Мой личный робот – доставщик

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

Личный портфель

Мой личный робот – доставщик

Волочай В.А. 1
1МАОУ Гимназия №17 г. Пермь
Аксенова Н.В. 1
1МАОУ Гимназия №17 г. Пермь
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Робототехника сегодня является одной из наиболее перспективных отраслей технологического развития. С каждым годом роботы становятся все более востребованными, и все чаще применяются в самых различных сферах жизни. Роботы управляют самолётами и поездами, спускаются в жерла вулканов и на дно океана, помогают в строительстве космических станций, в сборке автомобилей и производстве микрочипов, охраняют здания, используются военными для разведки и разминирования, помогают спасателям искать людей под завалами. Нет такой области, в которой человек, не попытался бы создать себе помощника.

Роботы – это механические помощники человека, способные выполнять какие-либо операции и действия. Когда-то они были фантастикой. На протяжении многих веков люди изобретали машины и механизмы, способные облегчить им жизнь, и современный человек уже не представляет свою жизнь без них. В этом и заключается актуальность работы.

В России набирают большую популярность роботы-доставщики, я решил создать с помощью LEGO Education Mindstorms EV3 себе «Робота-доставщика». Он будет мне помогать доставлять вещи из комнаты в комнату. Я не буду тратить время на передвижение по всей квартире. Я думаю это будет интересно и увлекательно.

Я не первый год занимаюсь робототехникой, сборкой роботов, уже более 3лет. Мне очень нравится и мне интересно. Мои работы-роботы- – робот-мусорщик, робот- экскаватарщик, робот-шуруповерт, робот-помощник, в этом году робот –доставщик.

Цель работы: собрать робота-доставщика своими руками на базе конструктора LEGO Education Mindstorms EV3, язык программирования EV 3G (Lab View).

Для достижения данной цели нам необходимо решить следующие задачи, используя разные методы.

Задачи работы:

  • Узнать какие роботы бывают и их историю;

  • Узнать применение и значение роботов во всех сферах деятельности человека и в отраслях промышленности;

  • Понять, какое значение имеет робототехника лично для меня и моего интеллектуального развития.

  • Получить новые знания и навыки при сборке робота.

Методы создания проекта: конструирование, программирование, наблюдение, испытание модели.

3

1.История робототехники.

Роботы ассоциируются у большинства людей исключительно с новыми технологиями. Однако идеи создавать машины подобные людям, уже сотни лет. Существа, напоминающие современных роботов, можно найти даже в мифологии и литературе. Оказывается, первые мысли к созданию роботов возникли еще до нашей эры: в середине 3-го тысячелетия египтяне изобрели «думающих машин» - внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать предсказания и советы.

Наиболее популярными в средние века были автоматические часовые механизмы и человеческие фигуры, которые двигались.  Так в 1495 году Леонардо да Винчи создает проект механического рыцаря, чтобы показать, что машина может двигаться, как человек. Но Леонардо так его и не сконструировал. Это изобретение эпохи Возрождения считается первым в истории роботом.

Не остались в стороне и русские механики. Иван Петрович Кулибин в 1769 году сконструировал часы в оригинальной форме в виде гусиного яйца. Часы показывали не только секунды и часы, но также времена года и фазы Луны, при этом они каждый час открывались, а в полдень играла музыка. В середине 17-го века часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид». Так они создали автомат - чертежник. 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. Затем были другие подобные автоматы.

К 1805 году возникают механизмы, дающие начало созданию автоматических станков.

В конце 19 века увидела свет пьеса Rossumovi univerzální roboti («Россумские универсальные роботы») чешского автора Карла Чапека, которая дала миру слово «роботы» – создания, механически и интеллектуально совершеннее человека. Наиболее широко и значимо в литературе тема робототехники раскрылась в работах Айзека Азимова, в цикле рассказов «Я, робот». Сейчас, кажется, о трех законах робототехники знает даже далекий от этой сферы человек.

В 1890 году 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.

