Робототехника и мехатроника в КБТУ

Описание образовательной программы 6B07114 Робототехника и мехатроника в КБТУ

Программа направлена на подготовку специалистов в области робототехники, программирования и устойчивого развития, способных решать современные задачи в различных отраслях промышленности и науки. Студенты получат фундаментальные знания в инженерных науках, программировании, а также навыки проектирования и внедрения автоматизированных систем.

Основные компоненты программы

1. Базовые дисциплины:
   • Алгоритмы и структуры данных: Изучение методов эффективного использования структур данных для решения задач.
   • Дифференциальные уравнения: Основы теории дифференциальных уравнений и их применение в инженерных задачах.
   • Линейная алгебра для инженеров: Матричное исчисление, векторные пространства и их приложения в инженерии.
   • Теоретические основы электротехники: Анализ электрических цепей и изучение электромагнитных процессов.
   • Принципы программирования 1 и 2: Основы процедурного программирования на языках C++ и C#.
2. Профильные дисциплины:
   • Робототехника в производстве: Изучение структуры промышленных роботов, их кинематики, управления и программирования.
   • Микроконтроллеры в робототехнике: Программирование микроконтроллеров для управления роботами.
   • Машинное обучение: Введение в алгоритмы машинного обучения с акцентом на их применение в робототехнике.
   • Проектирование роботизированных систем: Процессы проектирования, моделирования и тестирования роботов для различных задач.
3. Дополнительные компоненты по выбору:
   • Экология и устойчивое развитие: Формирование экологического мышления и навыков управления природоохранной деятельностью.
   • Основы финансовой грамотности: Управление личными финансами, бюджетирование, сбережения и инвестиции.
   • Волонтерская деятельность: Участие в волонтерских проектах для приобретения опыта работы в социальной сфере.
4. Практические занятия:
   • Лабораторные работы по робототехнике с использованием современных инструментов моделирования (например, SolidWorks).
   • Проектная работа по созданию прототипов роботизированных систем.
   • Волонтерские проекты для развития навыков межкультурной коммуникации и работы в команде.

Ключевые особенности программы:

• Междисциплинарный подход, сочетающий технические науки с гуманитарными аспектами.
• Практическая направленность обучения с использованием современных технологий (CAD/CAM системы, 3D-моделирование).
• Возможность выбора дополнительных курсов по интересам (например, экология или предпринимательство).
• Подготовка к работе в инновационных отраслях промышленности, таких как автоматизация производства и устойчивое развитие.

Программа готовит специалистов широкого профиля с глубокими знаниями в области робототехники, программирования и устойчивого развития. Выпускники смогут работать как в научной среде, так и на предприятиях высоких технологий.

Язык обучения: английский.
Время обучения: 4 года.

Компоненты по выбору – перечень базовых учебных дисциплин, которые можно выбрать самостоятельно.

