XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Робототехника - не просто игра, а серьёзное увлечение

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Перминов М.В. 1

---

1МАОУ "СОШ №17"

Стриганова Е.В. 1

---

1МАОУ "СОШ №17"

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире идет абсолютное внедрение роботов в повседневную жизнь!

Очень многие процессы заменяются роботами. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, метеорология, общественная безопасность, развлекательные цели. Роботы летают в космос, исследуют другие планеты; собирают автомобили; в военных целях — разминируют бомбы и разведывают обстановку с воздуха, их используют в качестве сиделки, нянечки, домработницы и т.д.

Совсем недавно подобные устройства казались фантастикой, нововведением, непостижимым обычному человеку, но теперь они стали технологией, занявшей особое место в нашей повседневной жизни.

Очень трудно представить детские игры без игрушек. На сегодняшний день ассортимент игрушек настолько разнообразен, что порой бывает довольно трудно выбрать. Причем, это должно быть интересно, занимательно и в то же время еще и развивать ребенка. Чем же лучше занять ребенка? Какую игрушку ему купить? Ответ достаточно прост – выбрать набор «LEGO».

В первом классе я начал посещать кружок «Робототехника», где мы изучали, как правильно называются детали, какие есть крепления, как правильно конструировать модели. Со второго класса мы начали работать с ЛЕГО-наборами: первые конструкции, первые механизмы, учимся собирать из них модели, а потом программировать на компьютере и “оживлять” собранные нами модели.

Робототехника – это мое серьезное увлечение, и я решил посвятить свой проект именно этой теме.

Актуальность проектной работы заключается в том, что на сегодняшний день в повседневной жизни – дома, в школе мы используем множество технических устройств: мобильные телефоны, стиральные машины, компьютерную технику и многое другое, всё это является роботами. Одним из наиболее перспективных направлений в сфере IT-технологий является- робототехника. В течение следующих десяти-пятнадцати лет в мире появится огромное количество новых профессий, в основе которых и будут знания из робототехнической области.

Цель: получить теоретические знания о развитии робототехники в мире, практический опыт проектирования робота, и доказать, что робототехника может быть не просто игрой, а серьезным занятием, которое в дальнейшем может стать профессией.

Задачи:

1. Изучить и проанализировать литературу по заданной теме.

2. Изучить историю роботов.

3. Узнать, где может пригодиться робототехника,

4. Выяснить, почему робототехника полезна детям?

5. Провести анкетирование, чтобы узнать, насколько популярной является робототехника, среди моих одноклассников и их родителей.

6. Построить с помощью конструктора LEGO SPIKE Prime свою модель робота.

7. Выйти с докладом по данной теме на разную аудиторию: учителей, родителей и детей.

Гипотеза: знания и навыки, полученные на кружке по робототехнике, пригодятся мне как в учебе, так и в дальнейшей жизни.

При написании работы были использованы следующие методы исследования: изучение литературы, интернет-источников, знакомство с предметом исследования, его историей, практические занятия с конструктором ЛЕГО, анкетирование одноклассников и их родителей, обобщение.

Практическая значимость работы в том, что она позволит расширить мои знания и познакомит с результатами моего исследования одноклассников, родителей. Данный материал может быть использован при проведении классного часа «Роботы в жизни человека».

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕРМИНОВ «РОБОТ» И «РОБОТОТЕХНИКА

1.1. История роботов

На самом деле развитие робототехники началось еще до нашей эры, когда Архит Тарентский в IV веке до н.э. задумал создание первого в истории человечества робота – механической птицы из дерева, которую предполагалось приводить в движение паровой тягой для подъема до 200 метров ввысь (Приложение 1).

Первый человекоподобный робот был сконструирован Леонардо да Винчи в 1495 году. Это был рыцарь, способный шевелить руками и вращать головой (Приложение 2).

Но гораздо дальше всемирного гения продвинулся в XVIII веке механических дел мастер Жак де Вокансон, создавший уникальную утку, позже названную в его честь, а также играющего на флейте андроида, в числе умений которого было проигрывание 11 мелодий (Приложение 3).

Швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро в 1770г создал автоматический механизм под названием «Писатель». Это сидящая за столом девочка, которая выписывала аккуратным почерком буквы, слова и даже могла нарисовать собаку. При этом она плавно покачивала головой и опускала веки в такт движения руки. Созданный механизм предназначался для записи слов и предложений до 40 символов. Не смотря на столь серьезный возраст, механизм отлично работает и по сей день, шокирую всех своей сложностью.

В 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.

Не остались в стороне и русские механики. Иван Петрович Кулибин с 1764 г. построил в течение трех лет яичную фигуру – универсальные часы. Часы давали театрализованное представление и играли музыку (Приложение 4).

Никола Тесла в 1890-е – 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.

Сам термин «робот» был изобретен уже в XX веке. Что интересно, пришел он из литературы – в 1920 году писатель из Чехии Карел Чапек написал пьесу о производстве, выпускающем ненастоящих людей, где впервые было упомянуто это слово. Кроме того, его творение «Р.У.Р.» (сокращение от чеш. «Россумские универсальные роботы») стало передовым произведением о «злых» роботах, которые сначала во всем помогают людям, а затем захватывают контроль над человечеством (Приложение 5).

