ІНФОРМАЦІЙНО-СЕНСОРНІ СИСТЕМИ РОБОТІВ - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
|---|---|
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інформаційне забезпечення робото технічних систем |
| Статус дисципліни | Нормативна (професійна) |
| Форма навчання | очна(денна) |
| Рік підготовки, семестр | 2 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 4 кредити ECTS /120 годин (36 годин лекцій, 18 годин комп’ютерний практикум) |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | залік/ модульна контрольна робота, захист комп’ютерного практикуму |
| Розклад занять | 1 лекція (2 години) 1 раз на тиждень; 1 комп’ютерний практикум (2 години) 1 раз на 2 тижні. |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів |
Лектор: кандидат технічних наук, асистент, Араффа Хальдун Осман, araffakh@gmail.com Практичні / Семінарські: - Комп’ютерні практикуми: кандидат технічних наук, асистент, Араффа Хальдун Осман, araffakh@gmail.com |
| Розміщення курсу | https://campus.kpi.ua/ |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Силабус освітнього компонента “Інформаційно-сенсорні системи роботів”, відповідно до стандарту вищої освіти зі спеціальності 126 Інформаційні системи та технології для першого (бакалаврського) рівня вищої освіти та освітньо-професійної програми ”Інформаційне забезпечення робототехнічних систем”, формує та закріплює у студентів спеціальні компетентності: (КС10) здатність вибору, проектування, розгортання, інтегрування, управління, адміністрування та супроводжування інформаційних систем, технологій, інфокомунікацій, сервісів та інфраструктури організацій; (КС16) здатність розробляти структури робототехнічних систем та проектувати функціональні пристрої роботів та робототехнологічних комплексів та формує наступні програмні результати навчання: (ПРН13) визначати склад, структуру та принципи взаємодії компонентів і модулів роботів та робототехнічних систем, вибирати компоненти програмно-апаратної реалізації; (ПРН20) на основі системного аналізу визначати вимоги до структур и і складу інформаційного забезпечення робототехнічних систем; (ПРН21) застосовувати методи, засоби та алгоритми обробки сигналів та зображень; (ПРН23) вміти розробляти програмне забезпечення для задач управління і обробки сенсорної інформації робототехнічних систем.
Дана дисципліна повинна забезпечити якість підготовки і виховання спеціалістів з вищою освітою, здатних на основі аналізу поставлених перед робототехнічною системою задач, вибирати відповідні засоби її інформаційного забезпечення та застосовувати сучасні програмні засоби для розрахунку їх основних параметрів.
Предметом вивчення навчальної дисципліни є технології, методи, засоби розробки та застосування сучасних інформаційно-сенсорних систем роботів.
Метою навчальної дисципліни є набуття студентами фахових компетентностей та прикладних знань з засобів інформаційного забезпечення роботів та робототехнічних систем, методологій їх розробки та способів застосування.
Завданням кредитного модуля є формування у студентів системи знань та навичок, що забезпечать їм здатність розв'язувати практичні задачі інформаційного забезпечення робото технічних систем, які розкривають склад, структуру і основи побудови інформаційно-сенсорних систем роботів.
В дисципліні основний аспект робиться на розумінні основних принципів вибору, розрахунку параметрів та супроводження інформаційно-сенсорних систем роботів, які лежать в основі формування структур робототехнічних систем та комплексів.
Пререквізити та постреквізити дисципліни
Для успішного засвоєння кредитного модуля студент повинен володіти наступними освітніми компонентами: «Спеціальні розділи математики», «Фізика», «Програмування». Компетенції, знання та уміння, одержані в процесі вивчення освітнього компонента є необхідними для подальшого вивчення освітніх компонентів: «Робототехнічні системи та комплекси», «Операційні системи мобільних роботів», «Інтелектуальні технології в робототехніці» та «Переддипломна практика».
Для успішного засвоєння дисципліни необхідний достатній рівень підготовки базових дисциплін.
Зміст навчальної дисципліни
Розділ 1. Інформаційні пристрої та системи
Тема 1.1.Загальні відомості про інформаційні системи
Тема 1.2. Принципи побудови інформаційних пристроїв та систем
Тема 1.3. Біонічні основи інформаційних пристроїв та систем
Тема 1.4.Класифікація інформаційних пристроїв та систем
Розділ 2. Типові засоби ІС в робототехніці. Датчики виміру в дальній зоні.