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Телевокс обладал способностью слышать и исполнять несколько различных приказаний,

4

отдаваемых человеком при помощи звуков свистка. Он мог выполнять некоторые домашние работы, заменяя домработницу.

В 1936 году советским школьником Вадимом Мацкевичем был создан настоящий робот, который мог поднимать правую руку – это первый робот андроид в России. В 1937 году был удостоен диплома Всемирной выставки в Париже. (Приложение 1).

1950–2000 годы - это период, отличающийся первыми коммерческими успехами промышленных роботов и их последующим совершенствованием.

1947 г. –  начало разработки промышленных роботов, когда в Америке был внедрен первый автоматический электромеханический манипулятор, названный промышленным роботом.

В начале 1960-го  набирает популярность роботизированное производство и использование первых «умных машин».

1961 г. – компания Unimation внедряет роботов на производственные линии заводов General Motors в Нью-Джерси. В 1965 году Ральфом Мошером, инженером компании General Electric был разработан робот Walking Truck для переноски грузов и ряда схожих функций.

В 1967–1969 годах происходит развитие и использование роботов на предприятиях Европы, а также активная стадия роботизации в Японии.

Технический прогресс в робототехнике двигался в направлении систем совершенствования управления. Развитая система сенсоров характерна для таких робототехнических систем: Unimate, KUKA, FANUC, Hitachi, Westinghouse.

Период с 1970-го по 2000-й характеризуется активным ростом и развитием отрасли: использованием новых контроллеров, развитием языков программирования, запуском первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.

Двухтысячные годы ознаменовались выпуском андроидов и гуманоидов. 1999 г. –  робот-собака AIBO, созданная компанией Sony. Наиболее продвинутая разработка на данный момент. Ведет себя как полностью живой организм, выполняя основные для собаки команды. Он может сам развиваться, взаимодействуя с хозяином и обстановкой. Любопытный факт: владельцы отмечают, что AIBO любит «смотреть» телевизор. В 2006 г. корейская фирма Dasarobot выпустила аналог робота-собаки Genibo.

В 2000 году впервые появился ASIMO первый в линейке шагающих роботов. Разработчик – компания Honda. ASIMO умеет передвигаться, вступать во взаимодействие с людьми и выполнять бытовые задачи.

В 2004 году Марк Тилден канадский физик создает игрушку «Робосапиен» - робота-гуманоида для массовой продажи. Пройдя несколько модификаций, он стал наилучшей системой для общения и развлечений. К настоящему времени роботы продолжают развиваться и уже способны не

5

только самостоятельно передвигаться, но 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.

В 2010-е годы ознаменовались масштабными улучшениями в доступности, мощности и универсальности широко распространённых компонентов робототехники, а также массовым внедрением роботов в повседневную жизнь, что вызвало как оптимистичные прогнозы, так и новые социальные проблемы.

Разработка человекоподобных роботов продолжалась; Robonaut 2 был запущен на Международную космическую станцию на борту космического челнока «Дискавери» в рамках миссии STS-133 в 2011 году и стал первым человекоподобным роботом в космосе. Хотя изначально его целью было научить инженеров тому, как ловкие роботы ведут себя в космосе, есть надежда, что благодаря усовершенствованиям и достижениям он однажды сможет выйти за пределы станции, чтобы помочь астронавтам ремонтировать или дополнять станцию или выполнять научную работу. К концу десятилетия роботы-гуманоиды и роботы-животные были способны преодолевать сложные полосы препятствий, сохранять равновесие и даже выполнять гимнастические трюки. Однако в подавляющем большинстве разработок в области робототехники в 2010-х годах более дешёвыми, функциональными и распространёнными стали меньшие по размеру и более специализированные негуманоидные роботы.

К самому концу десятилетия в робототехнике начали происходить прорывы в области нанотехнологий. В 2019 году инженеры из Пенсильванского университета всего за несколько недель создали миллионы нанороботов, используя технологии, позаимствованные из развитой полупроводниковой промышленности. Эти микроскопические роботы, достаточно маленькие, чтобы их можно было вводить в организм человека и управлять ими по беспроводной связи, однажды смогут доставлять лекарства и проводить операции, совершив революцию в медицине и здравоохранении. (Приложение 2).

