Роботы в нашей жизни

XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Роботы в нашей жизни

Батоболотов Т.Г. 1
1МАОУ АСОШ № 2
Батоболотова С.Э. 1
1МАОУ АСОШ № 2
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Робототехника - это творческий процесс создания роботизированной техники, то есть роботов. Такое направление объединяет в себе множество наук: математику, логику, физику, механику, программирование и многое другое. Летающие квадрокоптеры, “умный” пылесос, марсоход - это всё роботы, которых придумал человек.  

Сегодня создание роботов доступно не только учёным, но и обычным детям. Всё большую популярность набирают занятия по программированию и робототехнике. С каждым годом растёт число ребят, интересующихся техническим творчеством.

Объектом моего исследования стал робот «mBot»

Предметом является принцип строения и работы робота «mBot».

Цель исследовательской работы: создание робота «mBot» и использование его в повседневной жизни

Задачи:

1. изучение истории робототехники;

2. исследование видов современных рабочих роботов и функций, которые они выполняют;

3. изучение принципов строения и работы робота «mBot» и среды его

программирования;

4. создание робота «mBot»

5. использование робота в бытовой жизни.

  1. Организационно-подготовительный этап

    1. Краткая история робототехники

Робототехника развивалась бок о бок с цивилизацией. За последние 100 лет роботы претерпели существенные изменения и взошли на новый виток развития. Если раньше робототехника подразумевала создание механической конструкции, которая выполняла действия, подобные человеческим, то сегодня, робототехника — совсем другие технологии. Сами роботы давно переросли человеческие размеры (как в большую, так и в меньшую сторону) и расширили способности.

Андроиды в средние века

Многие исследователи говорят о том, что предпосылки возникновения робототехники уходят корнями в древние времена, когда воздвигали статуи Богов с подвижными частями тела.

В средние века популярностью пользовались автоматы, которые приводились в движение с помощью несложных механизмов, а также механические часы с фигурками людей.

В XIII веке немецкий ученый Альберт Великий изобрел прототип первого андроида: металлическая фигура была ростом с человека и открывала дверь, когда в нее стучали. Над этим проектом он трудился 30 лет. И тенденция к созданию человекоподобных моделей получила развитие: в XV немецкий механик Турианус собрал механическую куклу, играющую на флейте. Затем в Италии появилась девочка-робот, которая играла на цитре и танцевала, а в Германии появился роботизированный театр из маленьких фигурок пекаря, маляра и булочника. Кстати, Восток тоже не стоял на месте. В Японии были популярны чайные куклы, которые приносили чай гостям.

Следующий этап развития

В XVIII веке наступил расцвет часового мастерства, что привело к новому витку развития андроидов. Механики создавали роботов, умеющих писать, рисовать, играть на музыкальных инструментах. Однако все созданные модели подходили для развлечения и не выполняли практических задач. Вместе с угасанием часового дела начал ослабевать и интерес к робототехнике.

В 1805 году французский торговец Жозеф Мари Жаккар разработал автоматический станок, на котором производили ткани с заранее запрограммированным рисунком с помощью перфокарт. Ученые считают, что изобретение данного станка — важнейшее событие, которое наметило дальнейший технический прогресс. В середине XIX века российский ученый Семен Корсаков поставил задачу создания «умных» машин и описал свои первые работы, в которых использовал перфокарты как базы знаний.

Полноценный интерес к робототехнике вернулся в XX веке вместе с развитием электротехники и электроники. Роль катализатора развития в этот период сыграла, как ни странно, литература. Появилось множество произведений, в которых фигурировали роботизированные системы и, в частности, андроиды.

    1. Современная робототехника

Теоретической основой современной робототехники стала кибернетика, а точнее бионика. Современная робототехника появилась лишь во второй половине XX века, так как именно в это время назрела необходимость роботов-машин, без которых невозможно развернуть комплексную роботизацию производства. Так, с 1950-х годов началось активное внедрение на производство манипуляторов. Самые первые появились для атомных исследований, затем для глубоководной техники, металлургии и тд. Системы популярны до сих пор и постоянно совершенствуются: теперь манипуляторы доступны для домашнего использования.

Первый робот с зачатками искусственного интеллекта и зрения был создан в 1968 году и мог объезжать предметы, хотя был неустойчивым. Однако ученые говорят о появлении серьезной современной робототехники в 1970 году, когда «Луноход-1» успешно начал работать на поверхности Луны. В этот же период появились микропроцессорные системы управления, которые заменили специализированные блоки управления роботов на программируемые контроллеры. Это позволило уменьшить стоимость моделей в три раза. В 1982 году в IBM разработали официальный язык для программирования робототехнических систем, а спустя два года компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом. В 1986 году роботы были впервые применены в Чернобыле для очистки радиоактивных отходов. 

Существуют различные виды роботов, отличающиеся способами управления, техническими возможностями, назначением. Некоторые автоматизированные устройства способны полностью заменить труд человека. Робот может выполнять команды пользователя или действовать автономно, следуя заложенной программе.

По назначению роботы делятся на бытовые, сервисные, медицинские, военные, промышленные, космические, развлекательного и обучающего назначения. А также есть роботы, которые участвуют в различных соревнованиях.

Соревнования роботов

Соревнования роботов - это мероприятие, на котором могут быть протестированы и оценены способности и характеристики роботов. Обычно им приходится побеждать других роботов, чтобы стать лучшим или же быстрее всех преодолеть какие то препятствия . Многие соревнования проводятся для школ, но также проводятся соревнования с участием профессионалов и любителей.

Виды соревнований по робототехнике

  • Кегельринг — за определенное время робот должен вытолкнуть кегли за пределы ринга, но при этом сам не должен нарушать очерченные границы.

