IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПЕРВЫЕ ШАГИ В РОБОТОТЕХНИКЕ
Оразов И.В.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Космос - это достаточно актуальная и перспективная область применения систем, созданных силами робототехники. Поскольку в космосе присутствует наибольшая концентрация опасных для жизни человека факторов, то решение различных исследовательских задач в условиях космоса невозможно без использования специального оборудования, обеспечивающего безопасную работу человека. Учёные во всём мире работают над созданием универсального робота-астронавта, который смог бы помочь человеку в условиях космоса выполнять всю опасную работу.

Меня заинтересовала такая область робототехники, как космическая робототехника. Это направление в науке, которое занимается разработкой робототехнических систем для решения прикладных задач в сложных условиях космоса, на поверхности безатмосферных космических тел, а также

в атмосфере планет земного и неземного типа. Моя работа – первый шаг к созданию человекоподобного робота.

Цель: Познакомиться с основами робототехники и создать программируемого робота.

Этапы:

  1. Изучение робототехники, как науки.

  2. Знакомство с конструкциями и возможностями известных роботов.

  3. Создание робота.

  4. Написание алгоритма действий и программирование созданного робота.

  5. Экспериментальная проверка возможностей манипулятора H1.

  1.  
    1. Изучение робототехники, как науки

Робототехника – это наука, которая занимается созданием и применением роботов. Она опирается на электронику, механику, телемеханику, радиотехнику и информатику. Есть несколько видов робототехники: строительная, промышленная, бытовая, авиационная и экстремальная, в которую входят военная, космическая и подводная.

Слово «робототехника» впервые придумал и использовал Айзек Азимов, в своем рассказе “Лжец”, в 1941 г.

  1.  
    1. Знакомство с конструкциями и возможностями известных роботов.

Особый интерес у меня вызвали следующие модели роботов:

  1. ASIMO: Робот-гуманоид. Один из наиболее человекоподобных роботов, созданный японской компанией Honda в 2000 году. Вес 52 кг, рост 120 см. Робот умеет выполнять повседневные задачи. Также в нем есть ряд дополнительных возможностей для взаимодействия с человеком: распознавание движущихся объектов, поз, жестов, окружающей среды и звуков. Он умеет подниматься по лестнице, а в модели 2005 года ему добавили возможность бегать со скоростью 6 км/ч.

  1. BigDog: робот-мул. Робот, с повышенной проходимостью, созданный компанией Boston Dynamics. Он должен был служить солдатам в качестве мула, в местах, не предназначенных для передвижения обычной техники. Вес робота 75 кг, высота 70 см. Он может передвигаться по тяжелой местности со скоростью 5 км/ч и нести на себе груз массой 54 кг.

  1. RiSE: карабкающийся робот. Он был создан для карабканья по горизонтальным поверхностям. Весит робот 2 кг, длина его 25 см, бегает со скоростью 1 км/ч. У него 6 лап, на каждой по 2 мотора. Его пятки имеют несколько сменных насадок под каждый тип поверхности. Хвост ему нужен для балансирования. В будущем планируется сделать его пяткам сухой тип прилипания, что даст возможность ползать по отвесным гладким поверхностям, таким как металл или стекло.

2.1. Создание робота

Используя полученные знания, я решил создать своего робота или хотя бы его часть. Из имеющегося у меня конструктора Lego Mindstorms я смог создать «руку» манипулятор.

Сборка происходила в несколько стадий:

  1. Сборка кисти и предплечья.

  2. Сборка локтевого сустава и плеча.

  3. Сборка плечевого сустава и посадочного места для программного блока.

  4. Изготовление станины для руки.

Готовый продукт получил рабочее название Н1, сокращение от Hand.

Созданный манипулятор имеет два сустава, плечевой и локтевой, и оканчивается кистью.

 

Локтевой сустав

Плечевой сустав

 

 

 

Кисть

 

По суставам ось вращения плоская, плечевой сустав вращается вправо-влево, а локтевой, верх-вниз. Кисть имеет пару клешней, и может совершать хватательные действия.

2.2. Написание алгоритма действий и программирование созданного робота.

С помощью программного обеспечения EV3 (https://www.lego.com/ru-ru/mindstorms/downloads/download-software), мы написали программу, часть которой выглядит примерно так:

Полный алгоритм работы Н1 представлен в приложении 1 (рисунок 1).

Несомненным плюсом данного программного обеспечения является то, что писать программы в нем можно с помощью блок-схем, что очень удобно для начинающих любителей робототехники.

  1.  
    1. Экспериментальная проверка возможностей созданного манипулятора H1.

В результате экспериментов с манипулятором я выяснил, что все действия, предусмотренные мною в алгоритме, выполняются роботом успешно и в полном объёме. Созданный мною манипулятор умеет совершать хватательные действия кистью, может брать лёгкие предметы с любой поверхности в радиусе действия клешней, а затем перемещать их в направлении, выбранном случайным образом.

Заключение

Познакомившись с робототехникой, изучив известных роботов, я из конструктора Lego собрал часть своего будущего робота, руку – манипулятор H1, для которой написал алгоритм действий и проверил выполнение этих действий роботом на практике.

В текущей реализации H1 основной упор был сделан на организацию программных модулей для управления двигателями в отдельных потоках. А также был написан ДЕМО-режим для демонстрации его возможностей на неделе науки в школе, конференции МИФ-2017 и всероссийском конкурсе проектных работ школьников (приложение 2).

В будущем я планирую улучшить конструкцию «руки» манипулятора, построить тело робота, в котором будет установлен программный блок и голову, которая будет произносить предопределенные фразы. То есть создать полноценного презентационного робота с минимальным интеллектом.

Литература

1. Онлайн энциклопедия Википедия.— тема “ASIMO”.

2. Онлайн энциклопедия Википедия.— тема “Робототехника”.

3. Интернет-проект Novate.ru. — статья “Десятка самых необычных и продвинутых роботов мира”. http://www.novate.ru/blogs/231207/8071/

4. Интернет-ресурс Geektimes — статья “10 роботов-гуманоидов, созданных по подобию человеческих способностей и эмоций”.

https://geektimes.ru/company/robohunter/blog/252154/

5. Бишоп, О. Настольная книга разработчика роботов. / О. Бишоп. - СПб.: "КОРОНА-ВЕК", 2010. - 400с.

6. Юревич, Е.И. Основы робототехники / Е.И. Юревич. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

7. Предко, М. 123 эксперимента по робототехнике / М. Предко. - М.: НТ Пресс, 2007. - 544 с.

Приложение 1

 

Рисунок 1. Алгоритм работы H1.

 

Приложение 2

 

Конференция Миф - 2017

 

 

Всероссийский конкурс проектных работ школьников. Апрель 2017