XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Роботы - помощники?!

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Соколова К.Д. 1

---

1МОУ СШ №6

Соколова С.Ю. 1Мастакова М.А. 1

---

1Центр "Созвездие"

Работа в формате PDF

784.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение.

В удивительное время мы живем, еще наши бабушки и дедушки считали, роботов чем-то сверхъестественным. А заметки о них читали только на страницах фантастических книг и журналов. В наше время роботы не новость, и встречаются повсеместно.

Моя мама много работает, бывает и задерживается, но ужин всегда приготовлен во время. В этом ей помогает специальная программа в духовом шкафу. Электрическая духовка может быть запрограммирована таким образом, что вовремя включиться и отключиться сама по истечению заданного времени. Я понаблюдала, как мама ловко справляется со всеми современными устройствами. Посуду ей помогает мыть программа в посудомойной машине, стиральная машина тоже работает при помощи программирования. И я задумалась, а какие еще помощники окружают нас.

Первое нам потребуется дать понятие определению «робот».

Задавшись вопросом этим вопросом, я заглянул в энциклопедию, и первое, что я прочитал, было вот такое определение:

«Робот – это электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство, программа, либо их комбинация, работающая без участия человека и выполняющие действия, обычно осуществляемые человеком.»¹

Исходя из определения, я предположила, что применение роботов в жизни людей имеет большое значение и это облегчает жизнь человека.

Цель проекта: расширить знания в области науки и техники, а именно — робототехники, попробовать собрать простейшую модель робота–уборщика, который будет убирать детали конструктора Lego.

Задачи проекта:

- изучить историю создания роботов

- узнать, какие виды роботов существуют, какие функции они выполняют

- провести исследование среди 3 возрастных групп о значении роботов в жизни человека.

- собрать модель мини-робота уборщика.

Объект исследования: роль роботов в жизни людей.

Предмет исследования: роботы

Методы исследования:

• анализ научной литературы;

• наблюдение;

• поиск информации в Интернете;

• опрос (анкетирование).

Гипотеза: предположим, что, изучив различные модели современных роботов, возможно, смоделировать домашнего робота помощника.

Глава 1.

1. 1. История появления роботов.

С лово «робот» было придумано чешскими писателями Карелом и Йозефом Чапеками и впервые использовано в пьесе К. Чапека под названием «Р. У. Р.», описывающей фабрику, где производят «искусственных людей». Изначально К. Чапек планировал назвать их «лабори», однако после совета брата появилось слово «робот», происходящее от чешского «robota», что переводится как «барщина» или «подневольный труд». В ранних русских переводах использовалось слово «работарь».

В 1942 году писатель-фантаст Исаак Азимов впервые использовал термин «робототехника» и сформулировал три закона для роботов: должен выполнять приказы человека, не причинять ему вред и уметь защищать себя

1.2.Появление роботов в России

Р оссийская Робототехника имеет давнюю историю. Известно, что в 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал «робота», который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских новочеркасского Политеха. Ранее, в 12 лет создал маленький радиоуправляемый броневик, стрелявший фейерверками. На "робота" Мацкевича обратили внимание власти и в 1937 году он представлял его на Всемирной выставке 1937 года в Париже.

К разработке первого робота в нашей стране приступили в 1969 году. Это был промышленный робот и назывался он "Универсал - 50". Его продемонстрировали на выставке в Сетуне в 1971 году. После этого роботы стали активно внедряться в промышленное производство. Всего советский Союз разработал и произвел более ста тысяч моделей роботов.

С тех пор роботы уверенно «завоёвывают» производство, а с недавних пор – и другие сферы деятельности: появились роботы-разведчики, роботы-официанты, роботы-уборщики… В 2009 г. впервые был представлен (пока только на учениях) робот-милиционер, оснащённый винтовкой ВСК-94, пистолетом Ярыгина и метательной установкой для ручных гранат.Словом, трудно назвать такую сферу деятельности, где не «отметились» бы роботы.

Глава 2. Применение роботов в различных областях.

2.1. Классификация

Чёткой классификации роботов не существует. В разных источниках, посвященных робототехнике, можно встретить различающуюся классификацию автоматизированных машин. Связано это с тем, что сами машины видоизменяются, их функции постоянно меняются.

В данный момент наиболее целесообразно разбиение всех видов роботов на группы (по функциональному назначению):

• Промышленные роботы

• Медицинские роботы

• Бытовые роботы

• Роботы для обеспечения безопасности

• Боевые роботы

• Роботы-учёные

• Роботы-учителя

• Другие

Роботы в промышленности.

Р азработка специальных промышленных роботов, которые будут заменять людей на производстве, а также в научных лабораториях - это очень важная отрасль робототехники, так как машины заменяют людей в условиях опасных для здоровья, а также в тех областях, в которых существует большой риск для жизни.

Промышленные роботы представляют собой автоматически управляемую систему. Управление осуществляется при помощи специального программного обеспечения или манипулятора.