1. Бизнес переговоры и деловая корреспонденция. Курс направлен на ознакомление студентов с теорией и практикой переговоров, структурой и форматом переговорной переписки. Курс предоставляет языковой материал для проведения каждого этапа переговоров и написания соответствующей деловой переписки.
2. Волонтерская деятельность. В этом курсе будут рассмотрены ключевые причины, лежащие в основе волонтерства в современном мире. Он познакомит студентов с последними событиями в глобальных и местных волонтерских движениях. Студенты разработают портфолио волонтерских проектов, выступая в различных ролях. Студенты будут сотрудничать с существующими волонтерскими проектами, для получения необходимого опыта.
3. Межкультурная коммуникация. Этот курс дает студентам общее представление о межкультурной коммуникации, как о науке, так и об инструменте эффективного общения через культурные границы. Этот курс поможет студентам избежать неудач в общении с представителями различных культур путем ознакомления с базовыми теоретическими основами.
4. Мировая литература. В этом курсе будут критически рассмотрены некоторые из величайших книг мировой литературы. Будут практиковаться различные стили творческого письма, чтобы создать собственное портфолио в качестве писателя / блоггера.
5. Основы безопасности жизнедеятельности. Данная дисциплина способствует формированию у студентов основных теоретических знаний о физическом воспитании человека, формирует понятия о культуре здоровья и целостного мировоззрения. Студенты научатся использовать информацию с учетом этических и правовых норм, изучат понятия ценности и безопасного образа жизни, построения модели индивидуального и коллективного поведения в обществе.
6. Основы ораторского искусства. Курс позволяет ознакомиться с основными параметрами риторики, которые составляют формулу ораторского мастерства. Знание этих параметров позволит студентам в будущем не только выступать публично, но и в деловом и профессиональном общении, стать душой компании, приятным коллегой, успешным специалистом благодаря умению доносить идеи.
7. Основы права. В рамках этого курса студенты изучают основные понятия права, гражданские права и обязанности, административное и уголовное законодательство, международное право и другие важные аспекты юридической системы, которые помогают формировать у студентов этические ценности и навыки, необходимые для борьбы с коррупцией.
8. Турецкий язык. Этот курс закладывает основу для изучения турецкого языка, а также предназначен для ознакомления студентов с базовой грамматикой, навыками письма в живой и интерактивной атмосфере класса посредством коммуникативных мероприятий, включая работу в парах, групповую работу и т.д. Студентам рекомендуется взаимодействовать друг с другом и использовать полученные навыки, для улучшения словарного запаса.
9. Экология и устойчивое развитие. Целью данного курса является формирование у студентов экологического мышления и целостного представления об основных закономерностях устойчивого развития природы и общества; оценки нормирования качества окружающей среды; знаний, умений и навыков в управлении природоохранной деятельностью на промышленных предприятиях.

Вузовские компоненты — перечень базовых учебных дисциплин для освоения образовательной программы.