    1. Виды роботов.

Бытовые роботы. Домашние роботы будут состоять из роботов, выполняющих повседневные задачи и хозяйственные работы по дому, а так же система «Умный дом».

·         Промышленные роботы. Участвуют в производственном процессе изготовления изделий и деталей.

6

·         Медицинские роботы. Есть много стимулов для возникновения и развития медицинских роботов, которые будут отличаться доступностью, качеством и персонализацией. Такие роботы уже существуют.

·         Военные роботы-помощники. Они предназначены для ведения боевых действий и обороны различных стран мира.

·         Персональные роботы предназначены для сопровождения определённого человека, выполнения его просьб, общения с ним.

·         Роботы, подобные животным. Используются в качестве игрушек для детей и взрослых, а так же применяются в качестве слежки за дикими животными в их естественной среде обитания.

·         Роботы-киборги. Новые технологии дадут тем, кто нуждается в протезах, возможность заменить свои органические конечности и отдельные внутренние органы.

·         Искусственный интеллект - (ИИ) в широком смысле относится к появлению интеллектуальных машин и программного обеспечения, которые смогут воспринять окружающую их среду и самостоятельно существовать в окружающей среде.

В настоящее время современные роботы, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верных помощников, способных не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразной и рутинной работы.

Наиболее популярные и востребованные роботы:

• Человекоподобные роботы - они способны имитировать человеческие чувства: осязание, слух, речь, зрение. Так же они могут демонстрировать одежду, оказывать услуги по уходу за пожилыми и недееспособными людьми.

  • Если у вас есть большой газон, и вам совершенно некогда за ним ухаживать, робот  газонокосилка поможет вам повысить качество, как своего газона, так и своего образа жизни.

      • Мытье окон – работа необходимая, но не самая приятная, а местами даже опасная, если речь идет о высоких этажах. Сегодня уже создан многофункциональный робот для чистки окон и стекол. Мощный вакуумный двигатель удерживает его почти на любой вертикальной или горизонтальной поверхности. Также он может чистить кафельные стены и полы и  зеркала.

• Очень популярны роботы, которые могут летать над землей и осуществлять фото, и видео съемку.

• Еще один незаменимый робот помощник, это робот-качалка, который повторяет движения мам, укачивающих малышей на руках – будучи не рядом, вы можете быть уверенны, что ваш малыш спокойно уснет.

• Огромной популярностью сейчас пользуются роботы-уборщики, представляющие собой, по сути, автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

7

  • Набирают популярность роботы- доставщики. Роботы-доставщики — компактный и экологический способ привозить заказы прямо к

  • пользователю. Они движутся со скоростью пешехода и умеют самостоятельно прокладывать маршрут, объезжать препятствия, пользоваться пешеходными переходами и работать в любую погоду.

Сегодня роботы доставляют заказы из Яндекс Еды и Лавки, а также от партнёров - от кафе и ресторанов до продуктовых магазинов г.Москвы. (Приложение 3).

1.2. Роботы в литературе, в кино и в мультфильмах.

Конечно же, мифы и факты, связанные с роботами находят отражение и в литературе. Само слово «робот» впервые появилось в произведении "Россумские Универсальные Роботы" чешского писателя Карела Чапека. Слово «robota» на чешском языке означает «каторга», «тяжёлая работа» - отсюда и появился «robot». Действие пьесы "РУР" разворачивалось на фабрике по производству роботов, хотя это были не железные машины, а скорее андроиды (ведь создавались они из человеческих тканей. Чапек впервые задал перед читателями вопрос – гуманно ли использовать искусственных людей как расходный материал и какие последствия может иметь их создание.