KUKA KR QUANTEC PA - роботов-палетоукладчик.

Р обот функционирующий при экстремально низких температурах. Он создан для работы преимущественно в морозильных камерах, при температурах до -30 °C. Электронные и механические части аппарата не нуждаются в защите от мороза, снега, инея, а также не выделяют излишнего тепла.

Военные роботы.

Военные роботы применяются, как в качестве действующей силы, так и для помощи военнослужащим.

На выставке 2006 года министром вооруженных сил РФ Сергеем Шойгу была отмечена новая разработка отечественных робототехников - это робот - сапер. Такая машина способна не только отыскать взрывное устройство, но и обезвредить его. В планах разработчиков создание более внушительных роботов, способных обезвреживать минные поля.

Роботы в медицине.

Медицина всегда считалась одной из самых сложных областей человеческой деятельности, в чем-то сродни искусству. Но сегодня роботы уже ставят диагнозы точнее людей.

Роботы-манекены воспроизводят функциональные особенности сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной систем, а также генерируют ответ на различные действия обучающихся, в том числе и введение лекарственных препаратов. Эта физиологическая реакция является непроизвольной (автоматической) в ответ на клинические воздействия. Наличие у роботов человеческой физиологии - уникальное свойство данных роботов.

Роботы-ортезыпомогают людям с травмами позвоночника заново учиться ходить. Человек прикрепляется к роботу и вместе с ним, подчиняясь механизму, идет по беговой дорожке.

DaVinci - хирург.

П ока робот-хирург - это не самостоятельно действующий механизм, а послушный 500-килограммовый инструмент в руках врача. У операционного модуля четыре «руки». Три из них оканчиваются миниатюрными хирургическими инструментами - скальпелями и зажимами, а четвертая управляет крошечной видеокамерой. DaVinci оперирует через сантиметровые проколы, поэтому без камеры не обойтись, зато у пациента почти не остается шрамов. Когда робот «колдует» над больным, хирург-человек сидит за пультом в отдалении от стола. Врач манипулирует джойстиками, которые с ювелирной точностью передают движения пальцев и кисти «рукам» daVinci. Как и у человеческой кисти, у них семь степеней свободы, но манипуляторы гораздо сильнее, не устают и мгновенно замирают, если хирург отпустит джойстики. Свои действия врач контролирует через окуляр, куда поступает увеличенная до 12 раз картинка с видеокамеры.

Роботы-хирурги daVinci работают в сотнях клиник по всему миру. В России 20 таких аппаратов.

Роботы в быту

Роботы бытового назначения разработаны для того, чтобы помогать человеку в повседневной жизни. То есть в ведении хозяйства, повседневных дел, в учебе и так далее. Такие роботы уже достаточно плотно вошли в жизнь людей. Они постоянно развиваются, на рынки выходят новые виды автоматизированных автономных устройств.

Робот-питомец

Т акие роботы сложно назвать обычными игрушками, целевая аудитория этого класса устройств – вполне взрослые люди. Наверное, самый известный робот этого класса – разработка компании Sony, робот-собака AIBO. Она имеет множество модификаций, первая модель была выпущена в 1999 году.

Робот-пылесос

В отличие от всех других домашних роботов, роботы-пылесосы известны, наверное, каждому современному человеку. Первые такие устройства появились несколько лет назад, но до сих пор ученые не перестают обновлять их возможности и характеристики. Дело дошло даже до того, что робот-пылесос способен сам пойти на зарядку, если его аккумулятор будет на исходе.

Это компактный пылесос, а если быть точнее, то элекрощетка, миниатюрное устройство с мощностью всасывания всего лишь в несколько ватт. Разумеется, он не сможет выбить всю пыль из домашнего ковра, помыть пол или сделать химчистку мягкой мебели. Но он на это и не рассчитан. Робот-пылесос - это помощник в уборке по дому, который сам, без вмешательства человека (или с минимальным его участием) соберёт лишний мусор, видимую пыль и грязь, чтобы она не летала в воздухе.

Бытовые роботы не нашли широкого распространения, но в будущем планируется, что они будут использоваться активнее.

Глава 3. Практическая часть.

Для проведения опроса я разработала анкету «Роботы вокруг нас». В моем опросе участвовали 3 возрастные категории:

1. дети 7-10 лет (мои одноклассники);

2. взрослые 25-45 лет (поколение моих родителей);

3. взрослые 46 лет и старше (поколение моих бабушек и дедушек).

Всего в опросе поучаствовало 54 респондента.

Опрос выглядел следующим образом:

1. Ваш пол

муж жен

2. Ваш возраст

7-10 лет 25-45 46 и больше

3 Интересна ли Вам тема роботов и робототехники?

да

нет

затрудняюсь ответить

4. Где применяются роботы?  Отметьте несколько вариантов.

в быту

в производстве

в медицине

в образовании

в военной сфере

в науке

5. Знаете ли Вы, как создаются роботы?

