Что такое робототехника?

Тематика: 
Автор: 
Винников Никита Захарович
Руководитель: 
Лашина Татьяна Сергеевна
Учреждение: 
МБОУ «Одинцовская СОШ №16»
Класс: 
5

В данном творческом проекте по робототехнике на тему "Что такое робототехника?" ученик 5 класса школы дает определение роботу, описывает историю появления роботов, их виды, а также демонстрирует применение полученных знаний на практике в виде конструирования робота.

Созданный учащимся проект по робототехнике "Что такое робототехника?" направлен на реализацию поставленной цели - привлечение интереса к научно-техническому творчеству, технике, высоким технологиям.


Тема работы, выбранная автором проекта, очень актуальна, так как современная наука предусматривает популяризацию разработок роботов с целью улучшения и облегчения жизнедеятельности человека. В связи с этим необходимо освоить азы программирования и роботостроения.

Предложенная автором исследовательская работа по робототехнике на тему "Что такое робототехника?" будет интересна для учеников 5, 6 и 7 класса школы, увлекающихся робототехникой и лего-конструированием, поможет выявить у них интерес к роботостроению, програмированию и конструированию.

Оглавление

Введение
1. Что такое робот?
2. Первые роботы.
3. Виды роботов.
4. Миссия робота.
5. Мой робот.
5.1.Эксперименты.
5.2. Найди цвет.
5.3. Не упади.
Заключение
Список используемых Интернет-ресурсов
Глоссарий
Приложения

Введение


В нашей повседневной жизни - в школе, на работе, дома нас окружает огромное количество технических устройств: телевизор, стиральная машина, мобильный телефон, компьютерная техника и многое другое. А ведь каких-то 30-40 лет назад люди обходились без телевизора, не говоря уже о том, что способом передачи информации были лишь письма и телеграммы.

С каждым годом наука развивается, исследования не стоят на месте. Изобретаются все новые и новые технологии. Мне нравится наблюдать за этим прогрессом. Поэтому я увлекся робототехникой. Эта отрасль будет развиваться в мире очень быстро.

Однажды на день рождения мои родители подарили мне конструктор, из которого я смог собрать несколько разновидностей роботов, смог научиться их программировать. И я стал их изучать.

Мне стало интересно придумывать своему роботу новые программы, ставить ему сложные задачи и условия, создавать неожиданные препятствия, пробовать, экспериментировать. Когда я собираю своих роботов, я узнаю много нового о программировании, физике, математике, логике.

Робототехника, по моему мнению, именно этим и интересна - в ней соединяются многие науки - здесь надо знать информатику, разбираться в физике, биологии, математике. При конструировании робота развивается мышление, логика, математические и алгоритмические способности, исследовательские навыки.

Целью своей проектной работы я ставлю привлечение интереса к научно- техническому творчеству, технике, высоким технологиям.

Моя задача - освоить азы программирования и показать то, что я уже успел изучить и чему смог обучить своего робота.

Актуальность - быть технически грамотным специалистом и в будущем стать программистом, работать в сфере IT. А, впоследствии, возможно, у меня получиться создать уникальный робот, который поможет людям в сложных бытовых условиях или опасных профессиях или даже будет отправлен в космос для исследования других планет!!

Что такое робот?

Но для начала я хотел бы рассказать, что слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы») в 1920 году.


В нем был описан процесс сборки роботов самими роботами на фабрике. В чешском языке «robota» значит тяжелый труд, каторга, барщина.

Герою пьесы - инженеру Россу, удалось изобрести сложную машину, которая могла выполнять все работы человека. Вот эту человекоподобную машину автор и назвал «роботом».

Роботы имели полное внешнее сходство с человеком и могли выполнять всякую работу. Спрос на них был настолько велик, что завод вскоре перешел на их массовое производство.

Хозяева роботов стали заменять ими живых людей на фабриках и заводах. Но однажды роботы набросились на людей и перебили их всех. Люди на Земле прекратили свое существование, а их место заняли разумные автоматы...

Такой финал первой пьесы о роботах оставил глубокий след в душах первых зрителей и сформировал негативное отношение общества к ним на многие десятилетия.

Впрочем, техника продолжала развиваться, а люди - строить роботов вне зависимости от эмоций.

Первые роботы

Из многих предположений возникает вопрос - когда же был изобретен первый робот?.

Оказывается, первые мысли к созданию роботов возникли еще до нашей эры: в середине 3-го тысячелетия египтяне изобрели «думающих машин» - внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать предсказания и советы.

