Робот-не только игрушка.

Оглавление

Введение............................................................................................................................с.3

Глава 1. История робототехники.....................................................................................с.4

Глава 2. Виды роботов и их роль в современном мире.................................................с.6

Глава 3. Принципы строения и работы основных элементов конструктора Lego Technic.................................................................................................................с.9

Глава 4. Создание робота «Кухонный пропеллер» на основе конструктора Lego Technic...............................................................................................................с.10

Заключение......................................................................................................................с.11

Литература и источники.................................................................................................с.12

Приложение.....................................................................................................................с.13

Введение

Робототехника - это мультидисциплинарная наука, которая объединяет конструирование, программирование, логику, механику, математику, физику. Современный человек вряд ли может представить свою жизнь без механизмов, способных её облегчить.

Актуальность выбранной мной темы обусловлена переходом России на новый технологический уровень, который предполагает широкое использование наукоёмких технологий и оборудований с высоким уровнем автоматизации и роботизации.

Огромное желание создать «полезного» робота, при этом отсутствие достаточных знаний определили проблему исследования: возможно ли создать робота в домашних условиях. Именно это и побудило меня выбрать тему проекта: «Робот - не только игрушка».

          Цель моей работы - доказать , что можно создать робота своими руками в домашних условиях на основе конструктора Lego Techniс.

В основу данного проекта положена гипотеза, согласно которой можно самостоятельно создать робота, изучив принцип строения и работы основных элементов конструктора Lego Technic.

В соответствии с целью и гипотезой были поставлены следующие задачи:

1. изучить историю робототехники;

2. исследовать виды роботов и определить их роль в современном мире;

3. узнать принципы строения и работы основных элементов конструктора Lego Technic;

4. создать робота «Кухонный пропеллер» на основе конструктора Lego Technic.

Для достижения поставленных задач я выбрал следующие методы исследования: изучение, анализ литературы и материалов сети Internet, а также проектирование и конструирование. 

Тип проекта: исследовательский.

Продукт проектной деятельности: робот «Кухонный пропеллер» с функцией подсветки, собранный на основе конструктора Lego Technic, способный смешивать различные ингредиенты в двух направлениях.

Глава 1. История робототехники

История робототехники уходит в глубокую древность. Уже в те времена появились идеи создания технических средств, похожих на человека, и были предприняты первые попытки по их созданию.

Ещё в середине третьего тысячелетия до нашей эры египтяне изобрели идею думающих машин: внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать советы.

Первый действующий робот был создан в 1495 году всемирно известным художником, изобретателем, учёным Леонардо да Винчи. Робот - железный рыцарь мог двигать руками и поворачивать голову.

В 1738 году французский механик Жак де Вокансон создал двух андроидов , которые принесли ему всемирную славу. Флейтист размером со взрослого человека, который держал у губ флейту, вдувая воздух и перебирая пальцами в определённой последовательности клапаны флейты, исполнял 11 различных мелодий. И наиболее известная утка Вокансона, механизм которой состоял из 1000 деталей. Она не только крякала и передвигалась, переваливаясь с боку на бок, но также плавала и плескалась в воде, двигала головой, расправляла крылья и приводила в порядок перья с помощью своего клюва. Кроме того, утка пила воду и клевала зёрна, «переваривая» их с помощью химических веществ.

В 1790 году Иван Петрович Кулибин создал знаменитые часы в форме гусиного яйца. В золотом корпусе художественной работы находится не только часовой механизм, но и целый миниатюрный театр, где крохотные фигурки разыгрывают сцену под мелодичный перезвон. Ровно в полдень часы играют гимн, а в течение второй половины суток вызванивают мелодию, сочинённую самим Кулибиным.

В 1865 году Джонни Брейнерд, одарённый конструктор, построил Парового Человека приблизительно трёхметрового роста, ни одна лошадь не могла сравниться с ним. Он с лёгкостью тянул фургон с пятью пассажирами и мог двигаться со скоростью около 50 км/час.⁰

Стоит отметить, что слово «робот» (подневольный труд) впервые было упомянуто в пьесе Карела Чапека «Россумские Универсальные Роботы» в 1921 году . Человекоподобные автоматы, изобретённые инженером Россумом, не обладают человеческими чувствами, а предназначены для службы людям. Но по мере усовершенствования роботы из машин - автоматов превращаются в мыслящие машины, восстают против людей и уничтожают человечество.