1. Алгоритмы и структуры данных. Курс предназначен для обучения эффективному использованию структур данных и алгоритмов для решения задач. Темы включают введение в алгоритмы и массивы организации данных, стеки, очереди, одиночные и двойные связанные списки, деревья, графики, внутреннюю сортировку, хеширование, структуры кучи и т.д.
2. Введение в робототехнику и мехатронику. Дисциплина, охватывающая основные принципы проектирования и управления робототехническими и мехатронными системами. Студенты изучают сенсоры, исполнительные механизмы, основы программирования и управление движением. Курс направлен на развитие навыков проектирования и внедрения интеллектуальных автоматизированных систем в различных отраслях.
3. Дискретные структуры. Курс дискретных структур охватывает следующие темы: множества, функции, отношения, логики высказываний, методы доказательства. Булевы алгебры и соответствующие модели, такие как логические элементы и схемы. Дискретные структуры — это изучение объектов, которые имеют дискретные, а не непрерывные значения, включая основы логики, алгоритмы и их сложность, математические рассуждения, отношения, графики и т.д.
4. Дифференциальные уравнения. Курс предназначен для изучения базовых понятий теории дифференциальных уравнений и освоения основных приемов решения практических задач по темам дисциплины. Темы включают: уравнения первого, второго порядка, существование и единственность решений, разделение переменных, точные уравнения, интегрирующие коэффициенты, линейные уравнения, неопределенные коэффициенты, изменение параметров, методы преобразования, последовательные решения, системы уравнений и элементарные численные методы. БД ВК 4
5. Исчисление 1. Курс дает знания и навыки работы с пределами и непрерывными функциями; вводит студента в дифференциальное и интегральное исчисление функций одной переменной, как использовать аппарат производных для исследования свойств функций, а также применений производной и интеграла для решения практических задач.
6. Исчисление 2. Курс развивает навыки использования основ рядов и дифференциального и интегрального исчисления многих переменных. Это стандартный второй курс по математическому исчислению. Темы включают интегрирование элементарных функций; методы интегрирования; интегралы с бесконечными пределами интегрирования; интегралы от разрывных подынтегральных выражений; приложения определенного интеграла; введение в дифференциальные уравнения; и т.д.
7. Компьютерное проектирование и производство. Дисциплина, изучающая использование компьютерных технологий для проектирования, моделирования и автоматизированного производства. Студенты осваивают CAD/CAM системы, 3D-моделирование, а также методы оптимизации производственных процессов. Курс направлен на подготовку специалистов в сфере цифрового производства и инженерии.
8. Линейная алгебра для инженеров. Цель курса дать элементарное ведение в основные темы линейной алгебры: матричное исчисление систем линейных уравнений, векторные пространства и линейные отображения, собственные значения и вектора и т.д.
9. Принципы программирования 1. Этот курс предназначен для ознакомления учащихся с концепциями процедурно-ориентированного программирования при условии, что они не знакомы с программированием. Его основная цель — научить принципам программирования с использованием C ++. Курс предоставляет студенту фундаментальные знания, чтобы стать опытным программистом C ++.
10. Принципы программирования 2. Цель курса — научить студентов использовать основные принципы программирования для создание консольных и настольных приложений. Этот курс использует C # в качестве основного языка программирования.
11. Робототехника в производстве 1. Этот курс познакомит студентов с наукой о промышленной робототехнике, даст примеры текущих исследований в этой области. Одной из наук, используемых для управления и анализа роботов, является теория кинематики, и она будет освещена в лекциях, а также в лабораторных работах. Кроме того, студенты научатся понимать антропоморфную архитектуру стандартного промышленного робота.
12. Робототехника в производстве 2. Данный курс обучит студентов изучению структуры и кинематики роботов, приводов роботов, управлению и программированию, организации современного высокоэффективного роботизированного производства, с применением систем автоматизированного проектирования изготовления деталей на станках и их моделированием.
13. Робототехника и искусственный интеллект. Дисциплина, посвященная интеграции методов искусственного интеллекта в робототехнические системы. Студенты изучают алгоритмы машинного обучения, планирования и принятия решений для автономных роботов. Курс направлен на создание интеллектуальных систем, способных адаптироваться к изменяющимся условиям и выполнять сложные задачи.
14. Статистика. Курс предназначен для обучения студентов статистическим методам и построению моделей с применением различных тестов: T-тест, F-тесты, S-подпись и т. д.
15. Теоретическая механика. Дисциплина, изучающая законы движения и равновесия материальных объектов под действием сил. В курсе рассматриваются основы кинематики, динамики, статики, а также законы сохранения. Студенты овладевают методами анализа механических систем, решают задачи и моделируют физические процессы в инженерной практике.
16. Теоретические основы электротехники 1. Курс предназначен для обучения студентов анализу основных электрических цепей. Важнейшие темы курса: переходные и установившиеся состояния основных элементов схемы, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, транзисторы и т.д.
17. Теория линейных управляющих систем. После завершения студенты курса смогут: Представлять динамическую систему с использованием ODE, передаточных функций, частотной характеристики и тд; Анализировать и синтезировать системы управления с обратной связью, используя методы преобразования Лапласа, частотную характеристику и др; Использовать MATLAB для анализа, проектирования, моделирования и реализации систем с обратной связью в режиме реального времени.
18. Физика 1. Цель курса дать основные темы общей физики. Курс сфокусирован на механике, свойствах жидкостей, основных принципах термодинамики, электричества и магнетизма. Изучение одномерной и двумерной кинематики, динамики, статики, работы, энергии, линейного импульса, кругового движения и гравитации.

Компоненты по выбору – перечень базовых учебных дисциплин, которые можно выбрать самостоятельно.

