V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Роботы в жизни человека
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Роботы меня интересует давно. Сейчас я хожу в кружок «Робототехника». Там мы учимся создавать модели роботов. Современный мир сложно представить без роботов. Эти автоматические устройства, созданные человеком для различных целей – образовательных, производственных, медицинских и других, прочно вошли в нашу жизнь. Теперь робот – это не фантастика, не мечта, а реальность.
Гипотеза: современный человек не может обойтись без роботов.
Цель работы: Создание своем модели робота.
Задачи:
Узнать, что такое «робот»;
Познакомиться с историей создания роботов;
Рассмотреть виды современных роботов и сферы их использования
Методы исследования:
Изучение литературы;
Изучение информации в интернете;
Изобретение модели робота;
Материалы для работы
2. Теоретическая часть
Что такое робот
Роботы – это необычный тип машин, которые сконструированы таким образом, чтобы выполнять сложные виды работ самостоятельно – без участия человека.
Большинство роботов не похожи на человека, однако способны выполнять многие «человеческие» работы намного лучше, чем мы с вами.
Роботы очень выносливые, они могут работать сутками без сна и отдыха, им не нужно есть и пить. Роботы не жалуются на низкую зарплату, им не нужны выходные и перерывы. Единственное, что им нужно – это технические осмотры и изредка – ремонт.
Название «робот» происходит от чешского слова «robota», означающего тяжелую, трудную работу. Поэтому роботам обычно поручают самую трудную, тяжелую и опасную работу.
2.2 История создания робота
Несколько тысячелетий назад люди задумались о создании приспособлений и машин, которые могли бы работать вместо человека. Сначала люди начали изобретать устройства, которые помогали облегчить их повседневный труд, например, плуг, гончарный станок и другие. Но у людей была мечта – создать искусственное существо, похожее на человека.
Задолго до появления современных роботов существовали небольшие механические фигурки на основе часовых механизмов (их нужно было заводить, как механические часы), которые умели двигаться, рисовать, играть на музыкальных инструментах.
Например, механический рыцарь, которого изобрел Леонардо да Винчи (рис.1) и механическая утка, которую изобрел французский инженер Жак де Вокансон (рис.2).
Рис.1 Механический рыцарь Рис.2 Механическая утка
Однако, эти механические существа не были настоящими роботами, потому что они не могли реагировать на окружающую обстановку.
В 20-том веке стали конструировать роботов, которые уже были похожи на современных. В 1939 году в Америке был построен двухметровый робот «Электро» (рис.3). Внутри робота находился мотор и патефон, благодаря которым «Электро» мог поворачивать голову и издавать звуки, похожие на речь.
Вместе с «Электро» был создан механический пёс «Спарко» (рис.4), который умел ходить, лаять и поворачивать голову по команде.
Рис.3 Робот «Электро» Рис.4 Робот «Спарко»
После изобретения в 1940 году компьютера, стали появляться электронные промышленные роботы. Первым роботом, освободившим человека от трудной и опасной работы, в 1962 году стал робот «Юнимейт» (Рис.5). Он работал на автомобильном заводе «Дженерал моторс», его работа заключалась в передаче и перемещении горячих деталей после их изготовления.
Рис.5 Робот «Юнимейт»
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.
2.3 Современные роботы и сферы их использования
В современных условиях роботы становятся нужными человеку во всех сферах его жизнедеятельности.
Как известно, на современном этапе в зависимости от функций, роботы делятся на следующие группы:
Промышленные роботы;
Военные роботы;
Бытовые роботы;
Медицинские роботы.
2.3.1 Промышленные роботы
Они заменяют человека или помогают ему на участках с опасными, вредными или тяжелыми условиями труда. В настоящее время робототехника превратилась в развитую область промышленности: тысячи промышленных роботов работают на различных предприятиях мира. Известно, что существует множество компаний и фирм, где количество механических сотрудников примерно равно или превышает количество живых работников. Так, например, в японской автоиндустрии на 10000 работников приходится более 1500 машин.
Наиболее известными промышленными роботами являются:
Робот для перемещения грузов
Робот манипулятор
Робот для сварки
2.3.2 Военные роботы
Эти роботы, заменяют человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни. Они используются: в разведках, боевых действиях, разминирование.
Известно, что современные военные роботы выпускаются почти в массовых масштабах - только в 2016 г. На вооружение американской армии поступило более 5000 роботов-грузчиков и манипуляторов, 25000 дронов и разведывательных аппаратов.
Наиболее известными военными роботами являются:
|
Робот- обнаруживает взрывчатые вещества |
Робот БигДог-носит военное снаряжение |
2.4.3 Бытовые роботы
Эти роботы предназначены для помощи человеку в повседневной жизни. Учителя, обслуживающий персонал, няньки, сиделки, охранники и другие роботы. Исследователи отмечают, несмотря на то, что эта категория роботов является очень старой, она имеет очень высокий потенциал в развитии, т.к. спрос на таких роботов будет огромным, их функциональность не ограничена.
Наиболее известными бытовыми роботами являются:
Робот уборщик Робот официант
Робот пылесос
2.3.4 Медицинские роботы
Помогают человеку при проведении операций, при уходе за тяжело больными людьми.
Известно, что в аптеках Шанхая работают роботы-фармацевты. Надо просто нажать на сенсорный экран с описанием симптомов, и робот поставит диагноз и даст необходимые рекомендации. Работают в некоторых британских больницах. Роботы производит сухую и влажную уборку, сами выбрасывают мусор, заправляются чистящими средствами и подзаряжаются. Уже сейчас используются киберпротезы, нанотехнологии, роботоризированные интегрированные элементы, 3D-принтеры для воссоздания внутренних органов.
Большие надежды возлагаются на использование роботов-хирургов, медсестер, симуляторов пациентов.
|
Робот DaVinci |
Наиболее известными медицинскими роботами являются:
Робот медсестра
3. Практическая часть
Многие из нас любят мёд и употребляют продукцию пчеловодства. Не все из нас знают, что продуктом пчеловодства является не только мед, но и воск, яд, прополис, перга и многое другое. Мы пользуемся всеми этими дарами и не знаем и даже не задумываемся, что занятие пчеловодством это тяжелый ежедневный труд. Пчеловодство - это тяжелая и трудная профессия, связанная еще и с определенной опасностью для самого пчеловода. Часто приходится таскать тяжелые корпуса, работать в жару, под пристальным вниманием пчел-охранников, обрабатывать ульи, ремонтировать рамки.
Если это частные небольшие пасеки, то основная работа ложиться в основном на одного человека, которому приходится все на пасеке держать под контролем и постоянно неусыпно трудиться. Если обратиться к интернет-источникам, то существует огромное множество различных форумов посвященных пасекам и пчеловодству, где пчеловоды делятся друг с другом своими техническими проблемами, а иногда и способами их решения.
В нашем регионе тоже занимаются пчеловодством. Считается, что Удмуртия обладает очень хорошей кормовой базой и лучшим мёдом во всей Европейской части России. По различным оценкам экспертов производство высококачественного мёда приносит ежегодно от 1 до 5 млрд. рублей. Но как бы хорош мед не был, чтобы его получить приходится трудиться и так же сталкиваться с трудностями автоматизации труда. Как показывают наши исследования, автоматизации труда в пчеловодстве практически нет.
В наше время, пасечники работают так же, как и сто лет назад.
Пасека — специально оборудованное место, где содержатся медоносные пчёлы. Пасеки бывают стационарными и кочевыми.
Чтобы пчеловодство стало успешным бизнесом за пчелами, необходимо ухаживать круглый год. Эти насекомые довольно капризны и требуют тщательного ухода, но зато, познав все тонкости работы на пасеке, можно не только лакомиться целебным продуктом, но и зарабатывать на продаже меда.
Прежде чем приступить к разработке и изготовлению своего комплекса необходимо было проанализировать имеющиеся аналоги. В интернет-источниках и специализированных магазинах были найдены и проанализированы следующие ульи-аналоги:
Компания "Умный Улей" разрабатывает системы и компоненты автоматизации процессов пчеловодства и изучения поведения пчел.
Умный улей Professional Компании "Умный Улей"
Функции «Умного Улья Professional»:
контроль веса улья (до 180 кг., разрешающая способность 100 гр.)
контроль температуры, влажность и атмосферного давления окружающей среды (от -40 до 50 град., 20-80%)
контроль температуры и влажности внутри улья ( от 0 до 50 град., 20-80%)
подогрев (термостабилизированный) в зимнее время (от внешнего источника 12 в., 20 Вт.)
датчики целостности улья и блока электроники (в крышке, в дне, в блоке)
датчик удара
отсылка тревожных СМС сообщений
отсылка измеренных данных по СМС
передача данных через Интернет на вебсервер в перспективе:
контроль активности по количеству залетевших-вылетевших пчел
запись и анализ акустической картины улья
исследование влияния переменного магнитного поля на поведение пчел
аналитика данных с целью автоматического определения и предотвращения роения, отравления пчел, нападение чужих пчел.
После того, как был проведен анализ умных ульев, которые производятся массово, и пообщавшись со специалистами, которые занимаются пчеловодством многие годы в нашем регионе, был сделан вывод, что аналоги имеют не оправданно большую стоимость, а также избыточность в функциональности. Исходя из этого, был сделан вывод, что комплекс должен быть не дорогим, выполнять конкретные функции, прочный и не требующий дополнительной настройки и ухода, но позволяющий контролировать процесс на расстоянии.
Проанализировав всю информацию, у меня появилась идея разработать и создать проект автоматизации работы на пасеке с помощью конструктора LEGO Education WeDo, LEGO MINDSTORMS EV3 (Приложение 1).
Проект представляет собой автоматизированную пасеку (Приложение 2).
На пасеке располагается «умный улей». Пчелы постоянно вылетают из улья и залетают в него. Место, через которое они это делают называется летком. Обычно пчеловод самостоятельно, в зависимости от погодных условий и времени года контролирует открытие и закрытие летка. Но чтобы в улей вернулись все пчелы, даже когда улей закрыт, был поставлен датчик расстояния и как только пчелы подлетают, срабатывает мотор и леток открывается (Приложение 3).
Чтобы пчеловоду при работе с ульем не поднимать каждый раз тяжелую крышку на ней был установлен мотор и подъем крышки стал автоматизированным (Приложение 4).
Транспортировка рамок с медом до медогонки так же является одним из трудоемких процессов, так как рамки нужно бережно доставить от улья до медогонки. В нашем проекте транспортировка осуществляется с помощью конвейера (Приложение 5).
Медогонку вручную крутить не приходится – она оснащена электромотором и включается с помощью специального рычага (Приложение 6).
Нередко на пасеке встречаются различные вредители. Одним их них является поедающая пчел Золотистая щурка (Приложение 7). Для борьбы с птицами вредителями на нашей пасеке установлен датчик движения. После обнаружения датчиком присутствие птицы, издается звук, имитирующий крик ястреба. Этот звук отпугивает золотистых щурок и других птиц, поедающих пчел.
На пасеке автоматически осуществляется полив растений, для того, чтобы трава и цветы всегда были свежими и пчелы могли собирать много меда (Приложение 8).
Проект может быть доработан. В него может быть добавлены следующие функции:
1. Подогрев крышки улья
2. Взвешивание улья для того, чтобы знать изменение количества меда в нем
3. Можно контролировать температуру и передавать эти данные на расстоянии человеку
4. Дистанционное управление ульем.
Эти функции не возможно реализовать в данном случае, т.к. нет соответствующих датчиков.
Заключение
В результате исследовательской работы моя гипотеза подтвердилась, современный человек не может обходиться без роботов. Они приносят много пользы, сплошь и рядом они готовы заменить человека. Ведь наши физические возможности ограничены, а умная машина - робот со многими задачами справляется лучше человека.
Цель работы достигнута, я создал свою модель робота –«Автоматизированная пасека».
Но робот может заменить человека только при выполнении какой-нибудь работы или действия. Чувствовать, как человек и быть таким же разумным существом, робот не может.
Возможно, что в будущем появятся такие роботы, которые внешне будут очень привлекательны - похожи на людей и будут ежедневно приносить огромную пользу людям.
Список источников и использованной литературы:
Боголюбов А.Н., Никитин Д.А. Популярно о робототехнике/ Отв. ред. В.Д. Новиков. Киев: Наук, думка, 1989. 200 с.
Василенко H.B., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. Основы роботехники. / под ред. К.Д. Никитина – Томск: МГП «РАСКО», 1993.
Макаров И. М., Топчеев Ю. И. Робототехника: История и перспективы. — М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003. 349 с.
Интернет источники:
http://novate.ru/blogs
http://postnauka.ru/
http://potustorony.ru
http://roboting.ru/
http://robot-ex.ru
Приложения
Приложение 1
LEGO MINDSTORMS EV3
LEGO Education WeDo
Приложение 2
Автоматизированная пасека
Приложение 3
Умный улей (открытие летка)
Леток закрыт
Леток открыт
Приложение 4
Открытие крышки улья
Крышка улья закрыта
Крышка улья открыта
Приложение 5
Конвеер
Птица- Золотистая Щурка
Моя модель робота – «Автоматизированная пасека»
Приложение 6
Медогонка
Приложение 7
Золотистая щурка
Приложение 8
Полив растений