Что такое мехатроника и робототехника

Кто такой инженер-мехатроник?

Инженер-мехатроник – специалист, создающий программы, обеспечивающие управление и контроль за различными механизмами, которое осуществляется с помощью компьютера и микросхем, встроенных в механические приборы. В случае остановки автоматизированных систем представитель этой профессии должен уметь находить неисправности и устранять их. Мехатроники также занимаются проектированием и сборкой автоматизированных систем.

Подчеркнем, что специальность инженер-мехатроник требует обширных знаний и умений:

• Знание механики, автоматики, электричества, информатики;
• Умение составлять схемы и читать их, знать основные узлы и принцип их работы;
• Знание рабочих инструментов, измерительного оборудования, принципов их работы, владение навыками их использования и обслуживания;
• Знание прикладных программ обеспечения и уверенное владение знаниями технической документации.

В обязанности инженера-мехатроника входит:

• Осуществление эксплуатации автоматизированных систем;
• Сборка/демонтаж, переустановка и запуск оборудования;
• Ремонт, наладка, профилактика автоматизированных модулей, систем и комплексов.

Кроме основных обязанностей инженер-мехатроник должен осуществлять руководство вверенным ему коллективом и проводить инструктаж по технике безопасности. Специалист по мехатронике должен постоянно повышать свой профессиональный уровень, поскольку непрерывное развитие технологий требует быть постоянно в курсе появления новых, более современных программ.

Где обучаться:

• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Москвы
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Санкт-Петербурга
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Ростова-на-Дону
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Челябинска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Самары
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Перми
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Красноярска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Новосибирска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Екатеринбурга
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Воронежа
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Астрахани
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Иркутска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Липецка
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Пензы
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Новокузнецка
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Рязани
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Кургана
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Королева
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Йошкар-Олы
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Калининграда
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Магнитогорска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Новочеркасска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Белгорода
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Раменского
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Комсомольска-на-Амуре
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Орла
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Стерлитамака
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Нижнего Тагила
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Тулы
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Балаково
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Владимира
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Альметьевска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Великого Новгорода
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Зеленодольска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Озерска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Омск-24
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Юргы
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Юбилейного
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Чапаевска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Светлого
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Вознесенской
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Гусь-Хрустального
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Петровска
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Выксы
• Мехатроника и мобильная робототехника в колледжах Тобольска

Кем можно работать, получив образование в мехатронике и робототехнике

Прежде чем рассматривать конкретные профессии, которые существуют для специалистов в мехатронике и робототехнике, следует понимать, какие задачи смогут решать выпускники, получившие данное образование. Так, имея знания в рассматриваемой сфере, специалист может выполнять следующие функции на предприятии:

• Создание оборудования и станков для обеспечения механизации производственных процессов.
• Разработка техники различного назначения, в том числе и военной.
• Исследование возможностей по улучшению уже имеющихся в использовании механизмов и роботов.
• Работа над отдельными мехатронными системами, например — отдельными узлами автомобилей.
• Разработка микроскопических роботов и электронных изделий.
• Обслуживание и ремонт техники.
• Написание программного обеспечения для робототехники.
• Обучение робототехнике и мехатронике в рамках ВУЗов, школ и иных учреждений.
• Составление документации об использовании техники.
• Ведение научно-исследовательской и конструкторской деятельности.

Соответственно, перечень возможных профессий и конкретных специализаций, по которым могут работать специалисты в мехатронике и робототехнике — крайне широк. Например, к таким направлениям деятельности можно отнести следующие профессии:

