XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот - не просто игрушка…
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение.
В наше время, очень много игрушек и конечно же у каждого ребенка есть конструктор. Наука и техника не стоит на месте, а развивается очень быстро. В наши дни существует огромный выбор конструкторов: конструкторы с крупными деталями для малышей, специальные конструкторы для девочек и конструкторы со специальными электронными платами для взрослых.
В моей жизни конструкторы были с самого детства. Родители рассказывали, что я строил из чего угодно. Сейчас я всерьез занимаюсь робототехникой. Недавно принимал участие в фестивале «IQ-парк» в городе Люберцы, где мой робот получил диплом 1 степени. Я получили большой опыт и узнал много интересного.
Робототехника - это серьезное увлечение, и мы решили посвятить свой исследовательский проект именно этой теме.
Цель работы: доказать, что робототехника может быть не просто игрой, а серьезным занятием, которое может в дальнейшем стать профессией.
Задачи проекта:
Изучить историю роботов
Узнать, где может пригодиться робототехника.
Провести анкетирование, чтобы выяснить насколько популярным является увлечение конструированием, среди ребят нашего возраста.
Собрать и спрограммировать подвижного робота из конструктора Lego Maindstorms
2. История роботов.
В одной из моих любимых книг «Роботы будущего» я нашел историю возникновения роботов.
Роботы ассоциируются у большинства людей исключительно с новыми технологиями. Однако идее создавать машины подобные людям, уже сотни лет. Существа, напоминающие современных роботов, можно найти даже в мифологии и литературе. Например, в поэме «Илиада» Гомер пишет о золотых служанках, созданных покровителем кузнечного мастерства, богом огня Гефестом.
1495 г. – Леонардо да Винчи создает проект механического рыцаря, чтобы показать, что машина может двигаться, как человек. Это изобретение эпохи Возрождения считается первым в истории роботом.
1801 г. – Жозеф Жаккар представляет в Париже ткацкий станок, который сам изготавливает полотно. Для управления узорами на тканях используется перфокарта – бумажный носитель данных, моделирующий работу механизма.
1890-е – Никола Тесла изобретает пульт дистанционного управления. Без этого устройства многих современных роботов невозможно было бы привести в движение. В 1898 г. Тесла испытал радиоуправляемое судно, после чего шествие роботов по миру было уже не остановить.
1927 г. – на Всемирной выставке в Нью-Йорке инженер Д. Уэксли продемонстрировал простейшего робота, способного выполнять команды человека.
1976 г. – космические зонды «Викинг-1» и «Викинг-2», оснащенные встроенными роботами-манипуляторами, берут на Марсе пробы грунта.
2000 г. – японские компании «Хонда» и «Сони» выпускают роботов-гуманоидов, умеющих повторять движения людей.
2004 г. – Марк Тилден, канадский физик и разработчик робототехники, создает игрушку «Робосапиен» - робота-гуманоида для массовой продажи.
К настоящему времени роботы продолжают развиваться и уже способны не только самостоятельно передвигаться, но и взбираться по лестницам и переносить грузы, играть на музыкальных инструментах, изображать домашних животных, собирать образцы породы на Марсе, обеспечивать работу международной космической станции, а также участвовать в поиске и спасении людей в чрезвычайных ситуациях.
3. Какие бывают роботы.
Конструкция роботов, их внешний вид и их назначения могут быть самыми разными. Одни роботы созданы, чтобы упростить человеку работу или сделать ее безопаснее. Другие – ради развлечения.
Робот-манипулятор – это робот с несколькими подвижными соединениями, которые повторяют строение руки человека. Он выполняет работу быстрее, с большей надежностью и точностью, чем любой человек. Робот-манипулятор работает на многих предприятиях.
Робот-гуманоид – это робот, внешне напоминающий человека. Менее совершенные роботы могут повторять лишь несколько движений. Другие оснащены органами чувств, такими как зрение и слух.
Робот на колесах выполняют очень опасные и сложные для человека задания, освобождая человека от работы, связанной с риском для жизни.
Роботы-ортезы помогают людям с травмами позвоночника заново учиться ходить. Человек прикрепляется к роботу и вместе с ним, подчиняясь механизму, идет по беговой дорожке.
Роботы на гусеничном ходу передвигаются по любой поверхности. Этот робот оснащен зажимом, который может поднимать предметы с взрывчатым веществом и перемещать их в безопасное место.
Роботы на рельсах, необходимы при производстве товаров большого размера. Они с легкостью перемещают тяжелые, большие предметы. Этот робот переносит огромные куски стекла.
Некоторые роботы двигаются, следуя командам специальных компьютерных программ, другие – благодаря дистанционному управлению. Человек постоянно контролирует роботов и определяет, чем и как они будут заниматься.
4. Части роботов.
Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:
Внутренний контроллер
Каждый робот оснащен контроллером- компьютерной операционной системой. Контроллер- это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.
Источник энергии
Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.
Дистанционное управление
Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли. По снимкам оператор определяет, куда должен двигаться робот и какую задачу ему нужно выполнить.
Сенсоры света и звука
С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.
Датчики давления
Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров, как правило, два назначения. Они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.
5. Результаты анкетирования одноклассников.
Цель проекта – доказать, что робототехника не просто игра в конструктор.