Тема 1.1. Далекоміри. Метод тріангуляції.
Тема 1.2. Метод підсвітки.
Тема 1.3. Вимір відстані по часу проходження сигналу.
Розділ 3. Системи технічного зору (СТЗ)
Тема 1.1. Загальні відомості про СТЗ
Тема 1.2. Алгоритми обробки інформації в СТЗ
Тема 1.3. Використання нейронних алгоритмів для розпізнавання образів
Розділ 4. Типові засоби ІС в робототехніці. Датчики виміру в ближній зоні.
Тема 1.1. Індуктивні датчики.
Тема 1.2. Датчик Холла.
Тема 1.3. Ємнісні датчики.
Тема 1.4. Звукові датчики.
Тема 1.5. Оптичні датчики
Розділ 5. Контактні засоби ІС в робототехніці
Тема 1.1. Тактильні датчики
Тема 1.2. Датчики дотику
Тема 1.3. Силомоментні датчики
Навчальні матеріали та ресурси
Основна література
1. Информационные системы в мехатронике и робототехнике: Учебное пособие/В.В. Гнилицкий, О.И. Лисовиченко, В.П. Пасько, П.М. Повидайко, Ю.А. Сазонов, Б.Б. Самотокин, М.М. Ткач. Под редакцией Б.Б. Самотокина. – Житомир, ЖГТУ, 2014. – 265 с.
2. Информационные устройства и ситемы в робототехнике и мехатронике: учеб. пособие (Серия: Интеллектуальные технические системы). – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2016. – 524 с.
3. Робототехнічні системи: проєктування і моделювання [Електронний ресурс]: навч. посіб. для здобувачів ступеня бакалавра за освітньою програмою “Інформаційне забезпечення робототехнічних систем” спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології» / М. М. Поліщук, М.М. Ткач; КПІ ім. Ігоря Сікорського. Електронні текстові дані (1 файл: 40 Мбайт). Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. - 112 с. – 4,6 авторських аркушів. (Гриф надано Методичною радою КПІ ім. Ігоря Сікорського, протокол №7 від 13.05.2021 року за поданням Вченої ради ФІОТ, протокол №9 від 19.04.2021 року. Адреса розміщення: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/41388
4. Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. Кн. 1/ Под ред. Ш. Нофа; Пер. с англ. Д.Ф. Миконова и др. – Машиностроение, 1989. – 480с.
5. Шахинпур М. Курс робототехники: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 527с.
6.Гибкие сборочные системы/ Под ред. У.Б. Хегинботана; Пер. с англ. Д.Ф. Миронова; Под ред. А.М. Покровского. – Машиностроение, 1988. -400с.
7. Робототехника: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 624с.
Додаткова література
8. Гибкие автоматизированные производственные системы/Л.С. Ямпольский, О.М. Калин, М.М. Ткач и др.; Под ред. Л.С. Ямпольского,-К.: Техніка, 1985.-280 с.
9. Гибкие производственные комплексы/ Под ред. П.Н. Белянина,В.А. Лещенко.-М.: Машиностроение, 1984.- 384 с.
10. Робототехнические системы в сборочном производстве / Под ред. Е.В.Пашкова.-К.:Вища шк., 1987.- 272 с.
11. Основы создания гибких автоматизированных производств / Под ред. Б.Б. Тимофеева.-К.: Техніка, 1986.-144 с.
12. Автоматизация дискретного производства /Б.Е.Бонев, Г.Й.Бохачев, И.К.Бояджиев и др.: Под ред. Е.И.Семенова, Л.И.Волчкевича.-М.: Машиностроение, 1987; София; Техника, 1987.-376 с.