• Инженер-электроник. Специалисты в этой профессии занимаются широким спектром работ, связанных с созданием электроники. Наличие образования по мехатронике позволяет в полной мере устраиваться на работу в любой сфере, где требуется работа с электроникой в целом.
• Инженер-электротехник. Учитывая сопряженность электроники и электротехники, получение образования в сфере мехатроники и робототехники дает возможность стать полноценным инженером-электротехником, в том числе и без получения дополнительных навыков, работая в самых разнообразных сферах.
• Программист. Все робототехники таки или иначе изучают программирование, так как наличие этих знаний является крайне важным для современной мехатроники в целом. А значит — получают хорошую базу для трудоустройства в различных сферах, где требуется знание основ и принципов программирования.
• Робототехник. К сожалению, специалисты в этой профессии сейчас не настолько востребованы, как в других, и поэтому по прямому профилю в своей специальности найти работу могут немногие выпускники. В то же время именно по этому направлению деятельности можно рассчитывать на наибольший размер оплаты труда и самые интересные перспективы.
• Конструктор. Работа конструктора во многом подразумевает значительное количество творчества и генерации новых идей, равно как и сочетание их с педантичностью для проведения точных расчетов. Это достаточно интересная профессия, однако ее востребованность не слишком высока.
• Педагог. Как специалист с высшим образованием, человек, получивший знания в сфере мехатроники и робототехники может стать преподавателем в ВУЗе, руководителем школьного кружка или каких-либо иных обучающих курсов.
• Кибернетик. Специалисты по кибернетике изучают в первую очередь теоретические направления взаимодействия человека и техники, а также работу с передачей и обработкой информации в технических и социальных системах
• Сервисный инженер. Любая техника нуждается в регулярном обслуживании и устранении неисправностей, и специалисты в мехатронике ценятся в том числе и в качестве сотрудников, которые обеспечивают безопасность, ремонт и обслуживание используемых роботов и иных средств автоматизации на производстве.

Как стать мехатроником

Мехатроником можно стать различными способами: или через профессиональное обучение, или через обучение в институте или университете. С 1998 года профессию мехатроника можно освоить за 42 месяца путем получения теоретических знаний и практических занятий на промышленных предприятиях и в сфере обслуживания. Наряду с этим в настоящее время несколько десятков немецких вузов предлагают освоить профессию дипломированного инженера, или бакалавра/мастера по мехатронике подобно МВА. Некоторые университеты также предлагают построить дальнейшее обучение с получением высшего образования по мехатронике на основе уже полученных знаний на предприятии в режиме дуального обучения.

Лабораторая роботизации, моделирования
и программирования роботов

Какую возможность вы решите использовать, решать вам. Правда, при выборе следует учитывать некоторые факторы. Наряду с высокими окладами окончание университета дает вам преимущество и возможность работать в науке и заниматься научными исследованиями и разработками

Это очень важно, так как возможность профессионального и карьерного роста без высшего образования очень ограничена

Кто захочет объединить преимущество собственного практического опыта с преимуществами высшего образования, может принять решение и пройти сначала дуальное обучение в Германии. Затем, будучи уже опытным специалистом с квалификацией, поступить мастером в высшее учебное заведение и стать незаменимым профессионалом, а в перспективе – ученым. Что касается дуального обучения на начальной фазе вашей жизни, то это – интегральное обучение и интенсивная практическая работа, например, на СТОА. Завершить образование можно, получив степень бакалавра или статус «Мастер Инжиниринг» в университете, техническом вузе или в институте другого профиля.

Лаборатория визуализации и видеодокументирования проектов
роботизации и 3D-моделирования. Здесь же проводятся
обучения взрослых андрагогике. Кстати, это одна из тем,
которой Александр Леонидович Шмайлов занимается уже
более 10 лет

Луиза, МГУ им. М. В. Ломоносова (филиал в Ташкенте)

Я поступила в филиал МГУ на факультет прикладной математики и информатики, чтобы научиться программировать. На деле оказалось, что здесь в основном преподают математику. Много предметов, начиная от мат анализа и линейной алгебры и заканчивая уравнениями математической физики. Но программирование проходим и сейчас изучаем C++, до этого изучали C, получили представления об Ассемблере и веб-разработке. Нагрузка в вузе огромная, при этом качество образования могло бы быть лучше. Не хватает времени на изучение чего-либо стороннего, тем не менее, я продолжу заниматься робототехникой.

Чем занимается мехатроника

Первоначальная задача мехатроники — сконструировать механизм, который приводится в движение с помощью электричества и управляется программно. Со временем перед специалистами вставали новые проблемы, для решения которых приходилось искать ответы в других областях науки. Теперь сложные мехатронные системы должны не просто двигаться, подчиняясь командам компьютера, но и собирать и анализировать внешние данные, делать соответствующие выводы и менять свое поведение, используя встроенные алгоритмы.

системы мехатроники

Обязательно предусматривается возможность взаимодействия с оператором. Все компоненты такой системы связаны воедино, обмениваются информацией и энергией. Но соединить разнородные детали и снабдить их источником питания недостаточно: мехатронная система должна обладать новыми особенностями, не характерными для ее звеньев, чтобы эффективно функционировать.