Да, занимаюсь по программе «робототехника»

Да, читал/ла в книге, видел/ла по ТВ, Интернет

Нет

6. Какие роботы Вас окружают в повседневной жизни? Перечисли

Всего в опросе поучаствовало 43 жен.пола и 11 муж.пола респонденты.

Всего в опросе поучаствовали мои одноклассники в количестве 27 человек. Для них я проводила опрос письменно.

В возрастной группе 25- 45 лет участниками опроса стали 19 респондентов.

В возрастной группе 46 и старше 8 человек.

Для данных категорий был запущен гугл-опрос через ссылку в социальных сетях.

Как мы видим из диаграммы тема роботов интересна 74,1 % респондентов.

Причем 4 ответа НЕТ, где мнение подели возрастная группа 2 ответа среди 25-45 лет и 2 ответа среди 46 лет. Исходя из данных опроса можно предположить, что тема роботов интересна всем поколениям без возрастных ограничений.

Вопрос №4Было важно проверить насколько респонденты разного возраста знают о применении роботов. Как показал опрос категории 25-45 лет и 45 + большинство отметили все сферы представленные в данном опросе.

А категория младших школьников не достаточно широко знают о возможностях роботов и отвечали чаще выбирая 1 или 2 направленности.

Как видно из графика применение роботов в образовании особенно не актуально для всех категорий исследуемых.

Вопрос №5 был предназначен, чтобы выяснить знают ли мои сверстники и взрослые как создаются роботы.

Как видно из диаграммы 27,8% и 44,4 % осведомлены, что роботы это результат высокотехнологичных проектов, созданные человеком.

6. Какие роботы Вас окружают в повседневной жизни? Перечисли 54 ответа

Робот-пылесос 18 ответов

колонка Алиса 5 ответов

посудомойка,

Калькулятор, блендер

никакие

К сожалению никакие, но хочу робот-пылесос

миксер

роботы на выставке

машина стиральная 4 ответа

На сайте госуслуги

Быт техника,

программируемые игрушки

дроны. умный дом

Вся бытовая техника, компьютер, телефон

хочу робота чтобы убирал мусор и пыль

микроволновка

хочу робота чтобы заправлял кровать сам

смартфон

Вопрос №6 задавался в опросе с целью, выяснить какие роботы окружают чаще всего людей. Путем обработки ответов я выяснила, что основные роботы это помощники в быту.

Вывод: Человек во все времена старался облегчить себе бытовые задачи. Когда то была придумана мясорубка для прокрутки фарша, а сейчас нашим мамам и бабушкам помогают робот-пылесосы, а детей развлекают роботизированные игрушки.

Создание бытового робота «Робот-уборщик»

Самым частым ответом на вопрос анкеты: «Какие роботы Вас окружают в повседневной жизни?» был – робот-пылесос. Мне тоже нужен такой робот, но не для уборки помещений, а для уборки конструктора Lego. Так как я занимаюсь робототехникой и у меня есть уже определенные навыки и умения в этой области, то я решила сконструировать робота для уборки деталей Lego самостоятельно.

Для изготовления робота мне понадобился базовый конструктор LEGO Mindstorms EV3.

В основе моего робота находится двухколесная двухмоторная робоплатформа собранная на базе конструктора Lego Education EV3, к которой крепится захват для сборки деталей.

Двухмоторная робоплатформа.

Двухматорная робоплатформа с захватом.

Захват, который был предложен в инструкции, не подошёл, для выполнения задач, поставленных перед роботом. А именно детали конструктора проскальзывали под захват, поэтому захват был мною модернизирован.

Управление моим роботом осуществляется при помощи телефона, на котором установлена программа EV3 Simple Remote. Телефон и робот соединяются по беспроводной сети Bluetooth.

Вывод: собранный мною робот – уборщик справился с поставленной перед ним задачей.

Заключение.

Мы настолько привыкли к робототехнике, что порой не мыслим без неё наш быт. Как само собой разумеющееся у каждого дома есть стиральная машина, хлебопечь, микроволновая печь, кофеварка и т.д. Робототехника является одним из активно развивающихся направлений современной науки. Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом.

В ходе своей работы я познакомилась с историей развития роботостроения, его настоящим и будущим. Мне удалось реализовать поставленную цель: расширить знания в области робототехники, собрать простейшую модель робота–уборщика, который будет собирать детали конструктора Lego.

Список используемых источников

1. БедфордАллан. LEGO. Cекретная инструкция. М.:ЭКОМПаблишерз, 2013. – 332 с.

2. Сборник лучших творческих проектов участников Всероссийских роботехнических соревнований «ИКаР». М.: Издательство «Перо», 2017. – 164 с.

3.Корягин А. В. Образовательная робототехника (LegoWeDo). Сборник методических рекомендаций и практикумов. – М.: ДМК Пресс, 2016. – 254 с.

4. Хамцова Л. А. Начальное техническое моделирование. Сборник методических материалов. М.: Издательство «Перо», 2016. – 112 с.

Приложение