13. Хартин Дж. ГПС в действии.-М.: Машиностроение, 1987.-307 с.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилання на інформаційні джерела) |
|---|---|
| 1 | Тема 1.1.Загальні відомості про інформаційні системи Основні питання: Предмет та задачі дисципліни; основні означення; основна мета засобів інформаційного забезпечення РТС Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,4,5,9,12 |
| 2 | Тема 1.2. Принципи побудови інформаційних пристроїв та систем Основні питання: загальні поняття з теорії інформації; узагальнена модель ІС та її складові Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,6,7,9,12 |
| 3 | Тема 1.3. Біонічні основи інформаційних пристроїв та систем Основні питання: поняття біоніки; рекомендації щодо використання інформаційних пристроїв та систем в робототехніці Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,4,9,12 |
| 4 | Тема 1.4. Класифікація інформаційних пристроїв та систем Основні питання: функції інформаційних пристроїв та систем; класифікація датчиків робото технічних систем Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,4,7,8, 9,13 |
| 5 | Тема 2.1. Далекоміри. Метод тріангуляції. Основні питання: призначення; основні схеми використання Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,4,9,12 |
| 6 | Тема 2.2. Метод підсвітки. Основні питання: призначення; основні схеми використання Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,11, |
| 7 | Тема 2.3. Вимір відстані по часу проходження сигналу. Основні питання: призначення; основні схеми використання (лазерний метод, ультразвуковий метод) Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,4,9 |
| 8 | Тема 3.1. Загальні відомості про СТЗ Основні питання: призначення; основні схеми використання Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,5,6,7,9,12 |
| 9 | Тема 3.2. Алгоритми обробки інформації в СТЗ Основні питання: отримання візуальних даних; підсилення зображення; сегментація зображення Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,5,6,7 |
| 10 | Тема 3.3. Використання нейронних алгоритмів для розпізнавання образів Основні питання: виділення особливостей зображення; розпізнавання зображення Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,5,6,7 |
| 11 | Тема 4.1. Індуктивні датчики Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,4,10,13 |
| 12 | Тема 4.2. Датчик Холла Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,10,13 |
| 13 | Тема 4.3. Ємнісні датчики Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,12 |
| 14 | Тема 4.4. Звукові датчики Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,8,11,12 |
| 15 | Тема 4.5. Оптичні датчики Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,9,12 |
| 16 | Тема 5.1. Тактильні датчики Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрі Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,10,11,13 |
| 17 | Тема 5.2. Датчики дотику Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,5,6,10,13 |
| 18 | Тема 5.3. Силомоментні датчики Основні питання: призначення; принцип дії; розрахунок основних параметрів Дидактичні засоби: презентація у Power Point Література: 1,2,3,10,13 |
Комп‘ютерні практикуми
| № з/п | Перелік комп‘ютерного практикуму |
|---|---|
| 1 | Комп‘ютерний практикум №1. Ультразвуковий датчик Мета практикуму – аналіз роботи ультразвукового датчика за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 2 | Комп‘ютерний практикум №2. Фото резистор Мета практикуму – аналіз роботи фото резистора за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 3 | Комп‘ютерний практикум №3. Датчик газу Мета практикуму – аналіз роботи датчика газу за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 4 | Комп‘ютерний практикум №4. Інфрачервоний датчик руху (HC-SR501). Мета практикуму – аналіз роботи інфрачервоного датчика руху (HC-SR501) за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 5 | Комп‘ютерний практикум №5. Датчик вологості ґрунту. Мета практикуму – аналіз роботи датчика вологості ґрунту за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 6 | Комп‘ютерний практикум №6. Силомоментний датчик Мета практикуму – аналіз роботи силомомнтних датчиків за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 7 | Комп‘ютерний практикум №7. Інфрачервоні пульти та приймачі Мета практикуму – аналіз роботи інфрачервоних пультів та приймачів |
| 8 | Комп‘ютерний практикум №8. Датчик вигину - Flex Sensor Мета практикуму – аналіз роботи датчиків Flex Sensor за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
| 9 | Комп‘ютерний практикум №9. Датчики температури Мета практикуму – аналіз роботи температурних датчиків за допомогою он-лайн симулятора ардуіно |
Самостійна робота студента
Цілями самостійної роботи є засвоєння студентами знань з тем розділів освітнього компоненту та їх закріплення, а також розвиток у студентів навичок самостійної роботи.
Видами самостійної роботи є:
№ з/п |
Вид самостійної роботи | Кількість годин СРС |
|---|---|---|
| 1 | Підготовка до комп‘ютерних практикумів | 18 |
| 2 | Підготовка до МКР | 6 |
| 4 | Підготовка до заліку | 6 |
Терміни і час, які відводяться на виконання видів самостійної роботи визначаються згідно з розподілом навчального часу відповідного виду навчального заняття у структурі навчальної дисципліни.