Автоматы, способные передвигаться и реагировать на внешнюю среду, обладающие зачатками искусственного интеллекта, заставляют вспомнить и о роботах. В самом деле, робототехника — одно из направлений мехатроники. Поэтому современная мехатроника и робототехника изучаются в комплексе, чтобы будущие специалисты реализовали свои таланты в разных отраслях, занимались как сугубо теоретическими задачами, так и решали производственные вопросы.

Эти ветви знания с каждым днем все сильнее влияют на нашу повседневную жизнь. Сферы их применения не ограничиваются промышленностью, военными операциями, космическими исследованиями, работой с опасными веществами и представлениями с участием андроидов и зооморфных роботов.

зооморфный робот

Компьютеры, стиральные машины и другая бытовая техника, кресла для инвалидов, офисное оборудование, автопилот и система автоматической парковки в машине, тренажеры-симуляторы для медиков, пилотов и водителей — в создании и совершенствовании этих приспособлений проявили себя профессионалы от роботостроения и мехатроники.

Преимущества профессии инженер-мехатроник

Профессия открывает перед специалистами большие перспективы. В первую очередь, это касается возможности работать на технологических предприятиях по многим направлениям. Инженер-мехатроник может утроиться на должность робототехника или кибернетика, конструктора или инженера, специалиста в сфере IT-технологий или системного программиста, и в зависимости от масштабов предприятия и квалификации стремительно продвигаться по карьерной лестнице.

Пожалуй, к самым большим преимуществам профессии относится материальное вознаграждение. Сотрудники исследовательских центров, а также специалисты, работающие в военной и космической сфере, получают достаточно высокие гонорары. В целом же диапазон зарплат инженеров-мехатроников колеблется в пределах от 30 тысяч рублей до 300-400 тысяч. При желании специалисты с большим опытом могут найти себе работу за рубежом.

Сегодня инженеры-мехатроники высоко ценятся во многих развитых странах, поэтому это хорошая возможность увидеть мир.

Анатолий, ЯрГУ им. П.Г. Демидова

В детстве всегда привлекали роботы. Хотел научиться делать их сам. Но специальности робототехники в городе не было. Решил поступить в университет на специальность радиофизика и электроника (так она так называлась). Подумал, что научившись работать с электронными компонентами смогу делать роботов. Так получилось, что на одной из кафедр начинали работать над мобильным манипулятором (маленький 3-х звенный манипулятор, установленный на гусеничную платформу). Над управлением платформой уже работали. Но были нужны студенты, которые займутся его управлением. Одним из них стал я. И в итоге защитил диплом по тематике разработки алгоритма управления манипулятором.

Так как я поступил на физический факультет, то в большей степени нам преподавали теорию. Есть и прикладные специальности, например, радиотехника и инфокоммуникационные технологии. Без общей физики, мат анализа, дифференциальных уравнений не обошлось. Иначе бы не поняли оставшийся материал. Изучал аналоговую и цифровую электронику, теорию цепей и сигналов.

На нашем факультете программирование воспринимается как способ решать задачи моделирования различных радиофизических процессов. И, исходя из этого, нас учили не самому программированию, не искусству написания программ, а через программирование объяснили суть и механизмы процессов. И занимались мы этим на Turbo Pascal. Требовали от нас не красивого кода и быстро работающей программы, а верного вывода данных для любых начальных условий. Изучали объектно-ориентированное программирование на Delphi, но на нем тоже преподавали основную суть. Так же были и более специфичные среды для моделирования (Mathcad, Matlab). Был курс программирования микроконтроллеров на ассемблере.

Я считаю что для этой специальности таких курсов вполне достаточно

Самое важное, что изучался не определенный язык программирования, а принцип, как заставить компьютер выполнить необходимые действия. И это очень помогло мне в дальнейшем изучить почти самостоятельно С для программирования микроконтроллеров AVR и C# для создания программы управления с графическим интерфейсом

Конечно, уровень, на котором изучил языки чисто любительский, но для решения задач хватает.

На кафедре, на которой я учился (сейчас она называется Инфокоммуникационные технологии), если у студента была идея то ее обязательно продвигали. Потому что намного приятнее заниматься тем, что интересно. Так что свои проекты очень поощрялись. Особенно, если проект был интересный и полезный не только для студента.

