций обучающихся. 12

9 Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля) 14

9.1 Основная литература. 14

9.2 Дополнительная литература. 14

9.3 Периодические издания. 14

9.4 Интернет ресурсы.. 14

9.5 Методические указания к лабораторным занятиям.. 14

9.6 Методические указания к практическим занятиям.. 14

9.7 Методические указания к курсовому проектированию и другим видам самостоятельной работы.. 15

1 Цель и задачи освоения учебной дисциплины (модуля)

2 Место учебной дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы

3 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю)

- общепрофессиональных компетенций (ОПК):

- профессиональных компетенций (ПК):

В результате изучения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

1) фундаментальные теории, заложенные в основу проектирования информационных устройств и систем (ОПК-4);

2) состав и функциональные схемы информационных устройств и систем роботов (ПК-2)

3) основные способы анализа информации и первичной обработки сигналов (ОПК-4);

Уметь:

1) применять на практике методы проектирования систем очувствления роботов (ОПК-4);

2) уметь разрабатывать схемы цифровых информационных устройств и систем (ПК-2);

Владеть:

4 Содержание и структура учебной дисциплины (модуля)

Содержание разделов учебной дисциплины (модуля)

1. Информационные устройства и систем робототехнических комплексов

1.1. Введение в дисциплину

1.2. Назначение информационных устройств и систем РТК.

1.3. Классификация информационных устройств и систем.

1.3.1. Классификация по принципу действия.

1.3.2. Классификация по дальности действия.

1.3.3. Классификация по виду рабочей информации.

1.4. Состав и функциональные схемы информационных устройств и систем.

2. Датчики информационных систем, применяемых в робототехнике

2.1. Определение датчика. Виды датчиков

2.2. Основные характеристики датчиков

2.3. Требования к датчикам

2.4. Основные виды датчиков

3. Пьезоэлектрические датчики

3.1. Явление пьезоэффекта

3.2. Параметры пьезоэлектрических датчиков

3.3. Конструкция пьезоэлектрических датчиков

4. Ёмкостные датчики

4.1. Принцип действия ёмкостных датчиков

4.2. Диэлектрическая проницаемость среды

4.3. Структурные схемы и характеристики ёмкостных датчиков

4.4. Способы включения ёмкостных датчиков

4.5. Пример использования ёмкостного датчика перемещений в системе контурного исследования объектов

4.6. Схема преобразователя «перемещение/цифровой код»

4.7. Ёмкостный датчик присутствия

5. Индуктивные датчики

5.1. Принцип действия индуктивных датчиков

5.2. Структурные схемы и характеристики индуктивных датчиков

5.3. Способы включения индуктивных датчиков

6. Разновидности тактильных датчиков

6.1. Назначение и виды тактильных датчиков

6.2. Усиковые сенсоры

6.3. Тактильные бамперы

6.4. Датчики-массивы

6.5. Искусственные кожи

6.6. Назначение и конструкция датчиков проскальзывания

7. Элементы силомоментных преобразователей

7.1. Назначение силомоментных преобразователей

7.2. Тензоэффект, тензочувствительность.

7.3. Проволочные тензорезисторы: конструкция и характеристики

7.4. Фольговые тензорезисторы: конструкция и характеристики

7.5. Полупроводниковые тензорезисторы: конструкция и характеристики

7.6. Схемы включения тензорезисторов

7.6.1. Потенциометрическая схема включения тензорезистора

7.6.2. Мостовая схема включения тензорезистора

8. Системы силомоментного очувствления

8.1. Назначение и принцип действия систем силомоментного очувствления

8.2. Элементы датчика схвата

8.3. Выделение сил и моментов

8.4. Калибровка датчика

9. Метод очувствления в дальней зоне

9.1. Назначение систем очувствления в дальней зоне.

9.2. Метод триангуляции.

9.3. Метод подсветки.

9.4. Метод измерения времени прохождения сигнала.

9.5. Ультразвуковые сенсоры.

9.6. Оптические сенсоры.

10. Фотоэлектронные преобразователи на базе электронно-лучевых трубок

10.1. Структура фотоэлектронных преобразователей на базе ЭЛТ. Формирование изображений видиконом

10.2. Основные характеристики видиконов

11. Фотоэлектронные преобразователи на базе фотодиодных матриц

11.1. Структура фотоэлектронных преобразователей на базе фотодиодных матриц

11.2. Формирование изображения фотодиодной матрицей

12. Фотоэлектронные преобразователи на базе приборов с зарядовой связью

12.1. Структура фотоэлектронных преобразователей на базе линейных ФПЗС

12.2. Формирование изображения ФПЗС

12.3. Основные характеристики приборов с зарядовой связью

12.3.1. Область спектральной чувствительности

12.3.2. Плотность темнового тока

12.3.3. Разрешающая способность

12.3.4. Динамический диапазон

12.4. Матричные ФПЗС

12.5. Цветные ФПЗС

13. Системы технического зрения

13.1. Назначение и классификация систем технического зрения.

13.2. Структура системы технического зрения.

13.3. Способы анализа информации системами технического зрения.

13.4. Цифровые модели изображений.

13.5. Способы кодирования цвета в цифровых изображениях.

14. Первичная обработка информации в системах технического зрения

14.1. Коррекция средней яркости изображения.

14.2. Линейное контрастирование изображения.

15. Выравнивание гистограммы яркостей изображения

15.1. Статистические характеристики изображения и их связь с качеством визуального восприятия

15.2. Выравнивание плотности распределения яркостей: непрерывный случай.

15.3. Практические алгоритмы выравнивания гистограмм.

16. Фильтрация изображений

16.1. Шумы в изображениях

16.2. Общая идея фильтрации сигнала

16.3. Линейные и нелинейные фильтры. Медианная фильтрация

17. Определение границ объектов на изображении

17.1. Определение границ методами пространственного дифференцирования яркости

17.2. Фильтры Роббертса и Собела

17.3. Лапласиан

17.4. Преобразование Хафа (Хоуга)

18. Организация микропроцессорной системы (МПС) обработки данных

18.1. Варианты архитектуры вычислительной подсистемы.

18.2. Структура типовой SISD-МПС.

18.3. Способы сопряжения МПС с внешними устройствами

18.4. Современные специализированные процессоры цифровой обработки сигналов.

19. Алгоритмическое и программное обеспечение информационных систем роботов и РТС

19.1. Программное обеспечение систем управления адаптивных роботов.

19.2. Основные функции программного обеспечения.

20. Связь сенсорной системы с системой управления. Сопряжение МПС с аналоговыми датчиками

20.1. Назначение и классификация цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

20.2. Типовые структуры АЦП.

20.2.1. АЦП с прямым измерительным преобразованием.

20.2.2. АЦП с развертывающимся измерительным преобразованием.

20.2.3. АЦП последовательного приближения.

20.2.4. АЦП с поразрядным уравновешиванием.

20.2.5. АЦП считывания.

20.3. Выбор рациональной разрядности преобразователя.

21. Архитектура адаптивной робототехнической системы

21.1. Понятие адаптивной робототехнической системы.

21.2. Функциональная схема системы сенсорного (очувствленного) управления роботов.

21.3. Системы адаптивного управления.

21.4. Адаптивное управление отдельным приводом.

21.5. Адаптивное управление манипулятором.

12 3 Следующая ⇒