Контрольна робота
Метою контрольної роботи є закріплення та перевірка теоретичних знань із освітнього компонента та набуття студентами відповідних практичних навичок самостійного вирішення поставлених задач. Модульна контрольна робота (МКР) виконується після вивчення розділів 1-4 та виконання практичних занять 1-5. Кожен студент для виконання модульної контрольної роботи отримує індивідуальне завдання.
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, які викладач ставить перед студентом:
правила відвідування занять: заборонено оцінювати присутність або відсутність здобувача на аудиторному занятті, в тому числі нараховувати заохочувальні або штрафні бали. Відповідно до РСО даної дисципліни бали нараховують за відповідні види навчальної активності на лекційних та практичних заняттях.
правила поведінки на заняттях: студент має можливість отримувати бали за відповідні види навчальної активності на лекційних та практичних заняттях, передбачені РСО дисципліни. Використання засобів зв’язку для пошуку інформації здійснюється за умови вказівки викладача;
політика дедлайнів та перескладань: якщо студент не проходив або не з’явився на МКР (без поважної причини), його результат оцінюється у 0 балів. Перескладання результатів МКР не передбачено;
правила захисту комп‘ютерних практикумів – захист практикумів відбувається у формі опитування після попередньої ідентифікацією студента або особисто безпосередньо на занятті відповідно до розкладу проведення практикумів, допуск до захисту надається після виконання комп‘ютерного практикуму;
політика щодо академічної доброчесності: Кодекс честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» https://kpi.ua/files/honorcode.pdf встановлює загальні моральні принципи, правила етичної поведінки осіб та передбачає політику академічної доброчесності для осіб, що працюють і навчаються в університеті, якими вони мають керуватись у своїй діяльності, в тому числі при вивченні та складанні контрольних заходів з дисципліни «Інформаційно-сенсорні системи роботів»;
при використанні цифрових засобів зв’язку з викладачем (мобільний зв’язок, електронна пошта, переписка на форумах та у соцмережах тощо) необхідно дотримуватись загальноприйнятих етичних норм, зокрема бути ввічливим та обмежувати спілкування робочим часом викладача.
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
Поточний контроль: захист комп‘ютерних практикумів у формі опитування та виконання модульної контрольної роботи.
Календарний контроль: провадиться двічі на семестр, як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.
Семестровий контроль: залік
Загальна рейтингова оцінка студента після завершення семестру складається з 100 балів, які він отримує за:
виконання завдань до комп‘ютерних практикумів та їх захист – 72 бали;
виконання модульної контрольної роботи (МКР) – 28 балів.
Остаточний рейтинг студента може утворюватися з урахуванням виконання залікової контрольної роботи.
Комп‘ютерний практикум
Ваговий бал 8. Максимальна кількість балів за всі комп‘ютерні практикуми – 8 балів * 9 завдань = 72 бали.
Захист комп‘ютерного практикуму виконується у формі опитування.
На комп‘ютерному практикумі студенти отримують домашнє завдання, яке необхідно вирішити та захистити на наступному занятті (зазвичай це 2 тижні, однак іноді цей термін може бути змінений викладачем у деяких конкретних випадках).
Критерії оцінювання
- домашнє завдання вирішено вірно та надані вірні відповіді на захисті, завдання здано протягом 2-х тижнів після практичного заняття – 8 балів;
- домашнє завдання вирішено вірно та надані вірні відповіді на захисті, але здано протягом більш ніж 2-х тижнів після практичного заняття – 6 балів;
- домашнє завдання вирішено вірно, відповіді на питання до захисту мають неточності та здано протягом 2-х тижнів після практичного заняття – 6 балів;
- домашнє завдання вирішено із незначними помилками, відповіді на питання до захисту мають неточності та здано протягом 2-х тижнів після практичного заняття – 4 бали;
- домашнє завдання вирішено із незначними помилками відповіді на питання до захисту мають неточності та здано протягом більш ніж 2-х тижнів після практичного заняття – 2 бал;
- домашнє завдання вирішено із значними помилками, відповіді на захисті мають неточності – повертається на доопрацювання.
