Робот – это не игрушка

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

Робот – это не игрушка

Беликов А.Г. 1Беликов О.Г. 1
1ГБОУ ДО РДДТ им. Б.Е. Кабалоева
Натобова В.С. 1
1ГБОУ ДО РДДТ им. Б.Е. Кабалоева
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Однажды брату день рождения родители подарили конструктор, из которого можно собрать по инструкции несколько разновидностей роботов. Нам с братом стало интересно придумывать новые модели роботов, собирать и разбирать их. Увидев наше увлечение конструированием, в сентябре мама записала нас в творческое объединение Дворца «Робототехника». Нам очень нравится заниматься в кружке.

Для робота можно создавать программы, ставить ему сложные задачи и условия, создавать неожиданные препятствия, пробовать, экспериментировать. Когда мы собираем роботов, мы узнаем много нового о программировании, физике, математике. Робототехника именно этим и интересна.

Целью своей проектной работы поставили привлечение интереса всех детей к научно- техническому творчеству, робототехнике, высоким технологиям. Но я хочется предупредить ребят и объяснить им, что Робот – это не игрушка и Робототехника – это серьезная и перспективная наука, робототехника позволяет воплощать в моделях свои фантазии.

Задачи :

познакомиться с конструктором LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.

изучить основы программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0

сконструировать модель робота

создать программу для управления роботом

испытать полученного робота

Предмет исследования: конструктор со средой программирования LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.

Быть технически грамотным специалистом это всегда актуально. Я думаю, что в будущем стану программистом, буду работать в сфере информационных технологий, и, может быть у меня получиться создать уникального робота, который поможет людям в сложных бытовых условиях или опасных профессиях или даже будет отправлен в космос для исследования других планет!!

Что такое РОБОТ?

Для начала мы расскажем, что слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы») в 1920 году. В нем был описан процесс сборки роботов самими роботами на фабрике.[5]

В чешском языке «robota» значит тяжелый труд, каторга, барщина.

Герою пьесы - инженеру Россу, удалось изобрести сложную машину, которая могла выполнять все работы человека. Вот эту человекоподобную машину автор и назвал «роботом». Роботы имели полное внешнее сходство с человеком и могли выполнять всякую работу. Спрос на них был настолько велик, что завод вскоре перешел на их массовое производство. Хозяева роботов стали заменять ими живых людей на фабриках и заводах. Но однажды роботы набросились на людей и перебили их всех. Люди на Земле прекратили свое существование, а их место заняли разумные автоматы...

Такой финал первой пьесы о роботах оставил глубокий след в душах первых зрителей и сформировал негативное отношение общества к ним на многие десятилетия. Впрочем, техника продолжала развиваться, а люди - строить роботов вне зависимости от эмоций.

Первые РОБОТЫ

Из многих предположений возникает вопрос - когда же был изобретен первый робот.

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.

А в 50-х 19 века были найдены чертежи человекоподобного робота, сделанные Леонардо да Винчи, примерно в 1495 году. На чертеже был детально изображен механический рыцарь, который мог сидеть, раздвигать руки, двигать головой, открывать и закрывать челюсти. По его замыслам работой рук должно было управлять механическое программируемое устройство в груди, ноги должны были управляться с помощью рукоятки, приводящий в движение трос, связанный с ногами. До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс (Приложение, рис.1). Когда у Венсли спросили, откуда это странное имя, он ответил: «Первая половина слова — «теле» — греческая и означает «далекий», вторая — «вокс» — латинская и значит «голос». Своим названием я хотел подчеркнуть способность моего робота отвечать на команды, поданные голосом человека». Внешне мистер Телевокс был не очень привлекателен: квадратная голова с какими-то прямоугольниками вместо глаз и рта, женская шпилька вместо носа, открытое деревянное туловище со сложным переплетением проводов и механизмов внутри и, наконец, нелепые руки и ноги. Телевокс обладал способностью слышать и исполнять несколько различных приказаний, отдаваемых человеком при помощи звуков свистка. Подавая различное число повторных свистков, Венсли мог заставить робота открыть окна, закрыть дверь, пустить в ход вентилятор и пылесос, а также зажечь свет в комнате. Телевокс был не только слышащим и говорящим роботом. Он мог выполнять некоторые домашние работы, заменяя домработницу. При помощи свистков можно отдать соответствующее распоряжение, и механический слуга подогреет ужин. Как это он сделает? Очень просто. Уходя из дому, хозяйка должна поставить кастрюлю и сковороды с кушаньями на электрическую плиту. Телевокс тогда самостоятельно включит плиту в электросеть[2].

Очень скоро у мистера Телевокса появились братья. Первым из них был робот Эрик, построенный в 1928 году английским инженером Ричардсом. Этот робот выступил перед публикой 15 сентября 1928 года в Лондоне на открытии ежегодной выставки Общества инженеров. Он произнес речь об итогах истекшего года. Эрика показывали и во многих других городах Великобритании.

Самыми первыми были изобретены именно промышленные роботы. В 1980 году в СССР создан центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) и изобретен первый пневматический промышленный робот МП-8 с позиционным управлением.[2]

Слово робот прочно вошло в нашу жизнь.

Для маленьких детей создано немало игрушек-роботов, в которые с удовольствием играют не только мальчики, но и девочки.