1. Аналоговые электронные схемы. Этот курс посвящен компонентам на основе кремния, таким как диоды и транзисторы с биполярным переходом. Этот курс также позволяет учащимся создавать электронные схемы. Студенты также будут создавать примеры схем, используя компоненты, макетирования на макетной плате NI. Студенты будут взаимодействовать со своими схемами, используя инструменты NI ELVIS III.
2. Введение в разработку технологии цифровых микросхем. Этот курс охватывает анализ и проектирование цифровых интегральных схем с использованием технологии CMOS. Курс делает упор на дизайн и требует широкого использования MAGIC для компоновки схем, а также HSPICE и IRSIM для моделирования.
3. Введение в робототехнику в производстве. Курс предназначен для студентов, которые хотят освоить основы систем промышленной автоматизации, особенно гибкое производство, промышленную робототехнику, которая включает работу с датчиками и сенсорными системами. Также студенты изучат механическую структуру, приводы, точности и повторяемости промышленного робота, программирование промышленных роботов и инструменты моделирования для автономного программирования и интеграции в производственных системах.
4. Вычислительное планирование движения. Студенты на данном курсе научатся планированию движения робота в С-пространстве, работать с препятствиями в пространстве конфигураций роботов, с применением теории графов и деревьев решений. Также цель данного курса — научить управлять движением робота, когда выходным параметром контроллера будут скорость, вращательный момент и др. элементы.
5. Дизайн в мехaтронике и робототехнике. Этот курс знакомит студентов с основными компонентами системы мехатроники и принципами проектирования с использованием мехатроники для удовлетворения функциональных требований продуктов, процессов и систем. Несколько лабораторных заданий и групповых курсовых проектов представлены инновационными примерами из различных областей применения.
6. Инженерная графика в SolidWorks. Цель данного курса — это обучить студентов работать на ПО SolidWorks и использовать его в качестве инструмента проектирования для разных инженерных задач. Студенты будут использовать практические занятия для создания трехмерных твердотельных моделей вместе с их ортогональными видами и преобразования их в файлы компьютерного дизайна.
7. Машинное обучение. Этот курс представляет собой широкое введение в машинное обучение, анализ данных и статистическое распознавание образов. Курс также основан на многочисленных тематических исследованиях и приложениях, что позволит студентам узнать, как применять алгоритмы обучения для создания умных роботов, понимания текста, компьютерного зрения, медицинской информатики, аудио и т.д.
8. Механика промышленных роботов. Целью преподавания дисциплины является изучение студентами промышленных роботов и манипуляторов технологического оборудования, особенностей конструирования и расчета современных конструкций роботизированных комплексов, их компоновки и структур, характеристик и требований, условий применения различных типов манипуляторов на производстве.
9. Основы финансовой грамотности. Курс финансовой грамотности включает в себя понимание и управление личными финансами, включая составление бюджета, сбережения, инвестирование, использование кредитов и планирование на будущее. Это дает возможность принимать обоснованные финансовые решения и обеспечивает долгосрочную безопасность.
10. Промышленные роботы. Цель данного курса — обучить студентов пошаговому построению антропоморфного робота кинематической модели, затем спланировать геометрические траектории и оптимизировать траектории движения. Студенты научатся правильно подбирать размеры электродвигателей, разбираться в процедурах тонкой настройки сервоприводов, описывать процедуры калибровки для рычага, инструмента и ячейки и также создавать реалистичный цифровой двойник для симуляций.
11. Силовые электронные схемы. Этот курс знакомит с основными понятиями схем импульсных преобразователей для управления и преобразования электроэнергии с высокой эффективностью. Введены и разработаны принципы анализа цепей преобразователей для нахождения установившихся напряжений, токов и КПД силовых преобразователей. Задания включают моделирование преобразователя постоянного тока, анализ инвертирующего преобразователя постоянного тока и т.д.
12. Цифровые электронные схемы. Этот курс представляет собой курс среднего уровня, который охватывает как комбинационную, так и последовательную цифровую электронику. Темы курса варьируются от моделирования логических вентилей в NI Multisim до построения и развертывания схем PLD и целевых FPGA. Теоретические концепции подкрепляются практическим опытом использования NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (NI ELVIS).
13. Электронные устройства и схемы. В данном курсе основное внимание уделяется важнейшим параметрам, принципам действия и характеристикам полупроводниковых приборов, а также принципам работы, свойствам и области применения типовых и аналоговых электронных схем. Курс рассматривает принципы проектирования и расчета электронных схем; изучение принципа работы, свойств и области применения базовых элементов и т.д.

