VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
РОБОТОТЕХНИКА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В нашей повседневной жизни - в школе, на работе, дома нас окружает огромное количество технических устройств: телевизор, стиральная машина, мобильный телефон, компьютерная техника и многое другое. А ведь каких-то 30-40 лет назад люди обходились без телевизора, не говоря уже о том, что способом передачи информации были лишь письма и телеграммы. С каждым годом наука развивается, исследования не стоят на месте. Изобретаются все новые и новые технологии. Нам нравится наблюдать за этим прогрессом. Поэтому мы увлеклись робототехникой. Эта отрасль будет развиваться в мире очень быстро.
Мне интересно придумывать своему роботу новые программы, ставить ему сложные задачи и условия, создавать неожиданные препятствия, пробовать, экспериментировать. Сбирая своего робота, я узнали много нового о программировании, физике, математике, логике. Робототехника, по моемумнению, именно этим и интересна - в ней соединяются многие науки - здесь надо знать информатику, разбираться в физике, биологии, математике. При конструировании робота развивается мышление, логика, математические и алгоритмические способности, исследовательские навыки.
Актуальность темы: робототехника вошла в мир в 60-е годы XX века как одно из направлений машиностроения. Её фундаментом были:
В начале XXI века происходит переворот в робототехнике, произведено:
1975 год - 8 000 роботов,
1991 год - 300 000,
2000 год - 800 000.
По последним данным, сегодня в мире работают 1,5 млн. самых различных роботов.
Объект исследования: робототехника.
Предмет исследования: робот.
Цель проекта: создать робота из конструктора LEGO Mindstorms и познакомить с ним ребят.
Задачи проекта:
Узнать, что такое робот.
Создание роботов.
Освоить программирование.
Где применяется робототехника?
Как робототехника помогает человеку?
Что такое РОБОТ?
Но для начала мы хотели бы рассказать, 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.
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. 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.
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.
У истоков робототехники стояли талантливые люди. Сын профессора славистики, выходца из России, Норберт Винер получил ученую степень доктора философии в Гарвардском университете уже в возрасте 18 лет!
Появление книги Норберта Винера "Я - математик", как мощный взрыв потрясло весь мир. Именно она провозгласила рождение новой науки — КИБЕРНЕТИКИ. Винер был ученым широкого профиля.
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. А кто не смотрел фильм про приключения Электроника! Не одно поколение детей выросло, зная о забавных приключениях героев этого фильма, и сейчас, включив телевизоры, многие смогут пересмотреть интересную киноленту.
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.
По области использования роботы делятся на виды:
промышленные,
бытовые,
медицинские,
обучающие,
военные,
охранные роботы,
биороботы,
роботы-игрушки,
нанороботы,
а 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 роботехники 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.
МОЙ ПЕРВЫЙ РОБОТ
А теперь мой первый робот. Он собран из робототехнического конструктора нового поколения, компании Lego.
«Мозгом» модели является ЛЕГО-микрокомпьютер (ранее RCX, сейчас его сменил NXT). К портам этого микрокомпьютера подсоединяются датчики и исполнительные механизмы.
Робот собирается из пластмассовых деталей и может выглядеть как человек, машина, животное и выполнять различные функции.
Поведение робота задается программой, которую можно создавать как при помощи кнопок самого микрокомпьютера, так и при помощи специального программного обеспечения на персональном компьютере.
Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education NXT является адаптированной версией NI LabVIEW.
Эксперименты
Чтобы составить программу я, в первую очередь, создал алгоритм в специальной программе на компьютере.
Это набор блоков команд, которыми я могу пользоваться при программировании.
Сначала я решаю, какую задачу должен робот выполнить. Например, робот должен лаять, и если он видит кость, то должен её кушать. Если робот долго находится без движения, то робот должен спать.
Необходимо также зациклить программу. Для решения этой задачи я использую датчик касания. Далее создаю программу на компьютере. И запускаю робот.
Задачи можно ставить самые разные.
Собрать кубик Рубика
Первый эксперимент по датчику движения. Я научил робота реагировать на движения. Кроме этого, мой робот выполняет и другие команды: собирает разные комбинации: просто собирает кубик, собирает кубик на скорость. Для того, чтобы робот выполнял все мои команды, я сделал следующее: написал вот такой алгоритм.
Заключение
Я считаю, что выполнил поставленные цели и задачи. Я освоил простейшие азы программирования, и надеюсь, что привлекл внимание к робототехнике учащихся нашей школы, защитив мою работу.
Роботы в будущем упростят нашу жизнь, сделают ее комфортнее и доступнее. Мы сможем изучать вселенную и проникать с помощью автоматизированных, программированных систем туда, куда никогда не сможет добраться человек. Роботы всегда будут нужны людям с ограниченными возможностями, а также тем людям, чьи профессии сопряжены с риском. Роботы будут строить дома и машины. Прекратиться загрязнение окружающей среды, ведь новые технологии практически безотходны.
Во всем мире уже ведутся серьезные исследования, связанные с глобальным риском создания искусственного сверхчеловека. Но создадут его люди! И может быть я.
За робототехникой и создателями роботов – будущее!
Список используемых Интернет-ресурсов
"Роботы от А до Я" - http://www.joho.ru/medicina.htm
"Искуственный интелект" - http://machine-intelligence.ru/robots-types
"Мой робот" - http://www.myrobot.ru/articles/hist.php
«ProRobot" - http://www.prorobot.ru/12/robot-it-is.php
Глоссарий
Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд, rob — раб) - машина с антропоморфным (человекоподобным) действием, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.
Робототехника (от робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Блок-схема - это условное изображение алгоритма, последовательность блоков, предписывающих выполнение определенных операций, и связей между этими блоками.
Алгоритм - точный набор инструкций, последовательность действий, либо приводящая к решению задачи, либо поясняющая, почему это решение получить нельзя.
Приложение
№1 ВИДЫ РОБОТОВ
Робот первого поколения
Робот второго поколения
Робот третьего поколения