Роботы –автоматическое устройство, предназначенное для осуществления различного рода механических операций, которое действует по заранее заложенной программе.

Понятие «робототехника» принадлежит Айзеку Азимову, впервые оно фигурирует в его рассказе «Лжец» 1941 года.

Робототехника (от слов «робот» и «техника») — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование.

1.2. Робототехника в современности

Роботы представляют собой автономные или управляемые механические устройства, способные выполнять разнообразные задачи, начиная от простых действий, таких как поднятие предметов, и до сложных операций, таких как хирургические вмешательства или исследования космоса.

Роль роботов в современном мире:

1. Промышленность: Роботы широко используются в производственных линиях для автоматизации монотонных и опасных операций. Они повышают производительность, снижают стоимость производства и улучшают качество изделий.

2. Медицина: Роботы применяются в хирургии для выполнения сложных и точных операций. Они позволяют хирургам работать с меньшей инвазивностью и повышенной точностью.

3. Исследования: Роботы используются для исследования опасных и недоступных мест, таких как дно океана, поверхность других планет, радиоактивные зоны и т.д.

4. Образование: Робототехника играет важную роль в образовании, помогая ученикам и студентам изучать научные и инженерные концепции через практическую работу с роботами.

5. Бытовые приложения: Роботы для уборки, доставки, помощи пожилым и инвалидам становятся все более распространенными, облегчая повседневную жизнь людей.

6. Развлечения: Роботы используются в развлекательных целях, включая игры, аттракционы и создание анимированных персонажей.

7. Транспорт: Разработка автономных автомобилей и беспилотных дронов меняет подход к транспортной системе и создает новые возможности для безопасности и эффективности движения.

Отлично проявляют себя роботизированные системы в сфере безопасности. Эти роботы первыми обнаруживают пожароопасные ситуации и успешно предотвращают их.

1.3. Почему робототехника полезна детям

И все-таки, почему робототехника полезна детям?

Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, помогает мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять полученные знания для решения реальных проблем.

Робототехника помогает овладеть навыками начального технического конструирования, в развитии мелкой моторики, в изучении понятий конструкции и основных свойств (жесткости, прочности, устойчивости), а также в навыке взаимодействия в группе.

Робототехника – это предмет, где требуется слаженная работа в команде, и где каждый ученик сможет взять на себя роль, которая удается ему лучше всего. Кто-то быстро схватывает задачу и хорошо выражает свои идеи на бумаге, есть ученики, которые ведут себя «тише», но отлично кодируют, выполняют технические задачи и даже поддерживают дисциплину в команде, напоминая, что надо сосредоточиться на задаче. Благодаря объединенной работе оба типа учеников развивают свои качества, выражают идеи и создают наилучший конечный результат.

Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе.

Конструктор развивает внимание, помогает развиваться творческим способностям. Также это хорошая возможность научиться выдержке и усидчивости.

Развивающие возможности детского конструктора «LEGO» безграничны.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Методы и материалы исследования

Практическая часть работы проводилась в три этапа.

Первый этап: обдумывание проекта модели робота.

Второй этап: анкетирование обучающихся 4 «А» класса МАОУ «СОШ №17» г. Соликамска и их родителей (Приложение 6). В опросе приняло участие 26 обучающихся и 26 родителей. Результаты анкетирования сведены в таблице (Приложение 7).

Третий этап: проведение классного часа ««Роботы в жизни человека». На классном часе присутствовало 26 человек из 4 «А» класса МАОУ «СОШ №17» г. Соликамска.

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.

На занятиях по робототехнике мы работаем с конструктором LEGO SPIKE Prime. Сначала, мы собираем поэтапно робота по схеме или самостоятельно, придумывая модель. Это в среднем по времени занимает от 20 до 60 минут.

Мозгом робота является хаб (контроллер робота). Далее, подключаем к Хабу моторы и датчики. В программе на компьютере или планшете сразу отображаются все подключенные компоненты. Теперь остаётся только задать роботу действия. Если все детали робота собраны верно, то программа LEGO SPIKE приводит робота в движение.

Собранные мною роботы умеют передвигаться по прямолинейной траектории движения. Также я уже собрал модели, имитирующие автобус, вертолет, лодку, качель, колесо обозрения, канатную дорогу.

2.2. Моя модель – автоматизированный счетчик количества отжиманий

Помимо кружка «Робототехника» я также люблю заниматься спортом. Третий год в школе я занимаюсь легкой атлетикой. Во время сдачи отжиманий учитель физкультуры считает количество выполненных отжиманий и при этом обращает внимание на необходимость до конца сгибать локти. Я задался вопросом, а нет ли какого-нибудь приспособления, которое могло бы самостоятельно считать и при этом засчитывать только верные отжимания. И мне в голову пришла идея создать из конструктора автоматизированный счетчик отжиманий.