Я занимался алгоритмом управления манипуляторов. Задача состояла в том, чтобы решить обратную задачу кинематики для конкретной модели, которая была на кафедре, и реализовать его на микроконтроллере (микроконтроллер нужен для управления сервоприводами, которые вращают звенья манипулятора). В итоге получил робота, которым можно было управлять вручную через установленное на компьютере ПО или с помощью клавиатуры, геймпада, сенсорный экрана и leap motion — устройства, которое определяет положение ладони человека над собой. Реализовал автономные режимы: от банального перекладывания предметов, как конвейерный робот, до рисования букв и слов.

Преподают в университете хорошо. Преподаватели знают свой предмет, умеют рассказать и объяснить его студенту. Все, чего хотел от учебы, я получил. И сбылась моя мечтал сделать робота, хоть он пока что недостаточно умный.

После окончания университета я не стал работать в робототехнике, потому что в Ярославле нет работы в этой сфере (кроме образования), а переезжать не хотелось.

Наука мехатроника

Сферы применения мехатроники и робототехники не ограничиваются промышленностью, военным делом, работой с опасными средами, космонавтикой, представлениями андроидов. Эти науки все чаще требуются в повседневной жизни для житейских нужд и облегчения бытовых проблем. Профессионалы приложили руку ко многому, что окружает современных людей — бытовой технике, ассистентам водителей, тренажерам стимуляторов для медицинских нужд.

Мехатронные системы формируются из нескольких составляющих, связанных энергетическими и информационными потоками:

1. Электромеханическая. К ней относятся двигатели, сенсоры, рабочие органы, передачи, электродвигатели. Компоненты обеспечивают цикл движения аппаратов. Корректная работа механизмов невозможна без сенсоров. На них возложен сбор информации о состоянии внешней среды, объекта работ, составляющих мехатронного агрегата.
2. Электронная. К этой категории относятся измерительные цепи, театральные преобразователи, микроэлектронные устройства.
3. Компьютерная. В категорию включены ЭВМ высшего уровня и микроконтроллеры.

Функции мехатронных систем

Мехатроника призвана решать проблемы преобразования входящей информации в требуемые механические движения. При их проектировании используется принцип обратной связи. Это означает интеграцию нескольких элементов разной природы в один функциональный модуль. Специальность людей, которые занимаются выполнением операции, может быть разной. В идеале при полном предоставлении нужной информации удается достичь планируемого результата.

Среди функций, присущих мехатронным системам, выделяют четыре наиболее важные:

• управление механическим движением с одновременной обработкой поступающих от сенсоров данных;
• согласование действий с внешними источниками влияния;
• взаимодействие с оператором в режиме реального времени или автономно;
• организация обмена информацией между всеми элементами системы.

Преимущества направления

Мехатроника и робототехника активно развиваются. При этом новые специалисты используют в работе накопленный опыт и готовы к изучению данных.

Преимущество дисциплины по сравнению с обычными средствами автоматизации:

• относительно низкая стоимость, достигаемая интеграцией, стандартизацией и унификацией элементов;
• точная реализация сложных движений за счет методики интеллектуального управления;
• долговечность, надежность, помехозащищенность;
• компактность и совместимость модулей;
• отличные динамические и массогабаритные характеристики.

Особенности профессии

Робототехника (роботехника) – это прикладная научная отрасль, посвященная созданию роботов и автоматизированных технических систем. Такие системы также называют робототехническими системами (РТС). Ещё одно название – роботостроение. Так называют процесс создания роботов, по аналогии с машиностроением. Роботы особенно нужны там, где человеку работать слишком тяжело или опасно, и там, где каждое действие должно выполняться с нечеловеческой точностью. Например, робот может взять пробы грунта на Марсе, обезвредить взрывное устройство или провести точную сборку прибора.

Конечно, для каждого вида работы нужен специальный робот. Роботов-универсалов пока не существует. Всю робототехнику можно разделить на промышленную, строительную, авиационную, космическую, подводную, военную. Кроме этого существуют роботы-помощники, роботы для игр и т.д.

Робот может работать по заранее разработанной программе либо под управлением оператора. Роботов с самостоятельным мышлением и мотивацией, со своим эмоциональным миром и мировоззрением пока тоже нет. Оно и к лучшему.

Робототехника находится в родстве с мехатроникой.

Мехатроника – это дисциплина, посвящённая созданию и эксплуатации машин и систем с программным управлением. Часто мехатроникой называют электромеханику и наоборот.

К мехатронике относятся заводские станки с программным управлением, беспилотные транспортные средства, современная офисная техника и пр. Иными словами, приборы и системы, предназначенные для выполнения какой-то конкретной задачи. Например, задача офисного принтера – печать документов.