Виды РОБОТОВ

За время своего развития – роботы пережили эволюцию, как сферы использования, так и функциональных возможностей.

Роботы первого поколения - это роботы с программным управлением, предназначенные для выполнения определенной, жестоко запрограммированной последовательности операций, диктуемой соответствующим технологическим процессом.

Роботы второго поколения – это «очувствленные» роботы, предназначенные для работы с неориентированными объектами произвольной формы, осуществления сборочных и монтажных операций, сбора информации о внешней среде с помощью большого количества сенсоров.

Роботы третьего поколения - это так называемые интеллектуальные, или разумные, роботы, предназначенные не столько для воспроизведения физических и двигательных функций человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т.е. для решения интеллектуальных задач. Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей в себя элементы искусственного интеллекта.[1]

По области использования роботы делятся на виды:

промышленные,

бытовые,

медицинские,

обучающие,

военные,

охранные роботы,

биороботы,

роботы-игрушки,

нанороботы,

также андроиды и киборги.

Существуют роботы и для развлечений. Ежегодно проводит турнир роботов по футболу по упрощенным правилам. А также роботы способны играть в шахматы. Чемпион мира Гарри Каспаров проиграл в шахматном поединке роботу.

Миссия РОБОТА

У робототехники есть свои законы.

Их придумал американский писатель-фантаст, биохимик, автор около 500 художественных книг Айзек Азимов.

При создании робототехники нужно руководствоваться правилами, по которым робот не может причинить вред человеку, даже если он бездействует; задача робота – подчиняться приказам человека, если они не несут вред людям. Дружественное отношение к человеку должно быть главным в программировании роботов:

1. Робот не должен вредить человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.

2. Робот должен выполнять приказы человека, кроме приказов, противоречащих первому закону.

3. Робот должен заботиться о своей безопасности, если это не противоречит первому и второму законам.

Что такое Робототехника?

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.[4] Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

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. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах-сиделках, роботах-нянечках, роботах-домработницах, роботах - всевозможных детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно с самого младшего возраста.

LEGO Mindstorms NXT

LEGO Mindstorms — конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году. Через 8 лет (2006) в свет вышла модель LEGO Mindstorms NXT 1.0, в 2009 — LEGO Mindstorms NXT 2.0, а в 2013 — LEGO Mindstorms EV3.[5]

Наборы LEGO Mindstorms комплектуются набором стандартных деталей LEGO (балки, оси, колеса, шестерни, сервомоторы) и набором, состоящим из сенсоров, двигателей и программируемого блока (Рис.2 приложение). Наборы делятся на базовый и ресурсный.

Эксперимент

За время обучения мы изучили три вида датчиков : датчик касания, датчик звука и ультразвуковой датчик. Перед нами стояла задача построить робота, который бы использовал все эти датчики и демонстрировал их возможности.

Для построения робота мы воспользовались шаблоном, который предложила фирма Лего (Рис.3 приложение) и составили программу для управления им.

Мы придумали такую задачу:

Робот, похожий на щенка должен идти на поводке по приказу хозяина, по команде «Голос», он должен лаять, если ему встретится препятствие, щенок должен повернуть в сторону.

На этапе непосредственной реализации проекта мы занимались разработкой механизма робота на основе конструктора LEGO NXT.

Программу для управления роботом составили в среде LEGO MINDSTORMS EV3, так как она более удобна (Рис.5).

Получился робот, похожий на игрушку (Рис.4 приложение). Но чтобы эта «игрушка» заработала, нужно было многому научиться.

Заключение

В результате нашего исследовательского проекта у нас получилась модель собачки, которая управляется с помощью программы. Прежде чем электронное чудо из забавных деталей начнет двигаться, ощущать, осязать и распознавать, нужно узнать многое:

познакомиться с конструктором LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.

изучить основы программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0

сконструировать модель робота

создать программу для управления роботом

испытать полученного робота

Программировать робота не сложно, если выучить язык программирования. Разрабатывая, программируя и тестируя робота, мы с братом приобрели навыки в области конструирования и программирования, познакомились с процессами планирования, поняли, как пишутся программы. Мы научились вести себя как молодые ученые, проводя простые исследования и получая неожиданные результаты.

За время работы над проектом, мы узнали что, робототехника, являясь одной из наиболее инновационных областей в сфере детского технического творчества, объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления научно- технического творчества: информационное моделирование, программирование, информационно- коммуникационные технологии.

На основании этого, выдвинутая нами гипотеза: «Робот – это не игрушка и Робототехника – это серьезная и перспективная наука, робототехника позволяет воплощать в моделях свои фантазии» доказана.

Список литературы

Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011. – 32 стр.

Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов/Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 87 стр.

Программное обеспечение MINDSTORMS NXT 2.0 .

Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.

Интернет ресурсы:

http://www.prorobot.ru/

http://nxtprograms.com/

http://www.lego.com/education/

http://www.wroboto.org/

http://www.roboclub.ru/

http://robosport.ru/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Mindstorms_(серия_LEGO)

Приложение

Рис.1. Американский инженер Венсли вместе с роботом Телевоксом

Рис. 2 Изучаем LEGO MINDSTORMS

Рис.3 Щенок

Рис.4 . Результат новых усилий- собачка «Тузик»

Рис.5. Программа для робота

Просмотров работы: 69