Я провел анкетирование среди учащихся 7-х классов, чтобы узнать, любят ли наши ровесники собирать конструктор, знают что-нибудь о нем, хотят ли заниматься этим всерьез, и какого робота они мечтают создать. В анкетировании участвовало 60 человек – три седьмых класса нашей школы.
На вопрос: «Вы любите играть в конструктор?» 70% ответили, что любят, поэтому думаю, что данная тема будет интересна многим.
Следующим вопросом был: «ЛЕГО-это…», и здесь 87% уверенны, что это конструктор, 9% затрудняются ответить что это, а 4% думают, что это название конфеты. Я думал, что все дети знакомы с этим названием, а оказалось, нет.
На следующий вопрос: «Ты хорошо умеешь строить игрушки из Лего?»
79% ответили положительно и только 21% нет.
Последним был вопрос: «Если бы ты стал изобретателем, то какого робота ты бы создал?», были предложены ответы на выбор. В результате 60% хотели бы создать Робота-домашнего питомца, 11% выбрали Робота-учителя, 13% Робота-уборщика, остальные 16% решили придумать свой вариант, среди них: робот-повар, робот-строитель, робот-уважения, робот- исполнитель желаний, и несколько роботов, которые делали бы за них уроки.
Опрос показал, что многим нравится играть в конструктор, и они знакомы с конструктором Лего, и многих бы заинтересовал такой школьный предмет, как «Робототехника».
5. Практическая часть.
Для меня любое конструирование роботов, это не просто четкая сборка по инструкциям, я люблю придумывать, каким будет мой робот сам. Для проекта я придумал и собрал робота по имени Валли, так зовут героя моего любимого мультика, и он очень на него похож.
Существует много видов конструкторов, но самым популярным и уникальным является Лего. С этим конструктором знакомы, я думаю все. Уникальный он, потому что все его детали подходят друг к другу и можно соединять несколько наборов. Я поступаю так давно.
На занятиях по робототехнике мы работаем с конструктором Lego Mindstorms NXT и EVE3.
Робота Валли я собрал из него и запрограммировал. Он двигается самостоятельно без моей помощи.
обот манипулятор-погрузчик. Робот оснащен электродвигателем, с помощью которого он может самостоятельно передвигаться. На базе робота установлен вращающийся механизм, который приводит в движение стрелу манипулятора. Робот способен поднимать и передвигать небольшие грузы. Управление роботом производится при помощи приложения на смартфоне.
Прототип робота может применяться на производстве, опасном для людей, а также при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
Робот манипулятор-погрузчик изготовлен на основе конструктора lego mindstorms ev3 и NXT.
Видеопрезентация робота-манипулятора https://youtu.be/6CDxpv8Lhu8
Модель «Робометр» - это устройство для автоматического определения длины прямых и извилистых линий.
«Робометр» состоит из измерительной части и робота-двигателя.
В основе измерительной части лежит прибор кульвиметр. При движении и повороте колеса при помощи системы зубчатых передач происходит поворот указателя. Указатель на первом круге производит измерения в сантиметрах, а на втором - в метрах. Предел измерения длины данной модели - 4 метра.
Робот-двигатель служит для автоматического движения прибора по заданной траектории. При помощи компьютерного блока происходит управление роботом. Управление может осуществляться при помощи компьютерной программы или при помощи пульта управления дистанционно.
Предполагается использовать «Робометр» там, где измерить длину традиционными методами невозможно или опасно, может использоваться для исследования неизведанных земель и планет, при дополнительном оснащении необходимыми датчиками.
«Робометр» изготовлен на основе конструктора lego mindstorms ev3.
Видеопрезентация робометра https://youtu.be/scwGJVAbgCM
8. Заключение.
В наши дни робототехника применяется абсолютно во всех областях и профессиях: в промышленности, в медицине, на войне и даже в космосе, роботы помогают нам по дому, а возможно в будущем и заменят многие профессии человека вообще.
В ходе исследований, я хотел показать, что изготовление робота очень интересный, увлекательный и познавательный процесс. Над созданием роботов трудятся настоящие ученые и инженеры, но каждый школьник может придумать дизайн одного из них.
Занятие робототехникой развивает навыки информатики, математики, технологии, физики, умение объемно видеть предмет и творческие способности. Во многих школах уже появляется данное направление, как дополнительные занятия, но мы считаем такой предмет нужно ввести в каждой школе, он очень полезен, ведь за инженерами, программистами, технологами - будущее нашей страны.
Я очень хочу, чтобы увлечение стало моей профессией, но если я и не стану конструктором, я знаю, что навыки, приобретенные при занятиях робототехникой, пригодятся мне в дальнейшем и в учебе, и в работе.
Еще у меня есть цель: в следующем году принять участие в Областных соревнования мобильных роботов.
У меня очень много идей, связанных с робототехникой, и я обязательно их попробую осуществить.
Список литературы.
Роботы будущего- Петр Шадрин ,М.; изд . Махаон, 2014г.
Детская энциклопедия. Техника будущего., М; изд.Литера, 2007 г.
Интернет ресурсы:
1. https://edugalaxy.intel.ru
2. http://itpoznanie.ru/robotics
3.https://sites.google.com/site/mirkonferenc/home