Вузовские компоненты

1. Дроны и беспилотные системы. Дисциплина, посвященная изучению принципов разработки и применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и автономных систем. Студенты осваивают основы аэродинамики, навигации, управления и планирования миссий. Курс направлен на создание эффективных дронов для применения в различных отраслях, включая логистику и наблюдение.
2. Исполнительные механизмы, датчики и сигналы. Дисциплина, посвященная основам работы и применения исполнительных механизмов и датчиков в автоматизированных системах. Студенты изучают типы датчиков, обработку сигналов и методы управления механизмами. Курс фокусируется на практическом использовании этих компонентов в робототехнике и промышленной автоматике.
3. Микроконтроллеры в робототехнике. Дисциплина, посвященная изучению принципов работы микроконтроллеров и их применению в робототехнических системах. Студенты изучают программирование, схемотехнику, сенсоры и приводы, осваивают методы управления роботами, проектируют и реализуют робототехнические устройства, используя микроконтроллеры для автоматизации процессов.
4. Проектирование роботизированных систем. Дисциплина, направленная на изучение принципов разработки и интеграции робототехнических систем. Студенты осваивают процессы проектирования, моделирования и тестирования роботов, изучают управление движением, сенсорные системы и взаимодействие с окружающей средой. Курс фокусируется на создании функциональных и надежных роботизированных решений для различных задач.
5. Роботизированное зрение. Дисциплина, изучающая технологии восприятия окружающей среды роботами с помощью камер и сенсоров. Студенты осваивают методы обработки изображений, компьютерного зрения и машинного обучения для распознавания объектов и принятия решений. Курс направлен на разработку визуальных систем для автономных роботов.
6. Электроника и цифровой дизайн. Курс включает следующие темы: системы счисления и коды, логические элементы, логическая алгебра, комбинационные схемы, элементы памяти, последовательные схемы, структура структуры логических элементов на транзисторном уровне, программируемая логика, микрокомпьютер, преобразование AD и DA.