  • Сумо- инженерные задачи для робота заключаются в том, чтобы найти своего противника и вытолкнуть его с плоской арены. Роботу также следует избегать покидания арены, обычно с помощью датчика, который определяет край.

  • Лабиринт — суть ясна из названия: автономный робот должен проехать от точки «А» в точку «Б» по лабиринту, минуя разнообразные препятствия.

  • Лестница — соревнование подразумевает, что робот может преодолевать разные подъемы.

  • Траектория — робот должен добраться до конечной точки назначения, соблюдая указанную на пути траекторию.

  • Футбол — зрелищный вид соревнований, когда команды роботов или самостоятельные единицы, играют в футбол, то есть забивают противнику как можно больше голов.

  • Прикладная робототехника — серьезное мероприятие, когда робототехники в команде или по одному продумывают систему для решения реально существующих производственных задач.

  1. Технологический этап

    1. Что такое mBot?

mBot — это интересный набор, состоящий из разных деталей, для построения небольшого робота от команды Makeblock, программировать которого можно с помощью среды mBlock.

Электроника mBot состоит из базовой платы mCore, которая создана на базе контроллера Arduino и двух датчиков — ультразвукового датчика препятствий и инфракрасного датчика линии. Программирование робота, осуществляется через USB-кабель или через Bluetooth. Управлять роботом, можно по Bluetooth через мобильное приложение mBlock или входящим в комплект ИК-пультом.

В комплект входит удобная отвертка с разворачивающимся наконечником. Можно также использовать гаечный ключ на 5 мм.

После сборки робот включается, подаёт звуковые и световые сигналы, сразу готов к работе на предустановленной программе. Родная прошивка "из коробки" имеет 3 режима. Режимы переключаются по нажатию кнопки на плате.

1. программа избегания препятствия;

2. программа движения по черной линии;

3. программа движения по нажатию кнопок пульта - управление пользователем.

Стоимость одного набора стоит в пределах от 5000 до 15000 рублей, в зависимости от онлайн-магазинов и поставщиков.

    1. Использование робота mBot в повседневной жизни

Все мы сталкивались с ситуацией, когда при пошиве или вязании теряем иголку. Она куда-то провалилась, и найти ее может быть не просто. Моя мама и бабушка часто теряют их. И чтобы решить эту проблему , я решил использовать магнитную ленту. К основному корпусу моего робота снизу прикрепил магнитную ленту, написал программу движения робота по комнате и запустил его. Магнит притягивает металлические иголки. И таким образом, такой способ значительно облегчает их поиск.

    1. Достоинства и недостатки конструктора mBot

Достоинства конструктора.

1. прочный металлический каркас - устойчивость к повреждениям (кстати, робота можно "обвесить" деталями от Лего, отверстия на это рассчитаны);

2. плата закрыта полупрозрачным коробом, который с одной стороны защищает плату, с другой - не мешает видеть светодиоды и не препятствует использованию датчика света и динамика;

4. возможность программирования робота на компьютере в Scratch-подобной среде mBlock: сначала можно в блочном визуальном виде, а дальнейшем плавно приучаться и переходить к текстовому программированию на Arduino IDE

5. возможность как непосредственного управления с клавиатуры после специальной прошивки, так и создания программы для автономной работы робота.

6. наличие мобильного приложения Makeblock. Приложение даёт возможность

а) использовать анимированную 3D инструкцию по сборке робота;

б) поиграть с mBot'ом, превратив мобильное устройство в пульт;

в) запрограммировать mBot'а прямо в этом приложении с использованием Scratch-подобного визуального кода.

Недостатки со временем, наверное, найдутся. Пока что - маловато датчиков в комплекте. Вообще-то существуют наборы Add-ons, позволяющие расширить функциональность mBot'ов и вроде бы есть возможность подключения датчиков Arduino к mBot с помощью переходника. Но это уже мой следующий этап изучения робота mBot.

Заключение

Роботизация – это необратимый процесс, который ждет нас в будущем. Она принесет огромную пользу человечеству, но, в то же время, кардинальным образом изменит построение процессов во всех отраслях. Уже сейчас есть возможность стать частью этого процесса и получить фундаментальные знания в области робототехники. Использование робота mBot дает эту возможность , то есть помогает легко освоить программирование . А применение робота в повседневной жизни делает его полезным и интересным.

Литература

1. Клаузен, П. Компьютеры и роботы [Текст] / Пер. с нем. С.И. Деркунской. – Москва: Мир книги, 2006. – 48 с.

2. Копосов, Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6-го классов [Текст]: учеб. пособие / Д.Г. Копосов. - Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2014. – 286 с.

3. Григорьев А, Винницкий Ю., Игровая робототехника для юных программистов и конструкторов mBot и MBLock- Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2019- 10с

Технологическая последовательность сборки робота mBot (ПРИЛОЖЕНИЕ)

1)Первым делом нужно установить 2 мотора, которые закрепляются болтами и гайками

2) Затем прикрепляем колеса с шинами

3) Устанавливаем датчики (датчики линии и расстояния)

4) Подсоединяем провода от датчиков к контролеру

5) Для питания модуля используются 4 пальчиковые батарейки типа АА. Батарейный отсек прикрепляем к модулю с помощью липучки.

6) Контролер устанавливаем на специальной подставке поверх батарейного отсека с помощью болтов

7) Подключаем провода к соответствующим портам.

8) По блютуз подключаем к компьютеру. Также необходимо написать программу на выполнение поставленных перед роботом задач.

Использование робота mBot в повседневной жизни (ПРИЛОЖЕНИЕ)

Просмотров работы: 28