Изначально я решил использовать в своей модели датчик цвета, но, обсудив идею с педагогом, я понял, что это не совсем удобно, так как возникает необходимость при отжимании всегда использовать одежду одного определенного цвета. Тогда я решил, что датчик расстояния самый лучший и верный вариант для моего счетчика отжиманий.

Для создания своей модели я использовал конструктор LEGO SPIKE Prime.

Рис. 2.2.1. Сборка «Счетчика отжиманий»

Рис. 2.2.2. Сборка закончена

Моя конструкция состоит из хаба, датчика расстояния и платформы.

После того как модель робота была собрана, необходимо было его запрограммировать.

Рис. .2.2.3. Программирование и проверка робота

Программа отлично показала свои результаты. Робот запрограммирован и функционирует (Приложение 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании анализа научной литературы и проведённому анкетированию я пришел к следующим выводам:

1. Робототехника – одна из наиболее динамично развивающихся областей науки и техники.

2. Роботы являются неотъемлемой частью жизни современного человека в различных сферах деятельности.

3. В ходе данной работы я доказал, что робототехника может быть не просто игрой, а серьезным занятием, я получаю возможность окунуться в мир современных технологий, учиться работать с конструкционными материалами.Изучив принцип работы робота и среду его программирования, можно изготовить простейшего роботасвоими руками. То есть гипотеза подтвердилась, цель и задачи проекта выполнены.

В ходе моих 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.

Я считаю, что робототехника может быть не просто игрой, а серьезным занятием. Я хочу, чтобы это увлечение стало моей профессией, но даже, если я не стану конструктором, думаю, что навыки, приобретенные при занятиях робототехникой, пригодятся мне в дальнейшем и в учебе, и в работе.

В настоящее время в Москве на ВДНХ проходит Международная выставка-форум «Россия». Пермский край представляет нового человекоподобного робота, который носит название «Арди», это новая разработка пермских робототехников. Робот умеет петь, читать стихи и даже делать селфи. Он создан так, что его мимика, выражения лица и жесты очень схожи с человеческими.

Таким образом, с уверенностью можно говорить, что за робототехникой – большое будущее.

Во время работы по данной теме я прочитал несколько статей, научился планировать свою деятельность, работать с компьютерными программами, самостоятельно проводить анкетирование.

Список литературы

1. История развития робототехники [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://roboreview.ru/nauka-o- robotah/istoriya-razvitiya-robototehniki.html (дата обращения: 22.01.2024);

2. Развитие робототехники и ее будущее [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-robototehniki-i-ee-buduschee-primenenie-etika-i-bezopasnost/viewer(дата обращения: 22.01.2024);

3. Зачем робототехника школьнику [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ekb.ligarobotov.ru/zachem-robototexnika-shkolniku/ (дата обращения: 22.01.2024).

4. Робототехника: Технологии и роль роботов в современном мире [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://vc.ru/u/22269-aleksandr-shulepov/790423-robototehnika-tehnologii-i-rol-robotov-v-sovremennom-mire (дата обращения: 22.01.2024).

5. Что такое робототехника и зачем она детям? [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://r-ed.world/news/tpost/bgb6ryuje1-chto-takoe-robototehnika-i-zachem-ona-de (дата обращения: 22.01.2024).

6. 5 изобретений Ивана Кулибина, которые стыдно не знать [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dzen.ru/a/W-7-FwCoGQCqPrQH (дата обращения: 22.01.2024).

7. Робототехника [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0 (дата обращения: 22.01.2024).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Первый в истории человеческий робот

Приложение 2

Первый человекоподобный робот

Приложение 3

Уникальная утка

Приложение 4

Универсальные часы в виде яичной фигуры

Приложение 5

Россумские универсальные роботы

Приложение 6

Анкета для опроса

Анкета для детей и родителей

Просим Вас принять участие в опросе и ответить на вопросы анкеты.

Внимательно читайте каждый вопрос. Просим отвечать искренне. Ответы будут использованы в обобщенном виде. Свою фамилию указывать не надо. Анонимность гарантируется.

1. Любите ли вы собирать конструктор?

а) да                          б) нет                  в) другое:_____________________

2. Знаете ли вы что такое «Робототехника»?

а) да           б) нет          

3. Полезны ли занятия «Робототехникой» для детей?

а) да                          б) нет                  в) другое:_____________________

4. Какие роботы нужны людям в современном мире?

5. Если бы вы были изобретателем, то какого робота вы бы создали?

6. Как вы считаете за кем будущее: робот или человек?

а) робот           б) человек        в) другое:______________

Приложение 7

1. Любите ли вы собирать конструктор?

2. Знаете ли вы что такое «Робототехника»?

   Участники анкетирования	Количество участников	Варианты ответов
   		да	нет
   Одноклассники	26	15	11
   Родители	26	22	4

3. Полезны ли занятия «Робототехникой» для детей?

4. Какие роботы нужны людям в современном мире?

5. Если бы вы были изобретателем, то какого робота вы бы создали?

6. Как вы считаете за кем будущее: робот или человек?

Приложение 8

Счётчик отжиманий