Мехатроника и робототехника: что изучают и кем работать

Кем могут работать молодые специалисты в обозримом будущем?

В рамках проекта «Профессии города будущего» агентство инноваций, расположенное в столице, разработало перечень наиболее востребованных должностей на ближайшие десятилетия: — Оператор дронов. Беспилотные технические устройства смогут доставлять любые предметы в труднодоступные места, заниматься исследованием наводнений, лесных пожаров, измерять различные показатели в атмосфере. — Проектировщик медицинских автоматизированных систем. В данном случае работа в области робототехники предполагает сочетание трех основных профессий: программиста, медицинского специалиста, механика. — Робототехник. Занимается разработкой механики, составлением программ, электроникой. Такая профессия предполагает коллективный труд, поскольку создание и обслуживание робота является трудоемким занятием. — Механик электромобилей. Специалист занимается ремонтом и обслуживанием электромоторов инновационных машин. — Инженер беспилотных электромобилей. В обязанности входит разработка отдельных блоков, отладка и испытание электронных систем. Работа в области робототехники скоро займет место рядом с авиацией, производством электроэнергии и интернета. По оценке Европейской комиссии, через 4 лет объем мирового рынка по данному направлению достигнет 120 млрд евро.

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.

Что такое мехатроника

Сама по себе мехатроника далеко не новое явление. Она зародилась примерно в середине XX века, когда были описаны механизмы, способные выполнять определенные манипуляции в пространстве по заранее написанной программе. В целом же, мехатроника представляет собой сплав двух прикладных дисциплин – механики и электроники. Иными словами, эта инженерная наука посвящена созданию сложных устройств, которые способны выполнять задачи по определенному алгоритму.

Типичный пример – это конвейерные роботы и манипуляторы. Их часто применяют, например, в автомобилестроении: точечная сварка деталей кузова, грунтовка и покраска деталей, автоматическая штамповка и перенос деталей и т.д.

Ещё более типичный пример – это обычный персональный компьютер. В его составе тоже много механических подвижных частей, которые управляются специальными программами, например, жесткий диск, вентиляторы охлаждения, оптический привод дисковода и т.д.

При этом мехатроника самым тесным образом связана с робототехникой. При обучении студентов образовательная дисциплина почти всегда называется «Мехатроника и робототехника». Наблюдается также некоторая путаница: роботами сегодня называют все механизмы, способные к выполнению задач без прямого участия человека. Будь то станки с ЧПУ, манипуляторы, механизмы автоматической сварки – всё это роботы, состоящие из нескольких мехатронных модулей.

Источник фото pch-vector/freepik

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.

Описание

Робототехник или инженер-робототехник – это одна из самых новых профессий в современном мире, актуальность и востребованность которой со временем только стремительно возрастает. Специалист, работающий в сфере робототехники, является инженером в области микромеханики. Он занимается созданием роботов и робототехнических систем.

В нынешнее время такие специалисты на мировом рынке труда пользуются огромным спросом, а их труд является престижным и высоко оценивается работодателями. Происходит это потому, что роботы в нынешнее время используются едва ли не везде. Их используют в бытовых целях для упрощения ведения домашнего хозяйства, в научных и исследовательских целях, а иногда и в боевых действиях. Роботы способны выполнять опасную для людей работу и совершать точные и быстрые действия, повторить который человек попросту физически не способен.

Кроме того, роботы могут выполнять свою деятельность качественно и без перерывов и во многих отраслях способны стать хорошей заменой человеку. Всё это способствует роботизации практически всех сфер жизни. В связи с этим можно точно говорить о том, что востребованность робототехников и иных специалистов, которые будут заниматься обслуживанием умных приспособлений и их созданием, в ближайшем будущем будет только расти.

Однако стоит учесть, что у человека, который решил стать специалистом в этой области, должны быть определённые навыки и качества. В первую очередь, это наличие математического склада ума и умение решать сложные математические задачи – гуманитарию в данной сфере будет очень непросто. Сюда же следует отнести и любовь к точным наукам, так как без углублённых знаний алгебры, языков программирования, прикладной физики и математики, математического анализа и геометрии у робототехника попросту не получится осуществлять свою деятельность качественно и полноценно.

Сюда же стоит отнести умение критически мыслить и анализировать, а также наличие таких качеств, как настойчивость и упорство, ведь даже самому опытному робототехнику не всегда удаётся быстро и с первого раза разобраться с той или иной проблемой или ошибкой.

