Курсовая по мехатронике и робототехнике в НИЯУ МИФИ: киберфизическая система, привод, управление и эксперимент

Курсовая по мехатронике и робототехнике в НИЯУ МИФИ хорошо ложится на реальную структуру подготовки университета. В 2026 году направление 15.03.06 представлено программами, связанными с киберфизическими и интеллектуальными робототехническими системами. В официальном описании подчёркивается проектирование, конструирование, эксплуатация и контроль качества высокотехнологичных систем.

Официальные страницы:
https://admission.mephi.ru/admission/baccalaureate-and-specialty/education/programs/all/view/204
https://eis2.mephi.ru/programs/Program/Details/1370

Определите функцию робота

Плохо:

«Разработка робототехнической системы».

Сильнее:

«Манипулятор для перемещения детали между двумя позициями с ограничением по точности и времени цикла».

Или:

«Мобильный робот для обхода зоны с построением карты и возвратом в исходную точку».

Теперь понятны критерии.

Техническое задание

Зафиксируйте:

• payload;
• workspace;
• speed;
• accuracy;
• cycle time;
• power;
• environment.

Не пишите «робот должен быть быстрым и точным».

Нужны измеримые числа.

Кинематика

До выбора двигателя определите:

• число звеньев;
• типы суставов;
• degrees of freedom;
• geometry;
• coordinate frames.

Если кинематика неверна, подбор привода теряет смысл.

Прямая задача

Для заданных joint variables найдите положение рабочего органа.

Проверьте:

• нулевое положение;
• вытянутую конфигурацию;
• симметричный случай.

Очевидные режимы хорошо ловят знак ошибки.

Обратная кинематика

Для заданной точки найдите joints.

Обратите внимание на:

• несколько решений;
• недостижимую область;
• ограничения углов.

Не показывайте только один успешный point.

Рабочая зона

Постройте workspace.

Покажите forbidden regions.

Если робот должен брать объект в определённой точке, эта точка должна быть достижима не только математически, но и без столкновения.

Jacobian

Для развитой работы Jacobian помогает связать скорости joints и end effector.

Он также показывает singularity.

Не используйте inverse там, где matrix теряет rank.

Сингулярность

Вблизи неё требуемые скорости приводов могут резко расти.

Это важный практический риск.

Покажите, как trajectory избегает проблемной области.

Динамика

Для быстрого движения учтите:

• mass;
• inertia;
• gravity;
• friction;
• acceleration.

Статический torque недостаточен для пуска и торможения.

Выбор двигателя

Сравните:

• required torque;
• speed;
• duty;
• control type.

Добавьте редуктор и КПД.

Не выбирайте двигатель только по nominal power.

Редуктор

Он меняет torque, speed, backlash и reflected inertia.

Большой ratio повышает момент, но может ухудшить скорость и динамику.

Покажите trade-off.

Энкодер

Разрешение датчика должно соответствовать требуемой конечной точности.

Свяжите:

encoder step -> joint angle error -> end-effector error.

Так выбор датчика становится обоснованным.

Контур управления

Покажите:

reference -> controller -> drive -> mechanics -> sensor -> feedback.

Без этой схемы механика и электроника существуют отдельно.

PID

Если используется PID, покажите:

• tuning;
• rise time;
• overshoot;
• settling;
• steady-state error.

Не достаточно написать три коэффициента.

Saturation

Реальный привод имеет предел напряжения или тока.

Включите saturation в модель.

Иначе контроллер может требовать невозможное воздействие.

Anti-windup

Если integral накапливается во время saturation, переходный процесс ухудшается.

Сравните вариант с защитой, если эффект заметен.

Mobile robot

Для мобильной платформы опишите:

• wheel configuration;
• odometry;
• localization;
• planner;
• controller.

Движение по заранее записанной последовательности команд не равно автономной навигации.

Одометрия

Ошибки возникают из-за:

• slip;
• wheel radius mismatch;
• encoder quantization.

Покажите накопление drift на маршруте.

Sensor fusion

Если используются encoder и IMU, объясните, как объединяются данные.

Не называйте фильтром простое усреднение без модели.

Kalman filter

Для него нужны:

• state;
• transition;
• measurement;
• process noise;
• measurement noise.

Матрицы Q и R должны иметь физический смысл.

SLAM

Если работа включает SLAM, покажите не только карту.

Нужны:

• sensor;
• environment;
• algorithm;
• trajectory;
• metric.

Планирование пути

Для A* или другого planner задайте cost.

Сравните:

• length;
• computation time;
• explored nodes.

Один красивый маршрут не позволяет сравнить методы.

Collision checking

Проверяйте всю геометрию робота, а не только точку центра.

Для манипулятора траектория end effector может быть безопасной, но звено столкнётся с препятствием.

Trajectory planning

Используйте плавный профиль position, velocity и acceleration.

Резкий step command создаёт нереальный torque.

ROS

Если применяется ROS, покажите архитектуру:

sensor -> localization -> planner -> controller.

Опишите topics и frequency.

Не вставляйте список пакетов без логики обмена.

Embedded

Если controller работает на микроконтроллере, учитывайте:

• loop frequency;
• interrupt;
• memory;
• communication.

Алгоритм должен укладываться в real-time period.

Jitter

Для управления worst-case задержка важнее среднего.

Измерьте распределение времени цикла.

Не называйте систему real-time только потому, что она обычно быстрая.

Симуляция

Используйте Gazebo, MATLAB/Simulink, Python или другую среду.

Но параметры simulation должны соответствовать реальной конструкции.

Не меняйте friction между вариантами незаметно.

Sim-to-real

Сравните:

• trajectory;
• error;
• time;
• current.

Различие может объясняться:

• backlash;
• friction;
• delay;
• sensor noise.

Это сильная часть исследования.

Безопасность

Для реального прототипа предусмотрите:

• emergency stop;
• joint limits;
• speed limit;
• current limit;
• safe state.

Не проводите эксперимент ценой риска оборудования или человека.

Практическая глава

Схема:

1. task;
2. mechanics;
3. kinematics;
4. drive;
5. sensors;
6. control;
7. simulation;
8. prototype;
9. experiment;
10. limits.

Контекст НИЯУ МИФИ

Робототехнические программы МИФИ связаны с киберфизическими системами и высокотехнологичными отраслями.

Поэтому курсовая особенно сильна, когда объединяет механику, электронику и программное управление в одном проверяемом прототипе.

Защита

Будьте готовы вывести кинематику, объяснить motor, показать controller, назвать error, продемонстрировать experiment и объяснить режим отказа.

Сильная курсовая по мехатронике и робототехнике в НИЯУ МИФИ показывает систему целиком, а не три независимых раздела.