За якісно та обґрунтовано підготовлений і вчасно зданий комп‘ютерний практикум додатково нараховується заохочувальний 1 бал.
Модульна контрольна робота
Передбачається виконання 1 модульної контрольної роботи, яка виконується протягом семестру на одному з лекційних занять, за комплексним контрольним завданням.
Ваговий бал за виконання модульної контрольної роботи – 28.
Завдання модульної контрольної роботи містить два теоретичних запитання і одне практичне.
Критерії оцінювання
Кожне теоретичне запитання оцінюється у 8 балів за такими критеріями:
- повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до рівня «умінь» – 8 балів;
- достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до рівня «умінь» або незначні неточності – 6 балів;
- неповна відповідь ( не менше 60% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до рівня «умінь» та має помилки – 4 бали;
- неповна відповідь (менше 60% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та має значні помилки – 2 бали;
- відповідь не вірна – 0 балів.
Практичне завдання оцінюється у 12 балів за такими критеріями:
- не менше 90% потрібної інформації, повне, безпомилкове розв’язування завдання – 12 балів;
- не менше 75% потрібної інформації, завдання розв’язане з незначними неточностями – 10 балів;
- не менше 60% потрібної інформації, завдання виконане з певними недоліками – 8 балів;
- менше 60% потрібної інформації, завдання виконане зі значними недоліками – 7-1 балів;
- завдання повністю не виконане – 0 балів.
Наявність позитивної оцінки з МКР є умовою допуску до залікової контрольної роботи.
Календарний контроль
Календарний контроль базується на поточній рейтинговій оцінці. Умовою позитивної атестації є значення поточного рейтингу студента не менше 50% від максимально можливого на час атестації. Бал, необхідний для отримання позитивного календарного контролю доводиться до відома студентів викладачем не пізніше ніж за 2 тижні до початку календарного контролю.
Форма семестрового контролю – залік
Максимальна сума балів за роботу у семестрі складає 100. Якщо студент отримує суму балів від 60 до 100, то він отримує підсумкову оцінку ”автоматом”. Якщо сума балів менша за 60, студент виконує залікову контрольну роботу (у цьому разі максимальна сума балів за роботу у семестрі складається з балів, отриманих на заліковій контрольній роботі та балів за виконання модульної контрольної роботи).
Залікова контрольна робота
Ваговий бал - 72 бали
Залікова контрольна робота складається з чотирьох запитань (двох теоретичних та двох практичних).
Критерії оцінювання:
Теоретичне запитання оцінюється у 10 балів за такими критеріями:
- повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до рівня «умінь» – 10-8 балів;
- достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до рівня «умінь» або незначні неточності – 7-5 балів;
- неповна відповідь ( не менше 60% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до рівня «умінь» та має помилки – 5-3 балів;
- неповна відповідь (менше 60% потрібної інформації), що викладена згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та має значні помилки – 2-1 балів;
- відповідь не вірна – 0 балів.
Практичне завдання оцінюється у 26 балів за такими критеріями:
- не менше 90% потрібної інформації, повне, безпомилкове розв’язування завдання – 26-20 балів;
- не менше 75% потрібної інформації, завдання розв’язане з незначними неточностями – 19-14 балів;
- не менше 60% потрібної інформації, завдання виконане з певними недоліками – 13-8 балів;
- менше 60% потрібної інформації, завдання виконане зі значними недоліками – 7-1 балів;
- завдання повністю не виконане – 0 балів.
Сума рейтингових балів, отриманих студентом протягом семестру, переводиться до підсумкової оцінки згідно з таблицею.
Таблиця переведення рейтингових балів до оцінок:
| Кількість балів | Оцінка |
|---|---|
| 100…95 | Відмінно |
| 94…85 | Дуже добре |
| 84…75 | Добре |
| 74…65 | Задовільно |
| 64…60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| МКР не зараховано | Не допущено |
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено асистентом кафедри інформаційних систем та технологій ФІОТ , к.т.н. А. Хальдуном
Ухвалено кафедрою інформаційних систем та технологій ФІОТ (протокол № 21 від 29.06. 2023 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету ІОТ (протокол № 11 від 29.06. 2023 р.)