Кинематограф просто не мог обойти стороной такую интересную тему как роботы, и все что с ними связано. В первую очередь роботы «сделали вклад» в жанр фантастики. Невозможно не вспомнить о механической паре всех времен и народов из трилогии «Звездные войны», роботах с именами "R2-D2" и "C-3PO".

В анимации тоже есть свой Величайший робот. Лауреат Оскара и по совместительству лучший мультфильм о любви роботов. Конечно же, это мой самый любимый мультфильм "ВАЛЛ-И". Он рассказывает о мире, когда человечество покинуло землю, оставив Вселенский Аннигилятор (т.е уборщик) Ландшафтный Лёгкий Интеллектуальный сокращенно ВАЛЛ-И) убирать за собой. Но механическое сердце ВАЛЛ-И не устояло перед красотой робота ЕВА, которая прилетела на Землю в поисках живого растения. (Приложение 4).

                                              

8

2. Как я изобрел своего личного робота-доставщика.

Я изобрел своего личного робота - доставщика, с помощью набора LEGO Education Mindstorms EV3, так же были использованы:

- Блок управления EV3;

- 3 Больших сервомотора;

-Много балок на 15,11,5;

- Много рам (около 10 шт);

-Датчик света;

- около 100 различных деталей.

Используемые механизмы:

1. Электромоторы с редуктором.

2. Крышка на механизме рычаг.

В роботе загружена программа (в программной среде LEGO Mindstorms EV3, на языке программирования EV3d), в программе прописан сценарий действий в соответствии с расстоянием и траекторией движения робота-доставщика, с возможностью внесений изменений в программу.

Модель личного робота-доставщика использует звуковые сигналы, интерактивные механизмы, для обеспечения соблюдения правильного маршрута доставки.

Основные функции робота – получение посылки, доставка посылки по определенному цифровому коду, так же ему необходимо обратно вернутся к отправителю. Например, поступает заказ для отправки небольшого груза размера 15-15 см, весом не больше 0,5 килограмма (тетрадь, пенал, краски, кружка, набор фломастеров, таблетки, телефон). Робот выезжает, проходит все расстояние по приезду к заказчику, учитывая все повороты и углы, робот на несколько секунд разворачивается и скажет «К вам пришла доставка». Заказчику надо показать деталь синего цвета, как QR код если показать деталь другого цвета, тогда он начнет пищать и на экране покажется значок с надписью код не верный и смайлик грустный, надо нажать на середину, а если показать деталь синего цвета, то он откроет коробку и заказ необходимо забрать. Робот развернётся и надо показать деталь красного цвета, а если показать деталь другого цвета, то он не откроет коробку и нельзя будет положить или забрать посылку. После этого робот разворачивается и возвращается к отправителю, при этом говорит «Заказ доставлен».

9

Алгоритм программы Робот доставщик

  1. Проезжает вперёд

  2. Разворачивается

  3. Звук вам доставка

  4. Ожидает южного цвета в датчике цвета

    1. Если цвет не синий, то звук на экране «код неверный» :-(

    2. Если цвет цвет синий открывает крышку - надпись на экране – « нажми нажмите на середину когда заберете заказ»

  5. Ожидание нажатия средней кнопки

  6. После нажатия средней кнопки

  7. Спасибо за заказ + картинка

  8. Проезжает вперёд

  9. Ожидание красного цвета

Процесс конструирования:

1 день: Я строил часть робота, с помощью которой он будет передвигается, затем начал строить корзину для перевозки товара .

2 день: Я достраивал коробку и начал строить крышку, с помощью которой будет открываться, и закрываться корзина и прикрепил ее к коробке.

3 день: Я прикрепил к своему роботу датчик цвета и запрограммировал его на синий цвет, то есть если показать синюю деталь (как QR) в этот датчик, то крышка откроется.

4 день: Я начал программировать робота, чтобы он умел подъезжать, разворачиваться, открывать крышку, положить заказ, закрыть, поехать обратно, развернуться, открыть крышку и закрыть.