Немаловажным является и такое человеческое качество, как наблюдательность, которое помогает вовремя и быстро заметить ошибку или недочёт в системе. Наличие воображения и развитой фантазии, склонность к экспериментам также полезны для специалиста, который работает в сфере робототехники. Именно хорошее воображение во многом способствует созданию новых устройств и усовершенствованию тех, что уже существуют.

Разумеется, специалисту, который работает в этой сфере, важно уметь систематизировать свои знания. Все познания, касающиеся сферы механики, программирования и не только, специалист должен уметь объединять и применять на практике. Сюда же стоит отнести такое умение, как быстрое усвоение и обработка больших объёмов самой разной информации

Сюда же стоит отнести такое умение, как быстрое усвоение и обработка больших объёмов самой разной информации.

Кроме того, большое значение для робототехника имеет способность и стремление к самообучению. Это связано с тем, что в мире буквально каждый день появляются новые, более усовершенствованные технологии, а потому даже самому опытному специалисту периодически необходимо будет обновлять свои знания, совершенствовать свои навыки по работе с обновлёнными устройствами. В этом ему могут помочь курсы, причём многие из них можно пройти в интернете совершенно бесплатно.

Примеры из жизни

Технологии и системы, созданные при помощи робототехники — не редкость в современной жизни. Их можно встретить в любых сферах.

Зная о понятии и функциях дисциплин, несложно понять, что к ним относят:

• станкостроение;
• изготовление роботов;
• промышленное автомобилестроение;
• оргтехника (копировальные, факсимильные аппараты);
• космическая, военная, авиационная техника;
• тренажеры для подготовки водителей, пилотов, операторов;
• медицина (клиническое, реабилитационное оборудование);
• микромашины, используемые в средствах связи, мобильной технике, медицинском оборудовании;
• контрольно-измерительные устройства.

Прибыль от профессиональной деятельности в странах ближнего и дальнего зарубежья

Для получения высокооплачиваемых должностей специалист должен иметь большой опыт и уровень теоретических знаний.

• Белоруссия
  . В стране действует до 10-и инновационных компаний, которые разрабатывают коллаборативные роботы и промышленных устройств. Квалифицированный мастер, владеющий программным обеспечением, может рассчитывать на прибыль в 700-1500 USD в месяц
  ;
• Казахстан
  . Работа на фрезерных станках и 3D принтерах пользуется широким спросом в данном государстве. Инновационные компании устанавливают тарифные ставки данного профиля исполнителям на уровне 160-280 тыс. тенге
  ;
• Польша
  . Получение образования мехатроника в данном государстве пользуется престижностью и повышенным спросом. Талантливые абитуриенты могут выбрать несколько направлений по специальности (инженерное, обработка сигналов и автоматизация). Выручка от профессиональной деятельности оплачивается в размере 1500-2700 евро в месяц
  . В среднем начинающий конструктор будет получать 3 тыс. злотых (около 786 у.е.)
  ;
• США
  . Специалисты в сфере автоматизации действий роботов очень востребованы на конвейерных линиях. В обязанности экспертов также входит обслуживание устройств. Boston Consulting Group платит мехатроникам 3383 долларов ежемесячно (76 тыс. $ в год
  ). Виртуозные конструкторы в «силиконовой долине получают свыше 100 тыс. баксов в год
  ;
• Китай
  . В Поднебесной роботостроение находится на высоком уровне. Компания «IFR» к 2019 году планирует установить на промышленных предприятиях более 1,4 млн. машин. Как правило, опытные мехатроники получают 8000-12000 юаней (1,2 -1,8 тыс. долларов)
  ;
• Южная Корея
  . Корейские технологии известны во всем мире. Поэтому квалифицированному исполнителю работодатель устанавливает приличный оклад. Так, например, опытный инженер и мехатроник может получать 1 352 230 вон в месяц (примерно 1200$)
  . В престижных компаниях должность мехатроника приносит годовую прибыль 37440339 вон (33180 долларов)
  ;
• Япония
  . Квалифицированные специалисты в сфере IT и робототехники получают жалованье в размере 3,7-4,5 тыс. долларов в месяц
  . Однако жизнь в стране восходящего солнца очень дорогая (продукты и жилье). Высокий уровень конкуренции требует от инженеров постоянного самосовершенствования и изучения новинок на рынке.

Наиболее востребованные направления по специальности

Профессия робототехника на сегодняшний день требует объединения знаний, практических умений инженерного и кибернетического направлений.

К числу наиболее распространенных профессий следует отнести:

• инженер-электроник
  – занимается процессами технического использования сложных систем (от 35 тыс. рублей в месяц
  );
• сервисный инженер
  . Мастер осуществляет монтаж, запуск диагностического оборудования и его ремонт (40-48 тыс. рублей
  );
• педагог
  – производит обучение детей в школах и ВУЗах. Учитель организовывает подготовительные курсы (18-35 тыс. рублей
  );
• электротехник
  — профессионал в сфере электронных приборов работает с различными сигналами сложных устройств (37-46 тыс. рублей
  );
• программист —
  специализируется на автоматизации робототехники и АСУТП, создает программы и сервисное обслуживание (50-150 тыс. рублей
  );
• специалист в сфере 3
  D
  .
  Качественные визуализаторы и «модельеры» очень ценятся крупными компаниями в сфере IT (58-116 тыс. рублей
  ).

Особенности современной профессии

Профессиональные робототехники, как правило, работают в специализированных авиационных структурах, НИИ и крупных IT фирмах.

ХХ век был очень плодотворным на возникновение новых наук, одной из которых является мехатроника. Кем работать после освоения данной дисциплины? Что она представляет собой и чем занимается? Насколько она важна в современной жизни? Какие она открывает нам перспективы? Кем работают люди, которые изучают данную дисциплину в университетах и самостоятельно? Вот неполный список вопросов, на которые будет дан ответ в статье.

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.

Медицинские противопоказания

• Заболевания центральной нервной системы различной этиологии с двигательными и чувствительными нарушениями, расстройствами координации, когнитивными и интеллектуальными нарушениями.
• Нарколепсия и катаплексия.
• Заболевания, сопровождающиеся расстройствами сознания: эпилепсия и эпилептические синдромы различной этиологии и др.
• Психические заболевания с тяжелыми, стойкими или часто обостряющимися болезненными проявлениями.
• Алкоголизм, токсикомания, наркомания.
• Активные формы туберкулеза любой локализации.
• Хронические гепатиты, циррозы печени и другие заболевания печени.
• Миопия высокой степени или осложненная близорукость.
• Катаракта осложненная.
• Дегенеративно-дистрофические заболевания сетчатки глаз, глаукома любой стадии при нестабилизированном течении.
• Болезни эндокринной системы прогрессирующего течения с признаками поражения других органов и систем и нарушением их функции 3-4 степени.
• Злокачественные новообразования любой локализации.
• Заболевания крови и кроветворных органов с прогрессирующим и рецидивирующим.
• Гипертоническая болезнь III стадии, 3 степени.
• Хронические болезни сердца и перикарда с недостаточностью кровообращения ФК III, и более степени; ишемическая болезнь сердца;
• Ревматизм: активная фаза, частые рецидивы с поражением сердца и других органов и систем.
• Осложненное течение язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки.
• Хронические болезни почек и мочевыводящих путей с явлениями хронической почечной недостаточности 2 — 3 степени.
• Хронические, рецидивирующие формы инфекционных и паразитарных заболеваний.

Источники

• https://FB.ru/article/235561/mehatronika—chto-eto-takoe-osnovyi-mehatroniki-mehatronika-i-robototehnika-spetsialnost-kem-rabotat
• https://mentamore.com/robototexnika/mexatronika.html
• https://www.profguide.io/professions/robotics.html
• https://Mining-CryptoCurrency.ru/robototekhnika/
• https://fulledu.ru/articles/1363_inzhener-mehatronik.html
• https://mentamore.com/robototexnika/professii-svyazannye-s-robototexnikoj.html
• https://RobotoMir.ru/robototexnik-%E2%80%93-vyisokooplachivaemaya-professiya-budushhego-47
• https://proforientir42.ru/dt_profession/mobilnyj-robototehnik/