А что такое робот по своей сути?

Как видно из самого названия, робот изначально представлялся как подобие человека. Но прагматизм берёт верх. И чаще всего роботу отводится роль технического приспособления, для которого внешность не имеет большого значения. По крайней мере, промышленные роботы на людей совсем не похожи.

Однако у роботов есть признак, который объединяет их со всеми живыми существами – движение. И способ движения порой довольно чётко копирует то, что встречается в природе. Например, робот может летать, подобно стрекозе, бегать по стене, словно ящерица, ходить по земле, словно человек и пр.

(См. ролик внизу страницы.)

С другой стороны, некоторые роботы специально рассчитаны на душевный отклик людей. Например, роботы-собаки скрашивают жизнь людям, у которых нет времени на настоящую собаку. А плюшевые «младенцы» облегчают депрессию.

Не за горами то время, когда среди прочей бытовой техники у нас появятся роботы, помогающие по хозяйству. Лично я предпочла бы слугу в виде улыбчивого пластикового кокона на колёсах. Но кому-то наверняка захочется, чтобы их роботы-мажордомы были как настоящие люди. В этом направлении уже сделаны потрясающие успехи.

Создание робота –  это то, чем занимается робототехник. Точнее, инженер-робототехник. Он исходит из того, какие задачи робот будет решать, продумывает механику, электронную часть, программирует его действия. Такая работа – не для одиночки-изобретателя, инженеры-робототехники работают в команде.

Но робота нужно не только изобрести и разработать. Его нужно обслуживать: управлять работой, следить за «самочувствием» и ремонтировать. Этим также занимается робототехник, но специализирующийся на обслуживании.

В основе современной робототехники находятся механика, электроника и программирование. Но, как подсказывают фантасты, со временем для изготовления роботов будут широко использовать био- и нанотехнологи. В результате получится киборг, т.е. кибернетический организм – что-то среднее между живым человеком и роботом. Чтобы не слишком радоваться по этому поводу, можно посмотреть фильм «Терминатор», любую его часть.

Начало истории роботов

Слово «робот» придумал Карел Чапек в 1920 г. и использовал его в своей пьесе «R.U.R.» («Россумские Универсальные Роботы»). Позже, в 1941 г., Айзек Азимов использовал слово «робототехника» в научно-фантастическом рассказе «Лжец».

Но видимо, одним из первых робототехников в истории человечества можно считать арабского изобретателя Аль-Джазари, жившего в XII веке. Остались свидетельства, что он создал механических музыкантов, которые развлекали публику, играя на арфе, флейте и бубнах. Леонардо да Винчи, живший в XV–XVI веках, оставил после себя чертежи механического рыцаря, способного двигать руками и ногами, открывать забрало своего шлема.  Но эти выдающиеся изобретатели вряд ли могли представить, каких вершин достигнут технологии через несколько столетий.

Типовые неисправности

Распространенные поломки коробки передач DSG 7, связанные с отказом узла мехатроника:

1. Появление рывков в момент начала движения или в процессе разгона. При подключении тестового оборудования ошибки не обнаруживаются.
2. Толчки и вибрации, возникающие в момент переключения скоростей. При проведении компьютерной диагностики в блоке управления не обнаруживаются коды неисправностей.
3. Перевод селектора в положение движения задним ходом не приводит к включению передачи. Электронный контроллер переводит коробку в аварийный режим, на дисплее комбинации приборов включаются все возможные индикаторы режимов работы. При диагностике фиксируются ошибки, связанные с поломками приводов переключения скоростей.
4. При переводе рычага переключения скоростей в положение движения вперед или назад происходят щелчки, но автомобиль не трогается. Причиной является некорректная работа приводов вилок переключения передач.
5. Включение аварийного режима работы. После отключения и повторного включения зажигания дефект пропадает. Машина двигается, но через некоторое время неисправность возникает снова. Причиной неисправности являются клапаны управления сцеплениями, подключение компьютера позволит определить поврежденный элемент (в памяти контроллера сохраняются коды ошибок).
6. Ошибочное переключение передач, которое происходит при чрезмерно высоких или пониженных оборотах коленчатого вала двигателя. Дефект возникает при установке узла с другого автомобиля, оснащавшегося мотором с иными характеристиками. Контроллер коробки пытается работать по записанной в память картографии двигателя, что приводит к сбоям. Для устранения неисправности требуется адаптация трансмиссии к автомобилю с заменой программного обеспечения.