А в 50-х 19 века были найдены чертежи человекоподобного робота, сделанные Леонардо да Винчи, примерно в 1495 году. На чертеже был детально изображен механический рыцарь, который мог сидеть, раздвигать руки, двигать головой, открывать и закрывать челюсти. По его замыслам работой рук должно было управлять механическое программируемое устройство в груди, ноги должны были управляться с помощью рукоятки, приводящий в движение трос, связанный с ногами. До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Когда у Венсли спросили, откуда это странное имя, он ответил: «Первая половина слова — «теле» — греческая и означает «далекий», вторая — «вокс» — латинская и значит «голос».

Своим названием я хотел подчеркнуть способность моего робота отвечать на команды, поданные голосом человека». Внешне мистер Телевокс был не очень привлекателен: квадратная голова с какими-то прямоугольниками вместо глаз и рта, женская шпилька вместо носа, открытое деревянное туловище со сложным переплетением проводов и механизмов внутри и, наконец, нелепые руки и ноги.

Телевокс обладал способностью слышать и исполнять несколько различных приказаний, отдаваемых человеком при помощи звуков свистка. Подавая различное число повторных свистков, Венсли мог заставить робота открыть окна, закрыть дверь, пустить в ход вентилятор и пылесос, а также зажечь свет в комнате.

Телевокс был не только слышащим и говорящим роботом. Он мог выполнять некоторые домашние работы, заменяя домработницу. При помощи свистков можно отдать соответствующее распоряжение, и механический слуга подогреет ужин. Как это он сделает? Очень просто. Уходя из дому, хозяйка должна поставить кастрюлю и сковороды с кушаньями на электрическую плиту. Телевокс тогда самостоятельно включит плиту в электросеть.

Очень скоро у мистера Телевокса появились братья. Первым из них был робот Эрик, построенный в 1928 году английским инженером Ричардсом. Этот робот выступил перед публикой 15 сентября 1928 года в Лондоне на открытии ежегодной выставки Общества инженеров. Он произнес речь об итогах истекшего года. Эрика показывали и во многих других городах Великобритании.

Самыми первыми были изобретены именно промышленные роботы. В 1980 году в СССР создан центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) и изобретен первый пневматический промышленный робот МП-8 с позиционным управлением.

У истоков робототехники стояли талантливые люди. Сын профессора славистики, выходца из России, Норберт Винер получил ученую степень доктора философии в Гарвардском университете уже в возрасте 18 лет!

Появление книги Норберта Винера "Я - математик", как мощный взрыв потрясло весь мир. Именно она провозгласила рождение новой науки — КИБЕРНЕТИКИ. Винер был ученым широкого профиля. Слово робот прочно вошло в нашу жизнь.

Для маленьких детей создано немало игрушек-роботов, в которые с удовольствием играют не только мальчики, но и девочки. А кто не смотрел фильм про приключения Электроника! Не одно поколение детей выросло, зная о забавных приключениях героев этого фильма, и сейчас, включив телевизоры, многие смогут пересмотреть интересную киноленту.

Виды роботов

За время своего развития – роботы пережили эволюцию, как сферы использования, так и функциональных возможностей.

Роботы первого поколения - это роботы с программным управлением, предназначенные для выполнения определенной, жестоко запрограммированной последовательности операций, диктуемой соответствующим технологическим процессом.

Роботы второго поколения – это «очувствленные» роботы, предназначенные для работы с неориентированными объектами произвольной формы, осуществления сборочных и монтажных операций, сбора информации о внешней среде с помощью большого количества сенсоров.

Роботы третьего поколения - это так называемые интеллектуальные, или разумные, роботы, предназначенные не столько для воспроизведения физических и двигательных функций человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т.е. для решения интеллектуальных задач. Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей в себя элементы искусственного интеллекта.

По области использования роботы делятся на виды:

  • промышленные;
  • бытовые;
  • медицинские;
  • обучающие;
  • военные;
  • охранные роботы;
  • биороботы;
  • роботы-игрушки;
  • нанороботы;
  • а также андроиды и киборги.

Существуют роботы и для развлечений. Ежегодно проводит турнир роботов по футболу по упрощенным правилам. А также роботы способны играть в шахматы. Чемпион мира Гарри Каспаров проиграл в шахматном поединке роботу.

Миссия робота

У роботехники есть свои законы.

Их придумал американский писатель-фантаст, биохимик, автор около 500 художественных книг Айзек Азимов.

При создании робототехники нужно руководствоваться правилами, по которым робот не может причинить вред человеку, даже если он бездействует; задача робота – подчиняться приказам человека, если они не несут вред людям.

Дружественное отношение к человеку должно быть главным в программировании роботов:

1. Робот не должен вредить человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.