Литература

• Мехатроника: Пер с япон. / Исии Х., Иноуэ Х., Симояма И. и др. — М.: Мир, 1988. — С. 318. — ISBN 5-03-000059-3
• Введение в мехатронику: В 2-х кн. Учебное пособие / А. К. Тугенгольд, И. В. Богуславский, Е. А. Лукьянов и др. Под ред. А. К. Тугенгольда. — Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2004. — ISBN 5-7890-0294-3.
• Карнаухов Н. Ф. Электромеханические и мехатронные системы. — Ростов н/Д: Феникс, 2006. — 320 с. — (Высшее образование). — 3000 экз. — ISBN 5-222-08228-8.
• Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Конструирование мехатронных модулей. — М.: Издательство МГТУ «Станкин», 2004. — 368 с.
• Брага Н.  Создание роботов в домашних условиях. — М.: НТ Пресс, 2007. — 368 с. — ISBN 5-477-00749-4.
• Камлюк В. С., Камлюк Д. В. Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие — Минск : РИПО, 2016. — 383 с. : схем., табл. — Библиогр. в кн. — ISBN 978-985-503-627-3
• Камлюк В. С. Новая парадигма — мехатронизация Москва; изд.сис. Ridero; 2018 — 32 с. УДК 82− 9,ББК 76.01,К18− ISBN 978-5-4493-7287-1

Где можно получить профессию инженер-мехатроник?

Обучение этой профессии требует много сил и большого желания. Если осознание того, что профессия инженер-мехатроник – это ваше призвание, появилось еще в старших классах школы, то освоение профессии можно начать со средне-профессионального образования. По окончанию учебного заведения выпускнику присваивается квалификация «Мехатроник».

При желании можно сразу после школы устроить на работу учеником/помощником инженера-мехатроника и сразу же на практике учиться монтировать и демонтировать мехатронные системы, а также диагностировать и ремонтировать технологические комплексы. Чтобы научиться проектировать автоматическое оборудование, необходимо получить высшее образование.

Данная специальность представлена во многих ВУЗах страны, лучшими из которых сегодня считаются:

• Московский государственный технический университет им. Н. Э Баумана;
• Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ);
• Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого;
• Дальневосточный федеральный университет;
• Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова.

Источники изображений: kcpk.ru, rostec.ru, eng-el.ru, vesti-ukr.com

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Москва

Московский государственный технологический университет Станкин

Москва

Балтийский государственный технический университет ВОЕНМЕХ им. Д.Ф. Устинова

Санкт-Петербург

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Москва

Университет ИТМО

Санкт-Петербург

Томский государственный университет

Томск

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Томск

Московский энергетический институт

Москва

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Санкт-Петербург

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Санкт-Петербург

Навыки молодых специалистов

ВУЗы обучают широкому спектру навыков. Освоив стандартную программу, молодые специалисты приступают к работе по специальности.

Успех в своем деле им гарантируют такие умения:

• проведение оценки актуальности и значимости проектов;
• контроль разработок на соответствие стандартам;
• создание программного обеспечения для управления приборами;
• разработка макетов модулей систем (информационных, электрогидравлических и других);
• составление патентных и лицензионных паспортов;
• сбор, изготовление и испытание агрегатов;
• модернизация и отладка мехатронных систем;
• описание и подготовка инструкций по эксплуатации приборов.

Вакансии для инженеров-мехатроников на рынке труда, уровень зарплаты

Профессия инженера-мехатроника достаточно востребована у работодателей, однако, при этом большая часть вакансий сосредоточена преимущественно в регионах с развитым машиностроением. Это Самарская область, Подмосковье, Ленинградская область, Пермский край, Республика Татарстан и т.д.

При этом сама позиция может называться по-разному. Чаще всего работодателям нужны сервисные инженеры с познаниями в мехатронике и робототехнике, то есть специалисты по обслуживанию, ремонту и пусконаладке промышленных роботов.

Вот наиболее типичный список требований к таким работникам с сайтов объявлений:

1. навыки программирования (преимущественно на языке C++ и C#);

2. высшее техническое образование;

3. опыт работы с промышленным оборудованием и ввода в эксплуатацию комплексных автоматизированных систем;

4. готовность к периодическим командировкам;

5. знание английского языка (в том числе технического).

Как видим, на позицию инженера-мехатроника требуются уже опытные люди. При этом наличие высшего образования для работодателя обязательный, но не первостепенный критерий. Хорошим инженерам с опытом до 3 лет на предприятии готовы платить до 60 тысяч рублей, с опытом от 5 лет – порядка 80 тысяч рублей.

Изредка попадаются вакансии для соискателей без опыта, однако, чаще всего их определяют либо в стажеры, либо в помощники сервис-инженера.