5 день: Я начал в программу программировать датчик цвета, чтоб робот когда подъехал, развернулся, и необходимо показать деталь синего цвета и тогда он откроет крышку, положить заказ, поедет обратно, развернётся, надо показать деталь синего цвета, откроет крышку, заберёт заказ, закроет крышку. У блока есть специальные отверстия, в которые надо втыкать провода с моторами или датчиками для того, чтоб их соединить.

6 день: Я начал улучшать программу, если в датчику цвета показать деталь другого цвета, то он не откроет крышку и он начнёт пищать, а на экране покажется надпись НЕ ВЕРНЫЙ КОД!!! Когда он подъезжает он говорит «К вам посылка». Когда робот возвращается обратно, то надо показать деталь красного цвета, тогда он откроет крышку и можно будет забрать или

10

положить предметы, тогда он не откроет коробку и нельзя будет положить

или забрать посылку. После этого робот разворачивается и возвращается к отправителю, при этом говорит «Посылка доставлена».

Робота-доставщика использую для себя, себе в помощь у меня освободится много личного времени.

Я думаю, что эти роботы доставщики будут в будущем во всех домах и будут помогать людям.

Уникальность модели моего робота- доставщика состоит в том, что она полностью создана своими руками, учтены все особенности робота доставщика и мои пожелания. На конструирование и программирование робота-помощника ушло примерно 14 часов. (Приложение 5,6).

11

Заключение.

В наши дни робототехника применяется абсолютно во всех областях и профессиях: в промышленности, в медицине, на войне, в космосе, роботы помогают нам по дому, везде присутствует хоть малая, но доля робототехники, а возможно в будущем роботы заменят многие профессии человека вообще. Роботы в будущем упростят нашу жизнь, сделают ее комфортнее и доступнее. Роботы всегда будут нужны людям с ограниченными возможностями, а также тем людям, чьи профессии сопряжены с риском. С каждым годом робототехника совершенствуется и развивается, но все же, искусственный интеллект не сравнится с человеческим. Создают его люди!

Я не первый год занимаюсь робототехникой, сборкой роботов, уже более 3лет. Мне очень нравится и мне интересно. Мои работы – робот-мусорщик, робот- экскаватарщик, робот-шуруповерт, робот-помощник, в этом году робот –доставщик. Данная работа научила меня многому, особенно в области программирования и технических навыков. Я узнал, что воплощение своей фантазии и идей в реальность требует множество усилий, упорства и терпения. Благодаря этому проекту, я расширил свои горизонты полученных знаний.

Уникальность модели моего личного робота- доставщика состоит в том, что она полностью создана своими руками, учтены все особенности робота, его передвижения по квартире ( расстояние , радиус движения ) и все мои пожелания. Я думаю, что эти роботы- доставщики будут в будущем во всех домах и будут помогать людям. (Приложение 7).

12

Список литературы.

  1. Руководство пользователя LEGO educationЮ.Овсяницкая, Д.Н.Овсяниц кий, А.Д.Овсяницкий «Алгоритмы и12. программы движения по линии робота Lego MindstormsEVA 3, Москва  2015 .

  2. Л.Ю.Овсяницкая, Д.Н.Овсяницкий, А.Д.Овсяницкий «Курс  программирования робота EVA 3 роботав среде  Lego MindstormsEVA 3, Москва 2016.

  3. Официальный сайт Lego Mindstormx EVA3 http://www.mindstorms.ru/  Список использованных источников: (http://mindstorms.lego.com)  2. http://www.prorobot.ru/lego.php

  4. http://robotoved.ru/robotics_lessons/

  5. https://robo­sapiens.ru/stati/pervyie­robotyi­i­kratkaya­istoriya­razvitiya­ robototehniki/

  6.  https://robo­hunter.com/news/istoriya­robotov­ot­cherteja­da­vinchi­ do­aiko­chihira   © robo­hunter.com

  7. http://blog.maugry.ru/blog/technologies/robots­history/

  8. http://fb.ru/article/369197/robototehnika­istoriya­i­sovremennost­pervyiy­robot­.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Просмотров работы: 2