Компоненты по выбору

1. Введение в программирование ПЛК Siemens. Целью курса является дать необходимый базовый уровень знаний для программирования и обслуживания систем SIMATIC S7. Также в рамках курса изучаются основные компоненты и характеристики SIMATIC S7, детально рассматривается среда программирования STEP7, выполняется параметрирование модулей расширения, программирование функций и функциональных блоков.
2. Введение в проектирование ПЛИС для встраиваемых систем. Основной задачей курса является изучение принципов радиотехники, классификации радиотехнических сигналов, типов преобразователей кодов, единиц измерения информации, факторов, ограничивающих скорость передачи информации. Курс познакомит студентов с интересными фактами, принципами построения и функционирования радиоэлектронных устройств различного назначения и позволит взглянуть на привычные вещи совсем по-другому.
3. Инструменты и методы исследования. Курс направлен на предоставление глубоких знаний о дизайне и методологии исследований, а также на обучение студентов написанию плана исследования и критическому обзору научной литературы. Также студенты должны знать и понимать различные проекты и методы научных исследований; изучить организацию исследования; понимать, как правильно ссылаться на научную литературу и цитировать ее.
4. Искусственный интеллект для робототехники. Цель данного курса обучить студентов моделям глубокого обучения по направлению роботизации. В данном курсе студенты смогут строить, обучать и применять полностью связанные глубокие нейронные сети, знать, как реализовать эффективные нейронные сети, а также понимать основные параметры в архитектуре нейронной сети в связке инструментов робототехники.
5. Компоненты мехатроники и приборы. Цель курса — предоставить студентам необходимые знания по использованию датчиков, исполнительных механизмов, электрического оборудования и микропроцессоров для проектирования и создания интеллектуальных мехатронных систем. Студенты изучат: ключевые электромеханические компоненты, используемые в интеллектуальных системах; преобразование между аналоговыми и цифровыми сигналами для сопряжения; реализация архитектуры цифрового управления на микроконтроллере.
6. ПЛК для управления роботом. Данный курс посвящен программированию промышленных роботов при помощи микроконтроллеров на языках программирования стандарта МЭК 61131-3. Рассматриваются особенности построения систем автоматизации с применением роботов манипуляторов, а также типовые схемы управления. Затронуты темы построения цепочки безопасности при проектировании роботов-манипуляторов и реализация в программном обеспечении.
7. Программирование роботов с помощью Siemens PLC. Курс создан для начинающих специалистов АСУ ТП и студентов смежных специальностей. Данный курс поможет понять принципы работы ПЛК, принципы создания прикладного программного обеспечения для автоматизированных систем управления. Данный курс содержит теоретический материал, необходимый для дальнейшего изучения сферы АСУ ТП и программирования ПЛК.
8. Проектирование цифровых микросхем. Целью дисциплины является изучение современных методов проектирования и расчёта промышленных микросхем для решения конструкторских задач. Рассматриваются материалы и элементы электронной техники, микроэлектроника и методы расчётов проектирования интегральных микросхем.
9. Промышленные роботизированные операции 1. Цель курса — обучить студентов базовым операциям роботизированной системы управления, управления производством с использованием робототехники, контроля качества. Курс изучает основные операции на производстве, которые могут быть автоматизированы с помощью промышленных роботов. Рассматриваются функции и характеристики различных компонентов промышленного робота.
10. Промышленные роботизированные операции 2. Этот курс включает в себя программирование роботов и часто использует программное обеспечение для моделирования движения роботов, такое как ROBOGUIDE 8.0, WORKSPACE 4.0. Также на данном курсе студенты изучат вопросы производственной инженерии, такие как автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD / CAM), а также курс робототехники.
11. Робототехника. Данный курс включает углубленное изучение промышленных роботов и их программирование на основе роботов KUKA. Посредством программирования робота обеспечивается возможность автоматической и постоянной регулярной обработки процедур и процессов перемещений.
12. Робототехника: оценка и обучение. Курс знакомит с понятиями параметрического моделирования в робототехнике. Изучаются одномерное и многомерное распределение Гауса для оценки неопределенностей и отслеживания динамической системы. Рассматривается алгоритмы навигации роботов в условиях изменяющейся внешней среды.
13. Теоретические основы электротехники 2. Основная цель данной дисциплины — это обучить студентов основным понятиям и законам электромагнитного поля, теории электрических, магнитных и электронных цепей и методам анализа процессов в важнейших электротехнических и электронных устройствах; а также применять полученные знания для анализа физических процессов в электротехнических устройствах, энергетических системах и т.д.
14. Технологическое предпринимательство и стартапы. Этот курс представляет собой введение в принципы предпринимательства. Темы включают самоанализ готовности к предпринимательству, роль предпринимателя в экономическом развитии, правовые проблемы, организационную структуру, источники финансирования, бюджетирование и движение денежных средств. По окончании обучения студенты должны иметь представление о предпринимательском процессе и проблемах, с которыми сталкиваются предприниматели.
15. Цифровая обработка сигналов. Цель данного курса — это обучить студентов обработке сигналов, связанных с представлением, преобразованием и манипулированием сигналами и информацией разного уровня. Студенты изучат такие направления, как представление сигнала во временной области, преобразование Фурье, теорема выборки, линейная инвариантная по времени система, дискретное свертывание, z-преобразование, дискретное преобразование Фурье и конструкция дискретного фильтра.
16. Электрические схемы. Цель курса — разработать основные инструменты анализа линейных цепей, которые будут полезны всем инженерам. Изучить ‘алфавит’ цепей, включая провода, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, источники напряжения и тока и операционные усилители. Подготовить студентов к более продвинутым курсам по анализу цепей.