Основы разработки мобильных робототехнических систем

Описание:

Формирование у слушателей базовых практических компетенций в области крупноузловой сборки, настройки и пилотирования (управления) наземных, водных и летающих мобильных робототехнических систем (беспилотников) с использованием типовых модулей, полетных контроллеров и специализированного программного обеспечения. Программа не углубляется в аэродинамику и гидродинамику, делая акцент на инженерной практике.

Категория слушателей

• Специалисты с высшим или средним профессиональным техническим образованием, не имеющие опыта в робототехнике, желающие освоить практические навыки сборки и настройки беспилотных систем.
• Инженеры смежных специальностей (механика, электротехника, автоматизация), планирующие расширить компетенции в области мобильной робототехники.
• Преподаватели и мастера производственного обучения, ответственные за внедрение робототехнических модулей в учебный процесс.

В результате освоения программы слушатель будет:

Знать:

• Типовую архитектуру мобильных робототехнических систем (наземных, водных, мультироторных).
• Назначение и принципы работы основных узлов: полетный контроллер, ESC (регулятор оборотов), двигатели, аккумуляторы, приемно-передающее оборудование, датчики (GPS, IMU, дальномеры).
• Основы кинематики колесных и гусеничных платформ (без глубоких расчётов).
• Нормативно-правовые основы эксплуатации беспилотных систем в РФ (регистрация, зоны запретов, ответственность) – в объёме, достаточном для безопасной работы.

Уметь:

• Выбирать совместимые модули и компоненты для сборки мобильного робота под задачу.
• Выполнять крупноузловую сборку типового квадрокоптера или колесной платформы с использованием готовых узлов (рама, мотор-колеса, ESC, контроллер).
• Настраивать полетный контроллер с помощью ПО.
• Калибровать датчики, ESC, пульт радиоуправления.
• Проводить базовые расчёты времени полёта/хода, энергопотребления, полезной нагрузки.
• Безопасно проводить первые тестовые запуски и полёты (или движение) собранной системы.

Владеть:

• Навыками работы с конфигураторами и прошивкой контроллеров.
• Методами диагностики простейших неисправностей (проверка соединений, логирование, чтение дампов).
• Техникой безопасного управления мобильным роботом в ручном и полуавтоматическом режимах.

Темы:

• Модуль 1: Обзор существующих типов мобильных роботов – наземные (колесные, гусеничные), водные (катера, подводные аппараты – поверхностно), летающие (мультироторы, самолёты – без аэродинамики). Рассматриваются типовые конструктивные узлы, материалы рам, способы крепления двигателей и ESC. Основное внимание – крупноузловая сборка «из коробки» без изготовления деталей с нуля.
• Модуль 2: Изучение элементной базы. Детально разбираются полетные контроллеры на базе STM32 (F4, F7, H7), особенности подключения ESC с BEC (батарейная плата) и без. Правила работы с литий-полимерными аккумуляторами (заряд, хранение, балансировка). Способы соединения модулей – шина I2C, UART, CAN, PWM. Даются готовые схемы подключения для типовых платформ.
• Модуль 3: Практические занятия в конфигураторах. Слушатели учатся прошивать контроллер, настраивать порты, калибровать датчики, ESC, пульт. Для летающих аппаратов – режимы стабилизации, удержания высоты, GPS-удержания. Для наземных – настройка дифференциального привода, режимы «танк», поворот рулём. Разбираются типовые ошибки и способы их диагностики по логам.
• Модуль 4: Прикладные расчёты без сложных формул. Как подобрать аккумулятор и двигатели, чтобы аппарат взлетел / поехал. Практические таблицы соответствия тяги и веса для коптеров, примеры расчёта запаса хода для наземного робота. Отдельный раздел – нормативная база РФ: где можно летать (зоны), нужно ли регистрировать дрон, ответственность за нарушение.
• Модуль 5: Основной практический блок. Каждый слушатель (или в малых группах по 2 человека) собирает и настраивает действующую модель: либо квадрокоптер класса 250-450, либо колесную платформу на 4 мотора с дифференциальным управлением. По итогу проводятся тестовые запуски (в безопасных условиях – за пределами города для коптеров, в помещении для платформ).

Итоговая аттестация. Защита проекта: слушатель демонстрирует собранную и настроенную работоспособную систему (коптер или платформу), выполняет контрольное задание (взлёт, удержание в воздухе и посадка для коптера; движение по заданной траектории для платформы). Предоставляется краткий отчёт (2–3 страницы) с перечнем использованных компонентов, схемой подключения и результатами базовых расчётов.