А в 1941 году американский писатель - фантаст Айзек Азимов в своём сборнике научно - фантастических рассказов «Я, робот» сформулировал три основных закона робототехники:

1)Робот не способен причинить вред человеку, либо допустить своим бездействием, чтобы человеку был нанесён вред;

2)Робот должен выполнять команды человека, если они не противоречат первому закону;

3)Робот должен обеспечивать свою безопасность до тех пор, пока это не противоречит первому и второму закону.⁰
В 1970 году автоматическая межпланетная станция «Луна - 17» совершила посадку на Луне в районе Моря Дождей. Через два с половиной часа «Луноход - 1» сошёл по трапу с посадочной платформы и приступил к выполнению исследовательской программы. Если суммировать расстояние, пройденное «Луноходом - 1», оно составило 10,5 км. Также он определил физические свойства лунного грунта. За время нахождения аппарата на Луне было передано на Землю около 25 тысяч снимков и 211 панорам. Высадка мобильного автоматического аппарата на лунную поверхность стала очередной победой страны в освоении космического пространства.

История робототехники неразрывно связана с большинством изобретений, сделанных человечеством, именно поэтому её невозможно отделить от истории развития науки, техники.

Глава 2. Виды роботов и их роль в современном мире

Робототехника - мультидисциплинарная наука, которая объединяет проектирование, конструирование, программирование, логику, механику, математику, физику. В настоящее время роботы выполняют множество различных функций во многих областях, и количество задач, возложенных на них, постоянно растёт.

Не существует однозначного мнения в отношении классификации роботов. Рассмотрим виды роботов, разделив их по трём признакам:

- тип выполняемой работы или решаемой задачи;

- степень мобильности;

- тип системы управления

В иды роботов

Тип выполняемой работы или решаемой задачи

Промышленные роботы предназначены для автоматизации производственных процессов ( сварка, штамповка, металлообработка, сборка готовых изделий и т.д. ). Применяются они практически во всех отраслях промышленности: машиностроении, приборостроении, нефтехимической, металлургической, атомной, автомобильной, авиационной промышленности.

Бытовые роботы - это роботы, которые используются дома и выполняют различные обязанности. Наиболее яркий пример этого типа роботов является всем известный робот - пылесос. К бытовым роботам можно отнести многочисленные роботы - игрушки, предназначенные для развлекательных и образовательных целей, а также роботы, способные вести диалог с человеком.

Исследовательские роботы  используются для сбора всевозможной информации об исследуемых объектах, её переработки и передаче оператору. В качестве объектов могут быть поверхности планет, подводное пространство, подземные шахты, пещеры, трубопроводы, заражённая местность  и другие труднодоступные для человека области.

Основная задача охранных роботов - защита определённой территории или помещения. Например, эти роботы могут выполнять патрулирование охраняемого объекта и, зафиксировав проникновение злоумышленника, передавать информацию об этом дежурному оператору.

Военные (боевые) роботы предназначены для минимизации участия человека в боевых действиях, а также для работы в условиях, несовместимых с возможностями человека в военных целях. Это беспилотные самолёты - разведчики, роботы - минеры, роботы - саперы, роботы для переноски военной амуниции, подводные аппараты .

Медицинские роботы используются в медицине и медицинских учреждениях. В первую очередь - это хирургические роботы, которые позволяют проводить тончайшие операции, которые не способен выполнить даже самый подготовленный и опытный человек.

Степень мобильности

Стационарные роботы - роботы, закреплённые на неподвижном основании.

Мобильные роботы - роботы , способные перемещаться с помощью колёс, гусениц, "ног" (шагающие роботы).

Тип системы управления

Роботы, управляемые оператором не способны самостоятельно думать, принимать решения и производить собственные вычисления. По сути это дистанционно или прямо управляемые машины.

В полуавтоматических роботах ручное управление сочетается с автоматическим. Эта система управления используется, когда невозможно запрограммировать все нужные операции сразу, а оснащать робота искусственным интеллектом нецелесообразно или невозможно.

Автономные роботы - это роботы, запрограммированные на самостоятельные действия, без участия человека. К ним относятся как промышленные роботы, выполняющие последовательность определённых операций, так  и машины, обладающие полноценным искусственным интеллектом. Автономные роботы (андроиды) могут взять на себя все наши повседневные бытовые заботы и просто быть незаменимыми помощниками в любых делах⁰.

Очевидно, что , чем более «умными» становятся машины, тем быстрее развиваются технологии, которые позволяют создать ещё более продвинутые и «умные» машины.

Глава 3. Принципы строения и работы основных элементов конструктора Lego Technic

Что представляет из себя конструктор Lego Techniс ? Можно ли на его основе самостоятельно создать робота?

Lego Techniс - конструктор для создания «работающего» робота. Помимо обычных деталей LEGO (балки, оси, шестерёнки, провода, пластины, «кирпичи» и прочее) в него входят:

• батарейный отсек;

• мотор;

• переключатель полярности;

• светодиодные фары.

Чтобы создать робота, необходимо знать принципы работы основных элементов, из которых он будет состоять. Рассмотрим каждый из них.

Батарейный отсек является основой во всей системе. Он представляет собой модуль размером 4 х 11 х 7 (см). На корпусе этого элемента расположены световой индикатор включения, контрольный переключатель и «гнездо», к которому можно подсоединить все движущие элементы. Для работы батарейного отсека требуется 6 элементов питания типа АА.

Мотор - это модуль размером 3 х 3 х 6 (см), который выдает скорость вращения до 380 оборотов в минуту. А сила тока в нём составляет 150 мА (миллиампер). 1 Ампер = 1000 миллиампер.

Основная роль переключателя полярности - изменение направления движения мотора и других подсоединённых к нему элементов. Он состоит из переключателя направления, контрольного переключателя, провода длиной 20 см и двух «гнёзд»: вход и выход.

Подключение светодиодных фар поможет преобразить робота, добавив ему световых эффектов. Схема строения светодиодных фар проста: сдвоенный провод длиной 10 см, 2 провода по 15 см, «гнездо» для подключения в общую систему и 2 светодиода.

Конструктор Lego Techniс помогает развивать усидчивость, внимательность, мелкую моторику рук, способствуют формированию инженерного мышления, а также освоить базовые знания в области механики и электроники.

Глава 4. Создание робота «Кухонный пропеллер» на основе конструктора Lego Technic

Создание робота на основе конструктора Lego Technic состояло из нескольких этапов:

1. определение задач (функций), которые должен выполнять робот и составление схемы подключения основных элементов;

2. подготовка основных, а также вспомогательных элементов конструктора Lego Technic необходимых для конструирования;

3. сборка робота;

4. проверка проделанной работы.

Определение задач (функций), которые должен выполнять робот

Анализируя задачи (функции), которые может выполнять робот, я пришёл к выводу, что их множество. Но мне хотелось создать не просто робот - игрушку, а «полезного» робота. Поэтому я решил сконструировать «Кухонный пропеллер» с дополнительной функцией подсветки. Основная его задача - смешивать различные ингредиенты в двух направлениях: по часовой стрелке и против часовой стрелки. На основании поставленных задач была составлена следующая схема подключения основных элементов конструктора Lego Technic (см. Приложение).

Подготовка основных, а также вспомогательных элементов конструктора Lego Technic необходимых для конструирования

Для создания робота «Кухонный пропеллер» мне понадобились: батарейный отсек, мотор, переключатель полярности, светодиодные фары, крестовые оси, шестерёнки разного диаметра, пластины, «кирпичи» разного размера, элементы питания типа АА в количестве 6 штук.

Сборка робота

Несмотря на внушительный объём работы, сборка робота на начальном этапе оказалась такой же, как и конструирование любой статичной модели Lego. Но при дальнейшей работе с роботом пришлось применить знания, полученные в ходе моей исследовательской работы, чтобы корректно соединить все движущиеся элементы, согласно схеме.

Проверка проделанной работы

Созданный мной робот «Кухонный пропеллер» выполнил все действия, согласно поставленным задачам: смешивал различные ингредиенты , в моём случае, это какао и вода, освещая при этом рабочее место. Поэтому я считаю, что доказал, что можно собрать простейшего робота своими руками в домашних условиях.

Заключение

Робототехника - одна из самых динамично развивающихся областей промышленности. Технические достижения всё больше проникают во все сферы человеческой жизнедеятельности и вызывают неподдельный интерес не только у взрослых, но и у детей. На сегодняшний день в России огромный спрос на специалистов, обладающих знаниями в области робототехники. И я могу сказать, что моя работа - это маленький, но уверенный шаг на пути становления меня как личности, обладающей инженерно - техническими знаниями.

Поставленная цель в ходе исследования была достигнута. Я доказал, что можно создать робота своими руками в домашних условиях на основе конструктора Lego Techniс.

В работе решены следующие задачи:

- изучил историю робототехники;

- исследовал виды роботов и определил их роль в современном мире;

- узнал принципы строения и работы основных элементов конструктора Lego Technic;

- создал робота «Кухонный пропеллер» на основе конструктора Lego Technic.

Занимаясь исследовательской работой, на пути к поставленной цели, я узнал, что люди с древних времен пытались создавать механизмы, которые могли бы выполнять различного вида работу.

Проанализировав материал, собранный в ходе работы над проектом, я считаю, что наибольшую значимость в наше время имеют медицинские роботы, поскольку они способны спасать не только жизни, но и судьбы людей.

Для себя я понял главное, что, изучив принципы строения и работы основных элементов любого конструктора, возможно создать робота своими руками в домашних условиях. То есть гипотеза подтвердилась.

Практическая значимость моей работы заключается в том, что на её основе можно провести мастер - класс по созданию робота среди учащихся начальных классов. Может быть, и у них появится желание заниматься робототехникой. Возможно, кто-то из ребят, следуя моему примеру, тоже захочет создать своего робота.

Литература и источники

1. Азимов, А. Я, робот [ Текст ] : Сборник / Перевод А. Иорданский - М.: Эксмо, 2005. - 408 с.

2. Деменков, И. Классификация роботов [ Электронный ресурс ] / И. Деменков // Статья. - Режим доступа: http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/klassifikatsiya-robotov.html [ Дата обращения: 22.10.2018 ]

3. История робототехники: с древности до наших дней [ Электронный ресурс] / Мой робот. - Режим доступа: http://www.myrobot.ru/articles/hist_0-16.php [ Дата обращения: 18.10.2018]

4. Роботы и новые технологии [ Электронный ресурс ]. - Режим доступа: https://robroy.ru [ Дата обращения: 24.10.2018 ]

5. Робототехника [ Электронный ресурс ] / Techno Guide. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.techno-guide.ru/robototekhnika.html [ Дата обращения: 20.10.2018 ]

6. Русецкий, А.Ю. В мире роботов [ Текст ]: книга для учащихся / А. Ю. Русецкий - М.: Просвещение, 1990. - 160 с.

7. Шелякина, Я. Часы Кулибина [ Электронный ресурс ] / Я. Шелякина //

Статья. - Режим доступа: http://история-вещей.рф/priboryi/chasyi-kulibina.html [ Дата обращения: 23.10.2018 ]

ПРИЛОЖЕНИЕ

Схема подключения основных элементов для робота «Кухонный пропеллер» с функцией подсветки

БАТАРЕЙНЫЙ

ОТСЕК

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛЯРНОСТИ

МОТОР

СВЕТОДИОДНЫЕ ФАРЫ

0 ^ История робототехники: с древности до наших дней [ Электронный ресурс] / Мой робот. - Режим доступа: http://www.myrobot.ru/articles/hist_0-16.php [ Дата обращения: 18.10.2018]

0^ Азимов, А. Я, робот [Текст] : Сборник / Перевод А. Иорданский - М.: Эксмо, 2005.- с. 385

0^ Деменков, И. Классификация роботов [ Электронный ресурс ] / И. Деменков // Статья. - Режим доступа: http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/klassifikatsiya-robotov.html [ Дата обращения: 22.10.2018 ]

1