Формування компетентностей студентів-механіків в галузі робототехніки

Abstract

Актуальність проблеми полягає у невідповідності широкого впровадження робототехніки в промисловому виробництві, транспорті, наукових дослідженнях і підготовки інженерів-механіків, які б могли розробляти нові та вдосконалювати наявні робототехнічні системи. Метою дослідження є обґрунтування необхідності та шляхів формування компетентностей студентів-механіків в галузі проектування, експлуатації та модернізації роботів та маніпуляторів. Методи дослідження: теоретичний (аналіз навчальної та наукової літератури з теорії механізмів і машин); експериментальний (аналіз компетентностей студентів-механіків в галузі робототехніки). Результати дослідження: розглянуто вивчення розділу «Роботи та маніпулятори» студентами спеціальностей «Прикладна механіка» та «Галузеве машинобудування». Зазначено область застосування роботів та маніпуляторів, перспективи розширення їх впровадження на сучасних підприємствах. Запропоновано зміст основних тем даного розділу та кількість годин на кожну тему для аудиторного та самостійного вивчення. Зокрема, виділено три основних частини: дослідження та проектування роботів (синтез, кінематичний і силовий аналіз, точність механізмів), використання роботів (ливарне та складальне виробництво, зварювання, фарбування) та практичні питання з їх експлуатації та обслуговування (надійність, безпека). Інформація, яка отримується в процесі експлуатації роботів, представляє собою зворотній зв’язок, необхідний для їх подальшої модернізації.

Актуальность проблемы состоит в несоответствии широкого внедрения робототехники в промыш- ленном производстве, транспорте, научных исследованиях и подготовки инженеров-механиков, которые б могли разрабатывать новые и совершенствовать существующие робототехнические системы. Цель исследования: обо- снование необходимости и путей формирования компетентностей студентов-механиков в отрасли проектирования, експлуатации и модернизации роботов и манипуляторов. Методы исследования: теоретический (анализ учебной и научной литературы по теории механизмов и машин); экспериментальный (анализ компетентностей студентов-ме- хаников в отрасли робототехники). Результаты исследования. Рассмотрена изучение раздела «Роботы и манипуля- торы» в учебной дисциплине «Теория механизмов и машин» студентами специальностей «Прикладная механика» и «Отраслевое машиностроение». Указана область применения роботов и манипуляторов, перспективы расширения их внедрения на современных производствах. Предложено содержание основных тем данного раздела и количество часов на каждую тему для аудиторного и самостоятельного изучения. В частности, выделены три основных части: исследование и проектирование роботов (синтез, кинематический и силовой анализ, точность механизмов), приме- нение роботов (литейное и сборочное производство, сварка покраска) и практические вопросы по их эксплуатации и обслуживанию (надежность, безопасность). Информация об эксплуатации и обслуживании роботов представляет собой обратную связь, необходимую для дальнейшей их модернизации.

One of the main trends of modern industrial production is the increasingly widespread introduction of robots and manipulators into various technological processes for the purpose of partial or complete replacement of human labor. First and foremost, this relates to the harmful human activities where there is air pollution, high temperature, radiation, heavy physical labor, actions requiring, for example, high precision, or if there are multiple monotonous operations. Typically, the disciplines dedicated to robots and manipulators are essential for the students – future specialists in automation of production. But, taking into consideration the high rates of usage of robots in many industries, the rapid growth of their nomenclature and capabilities, as well as the fact that a robot is, first of all, a mechanical system designed to perform mechanical movements, their study should also take place for the students of non-robot technology specialties (Applied Mechanics, Industry Mechanical Engineering, etc.). Obviously, the study of robots and manipulators is closely linked with the discipline "Theory of Mechanisms and Machines", since it is necessary to consider, in the first place, the same issues of synthesis and analysis (structural, kinematic, force), accuracy and equilibrium of the mechanisms. Due to the limited number of classroom hours, the question arises as to the choice and justification of both the topics and the time to study each topic. The purpose of the research is to substantiate the necessity and ways of forming the competences of students of mechanics in the design, operation and upgrading of robots and manipulators. The methods of the research: theoretical (analysis of educational and scientific literature on the theory of mechanisms and machines) and experimental (analysis of competencies of students of mechanics in the field of robotics). In this work it is proposed to include the following topics: robot synthesis, their kinematic and dynamic analysis, peculiarities of robot design, as well as issues related to the direct operation of robots: their accuracy, reliability, safety, balancing and the peculiarities of the use of robots in various fields. We suppose, first of all, it is necessary to pay attention to the issues of kinematic and power analysis, since, regardless of what functions this or that robot performs, there are always requirements as for the trajectories of the movements of the links, the speeds and accelerations of the individual points of the units, the forces acting on links in the places of their connections (in kinematic pairs). Despite the fact that in the course of "Theory of Mechanisms and Machines" the study of the issues of kinematic and power analysis is obligatory, robots and manipulators have features related, primarily, to the fact that the number of degrees of their freedom, as a rule, always more than one unit, unlike most plane mechanisms.