2. Робот должен выполнять приказы человека, кроме приказов, противоречащих первому закону.

3. Робот должен заботиться о своей безопасности, если это не противоречит первому и второму законам.

5. Мой РОБОТ

А теперь мой робот. Он собран из робототехнического конструктора нового поколения, компании Lego.

«Мозгом» модели является ЛЕГО-микрокомпьютер (ранее RCX, сейчас его сменил NXT). К портам этого микрокомпьютера подсоединяются датчики и исполнительные механизмы.

Робот собирается из пластмассовых деталей и может выглядеть как человек, машина, животное и выполнять различные функции.

Поведение робота задается программой, которую можно создавать как при помощи кнопок самого микрокомпьютера, так и при помощи специального программного обеспечения на персональном компьютере.

Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education NXT является адаптированной версией NI LabVIEW.

Эксперименты над роботами

Чтобы составить программу я, в первую очередь, создаю алгоритм в специальной программе на компьютере.

Это набор блоков команд, которыми я могу пользоваться при программировании.

Сначала я решаю, какую хочу поставить перед роботом задачу. Например, робот должен проехать вперед, и если он впереди упрется в препятствие, развернуться и уехать или если упрется в препятствие, не разворачиваясь, отъехать назад задним ходом.

Необходимо также зациклить программу. Для решения этой задачи я использую датчик касания. Далее создаю программу на компьютере. И запускаю робот.

Задачи можно ставить самые разные. Управлять роботом можно и с помощью планшета и даже с помощью сотового телефона.

Приведу к примеру два эксперимента.

Найди цвет

Первый эксперимент по распознаванию цветов. Я научил робота определять и находить цвета. Кроме этого, на каждый цвет мой робот выполняет соответствующую команду:

- СИНИЙ - робот должен развернуться,

- ЗЕЛЕНЫЙ - должен повернуть направо,

- ЖЕЛТЫЙ – повернуть налево,

- увидев КРАСНЫЙ цвет - робот должен остановиться

Для этого я сделал следующее: я написал вот такой алгоритм

алгоритм робота

Алгоритм для эксперимента «Найди цвет»:

Начало-движение прямо-при определении синего цвета заложено условие-да-нет-выбор да-разворот. Далее зеленый-условие –да-нет- выбор да-направо. Далее желтый-условие да-нет, выбор да-налево. Далее красный-условие да-нет-выбор стоп-Конец.

Для этого эксперимента я использовал датчики анализа и определения отраженного света.

Не упади

Следующий эксперимент, который я хочу вам показать, я назвал “Непадучка”.

Мой Робот умеет идти по поверхности и, подходя к краю, не падать.

испытание робота

Рис.2. Вид экрана. Алгоритм для эксперимента «Непадучка»

Для этого я задал следующий алгоритм:

Начало-движение прямо-обстоятельство-край стола-условие-да-нет-выбор да-движение назад. Так может робот двигаться бесконечно. Конец программы я не поставил, чтобы движение продолжалось бесконечно долго.

Для этого эксперимента я также использовал датчики анализа и определения отраженного света.

Заключение

Я считаю, что выполнил поставленные цели и задачи. Я освоил простейшие азы программирования, и надеюсь, привлек внимание к робототехнике учащихся нашей школы, выложив свою работу на сайт школы.

Роботы в будущем упростят нашу жизнь, сделают ее комфортнее и доступнее. Мы сможем изучать вселенную и проникать с помощью автоматизированных, программированных систем туда, куда никогда не сможет добраться человек. Роботы всегда будут нужны людям с ограниченными возможностями, а также тем людям, чьи профессии сопряжены с риском. Роботы будут строить дома и машины. Прекратиться загрязнение окружающей среды, ведь новые технологии практически безотходны.

Во всем мире уже ведутся серьезные исследования, связанные с глобальным риском создания искусственного сверхчеловека. Но создадут его люди! И может быть я.

За робототехникой и создателями роботов – будущее!

Глоссарий

Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд, rob — раб) - машина с антропоморфным (человекоподобным) действием, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

Робототехника (от робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Блок-схема - это условное изображение алгоритма, последовательность блоков, предписывающих выполнение определенных операций, и связей между этими блоками.

Алгоритм - точный набор инструкций, последовательность действий, либо приводящая к решению задачи, либо поясняющая, почему это решение получить нельзя.

Приложение №1. Виды роботов

робот первого поколения

Робот первого поколения

робот второго поколения

Робот второго поколения

робот третьего поколения

Робот третьего поколения

Приложение №2. Мой робот

мой робот

робототехника

что такое робототехника

роботостроение


Если страница Вам понравилась, поделитесь ссылкой с друзьями: