История робототехники.

План-конспект занятия

по теме: «Вводное занятие по робототехнике

История робототехники».

Дата:

Класс:

Цель: формирование у детей интереса и желания заниматься робототехникой

Задачи:

• образовательные:

- познакомить детей с основными направлениями робототехники и современного робототехнического производства;

- формирование политехнических знаний о наиболее распространённых и перспективных технологиях в робототехнике;

- учить применять свои знания и умения в новых ситуациях.

• воспитательные:

- воспитать аккуратность, терпение при работе с конструкторами;

-воспитать бережное отношение к материально-технической базе лаборатории робототехники;

- воспитать культуру общения.

• развивающие:

- развивать самостоятельность и способности решать творческие, изобретательские задачи;

-развивать наблюдательность, умение рассуждать, обсуждать, анализировать, выполнять работу с опорой на схемы и технологические карты;

• здоровьесберегающая:

- соблюдение правил техники безопасности.

Оборудование: компьютер, мультимедийная презентация.

Материалы: схемы сборки роботов, детали конструктора.

Основные понятия, используемые на занятии: Lego - роботы, конструирование, программирование.

Формирование УУД (универсальные учебные действия):

Личностные УУД:

1. Развивать любознательность, сообразительность при выполнении разнообразных заданий проблемного характера.

2. Развивать внимательность, настойчивость, целеустремленность, умения преодолевать трудности.

3. Воспитывать чувства справедливости, ответственности.

Познавательные УУД:

1. Ориентироваться в понятиях «Lego - роботы», «конструирование», «программирование».

2. Выделять детали заданной формы на готовом роботе.

3. Анализировать расположение деталей в роботе.

4. Составлять робота из частей.

5. Определять место заданной детали в конструкции.

6. Сопоставлять полученный (промежуточный, итоговый) результат с заданным условием.

7. Анализировать предложенные возможные варианты верного решения.

8. Моделировать робота из деталей.

9. Осуществлять развернутые действия контроля и самоконтроля: сравнивать готового робота с образцом.

10. Знать основные правила работы с конструктором.

11. Создавать стандартные модели роботов из деталей.

Коммуникативные УУД:

1. Формировать умения работать  в группах.

2. Высказывать своё мнение и прислушиваться к мнению других,

 дополнять мнение товарищей, сотрудничать со сверстниками.

1. Уметь задавать вопросы.

Регулятивные УУД:

1. Формировать умение определять цель деятельности на занятии.

2. Принимать и сохранять учебную задачу.

3. Осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату.

4. Адекватно воспринимать оценку педагога.

5. Формировать умение осуществлять познавательную и личностную

рефлексию.

План занятия:

1. Организационная часть занятия. (2 минут)

2. Сообщение нового материала. (15 минут)

3. Планирование деятельности.(3 минут)

4. Практическая работа. (20 минут)

5. Подведение итогов работы. (5 минут)

Ход занятия.

1.Организационная часть занятия. Подготовка рабочих мест.

2. Сообщение целей и задач занятия.

Педагог: Ребята, сегодня мы с вами поговорим о чем то очень интересном, но о чес именно, вы узнаете, когда расшифруете слово.

3.Сообщение нового материала:

Педагог: Робототехника – это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Робототехника - первая ступень овладения техническими знаниями в области автоматизации. Она непосредственно связана с такими науками как электроника, механика, информатика, радиотехника.

Виды робототехники: строительная, промышленная, авиационная, бытовая, экстремальная, военная, космическая, подводная.

В связи с активным внедрением новых технологий в жизнь общества постоянно увеличивается потребность в высококвалифицированных специалистах. Между тем, игры в роботы, конструирование и изобретательство присущи подавляющему большинству современных детей. Таким образом, появилась возможность и назрела необходимость в непрерывном образовании в сфере робототехники. Заполнить пробел между детскими увлечениями и серьезной ВУЗовской подготовкой позволяет изучение робототехники в школе на основе специальных образовательных конструкторов.

Роботы являются неотъемлемой частью научно-фантастической литературы и уже во многом определяют нашу жизнь. В том, что робототехника будет играть важную роль во всех сферах жизни в будущем, несомненно, есть уверенность. Но насколько далека эта идея, насколько далеки друг от друга вымысел и реальность, и что такое робот?

Футуристические самоходные машины, которые ездят из А в В на большой скорости или похожие на человека машины с человеческими характеристиками, которые служат человеку или являются враждебными для него. Это были ингредиенты любого хорошего научно-фантастического романа. В истории литературы и кино много известных роботов, таких как R2D2 или C3PO из саги «Звездные войны», T-800 из фильма «Терминатор», Джонни 5 из фильма «Номер 5 живет», Санни из «Я», Робот, Бендер из сериала «Футурама» или милый робот WALL-E.
В настоящее время технология принесла в сферу возможностей многое из того, что раньше считалось чистой научной фантастикой, но насколько близко мы подошли к этим идеям на самом деле? Насколько современное состояние технологий далека от футуристических идей предыдущих фантазеров?

История робототехники

Еще в Древней Греции люди были озабочены идеей «жить» или самостоятельно передвигать механические конструкции. Некоторые истории происходят из области мифологии, например, железный гигант Талос, который был выкован богом кузнецов Гефеистом, чтобы охранять остров Крит. Но были и вполне реальные подходы к машинам или автоматам, например, планы автоматических устройств, приписываемые греческому математику Герону Александрийскому. Арабские ученые и даже Леонардо да Винчи также рисовали планы по самостоятельному передвижению машин и даже личностных механических конструкций, которые напоминали рыцарские доспехи и поэтому могут считаться первыми рисунками андроида.

Целью разработки автономных машин всегда было спасение человека от утомительной, монотонной или опасной работы. Первым полностью автоматизированным прибором стал программируемый ткацкий станок, изобретенный французом Жаком де Вокансоном. Ткачество вручную было очень равномерным, но физически тяжелым занятием. По мере развития технологий ранняя робототехника стала интересной с военной точки зрения. Однако пройдет некоторое время, прежде чем технология будет готова к производству автоматизированных автономных станков.

Научная фантастика и робототехника

До тех пор идея автономных машинных существ с человеческими способностями все еще оставалась в царстве фантазии. Многочисленные авторы имели дело с этой утопической идеей. Среди них Жюль Верн, а также чешский писатель Карел Чапек, который придумал термин «робот» в своей пьесе R.U.R. («Универсальные роботы Россума»), который он вывел из чешского слова «робот» для обозначения рабочего/принудительного труда. Впервые появляется также литературный мотив рукотворных и угнетенных машинных существ, объединяющихся и восстающих против человека.

Однако самым главным автором научной фантастики на тему робототехники является Исаак Азимов, который в дальнейшем популяризировал термин «робот» и впервые в коротком рассказе установил три знаменитых закона о робототехнике. Эти три правила до сих пор обсуждаются во многих контекстах робототехники и являются следующими. (Источник :  Isaac Asimov’s «Three Laws of Robotics»)

1. Робот не может причинить вред человеку или, в результате бездействия, позволить человеку быть поврежденным.

2. Робот должен подчиняться командам, отданным ему человеком — если только такая команда не противоречит первому правилу.

3. Робот должен защищать свое существование до тех пор, пока эта защита не вступает в противоречие с одним или двумя правилами.

Даже если в научно-фантастической литературе нет реальных ссылок на технические возможности, она окончательно сформировала представление о роботах, которые есть у людей.

Термин «Робот»

Это также приводит к вопросу о том, о чем мы на самом деле говорим, когда используем слово «робот». Если мы предположим, что машина — это приводной, управляемый человеком инструмент для выполнения определенной задачи, то автомат — это машина, которая может самостоятельно выполнять очень специфическую задачу. Робот отличается от автомата тем, что программируется и может самостоятельно выполнять множество различных задач, в том числе реагировать на впечатления от физического мира.

Машиностроение, информатика и электроника

Робототехника — это наука о роботах, сочетающая в себе элементы машиностроения, вычислительной техники и электротехники, т.е. механическую и электронную конструкцию роботов, а также программное обеспечение, которое управляет роботами и заставляет их реагировать на раздражители окружающей среды. Огромные достижения в области искусственного интеллекта и нейронных сетей невероятно расширили возможности управления роботами, теперь стало возможным изучать схемы действий в ситуациях (например, медленное вождение или остановка, когда люди находятся поблизости) и реакции на конкретные входы сенсоров (например, команды человеческого голоса). Для будущего робототехники искусственный интеллект будет иметь решающее значение и откроет невообразимые возможности применения, а также создаст много новых задач.

Работо техника и общество

Однако многие социальные, этические и правовые вопросы также поднимаются в связи с темой робототехники. Например, допустимо ли использование роботов для выполнения напряженных задач по уходу, таких как уход за пожилыми и больными людьми, или вопросы стоимости в связи с программным обеспечением управления роботами (известный пример из фильма «I Robot» — кто имеет приоритет в спасении роботов), но также и вопросы ответственности и безопасности, особенно в связи с темой автономного вождения в дорожном движении или защиты данных.

Категории роботов

Роботы могут быть разделены на различные категории, такие как мобильные и немобильные роботы, а также автономные и дистанционно управляемые роботы, или в зависимости от их типа движения или средств передвижения (беспилотные, колесные роботы, роботы с двумя или более «ногами»). Также возможны различия по назначению, внешнему виду или степени взаимодействия, например, промышленные роботы, мобильные автономные роботы, коботы, человекоподобные роботы, медицинские роботы, транспортные роботы, служебные роботы.

Развитие робототехники в ХХ веке.

Автоматизация и роботизация производства в капиталистическом мире началась в 50-е годы XX века. Именно к тому времени можно отнести появление первых промышленных роботов. Они осуществляли сборку оборудования, и простейшие монотонные операции.

Первый такой робот был разработан изобретателем самоучкой ДжоржемДеволом в 1954

году. Робот-манипулятор весил две тонны и управлялся программой записанной на магнитном барабане. Система получила название Unimate на новое устройство был оформлен патент и в 1961 изобретатель основал компанию Unimation.

Первый робот был установлен на заводе Дженерал Моторс (на литейном участке) в 1961

году. Затем новинка была опробована заводами Chrysler и Ford.

Первый промышленный робот UnimateСистемаUnimate применялась для работы с литыми металлическими деталями, которые манипулятор извлекал из форм отливки. Захватное устройство управлялось гидроприводом.Робот имел 5 степеней свободы и захватное устройство с двумя "пальцами". Точность работы была весьма высока до 1,25 мм. И был эффективнее человека - работал и быстрее и с меньшим количеством брака.

В 1967 промышленные манипуляторы приходят в Европу. Они уже расширяют свой

функционал, осваивают профессии сварщика, маляра. У робота появляется "техническое зрение" посредством видеокамер и датчиков, он учится определять габариты изделий и место их расположения.

В1982 году IBM разрабатывает официальный язык для программирования

робототехнических систем. В 1984 году- компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом.

Новая конструкция сделала роботы более простыми и надежными, сохранив высокую скорость.

В 90-е появился контроллер с интуитивным интерфейсом управления, которым мог

управлять оператор, он мог изменять параметры и регулировать режим работы. С тех пор возможности управления роботами и их функции только развивались, увеличивалась их

сложность, скорость, число осей, стали использоваться различные материалы , шире становились возможности разработки и управления, было сделано несколько первых уверенных шагов в сторону искусственного интеллекта.

В то же время в СССР был фактически лидером в робототехнике. Началось все еще в 30-е годы. В 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал робота, который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских Новочеркасского Политеха. Ранее, в 12 лет создал маленький радиоуправляемый броневик, стрелявший фейерверками. На "робота" Мацкевича обратили внимание власти и в 1937 году он представлял его на Всемирной выставке 1937 года в Париже.

На рубеже 30 - 40-х гг. XX в. в СССР также появились автоматические линии для обработки деталей подшипников, а в конце 40-х гг. XX в. впервые в мировой практике было создано комплексное производство поршней для тракторных двигателей с автоматизацией всех процессов— от загрузки сырья до упаковки готовой продукции.

В 1966 в Воронеже был изобретен манипулятор для укладки металлических листов, в

Робот "Манта" с чувствительным захватным устройством - в дальнейшем он совершенствовался.

В 1969 году в ЦНИТИ Миноборонпрома приступили к разработке промышленного робота «Универсал-50». В дальнейшем активно внедрялись автоматизированные системы на крупные производства.

В 1985 году уже использовалось 40 тыс. промышленых роботов и в несколько раз

превосходило количество, используемых в США. Автоматизированные линии вовсю работали на Авто Вазе в 80-е года и даже подвергались атакам работников-"хакеров".

Были крупные военные и космические разработки. Уникальным достижением по тем

временам был беспилотный разведчик ДБР-1, который был принят на вооружение ВВС СССР еще в 1964 году. Такой аппарат мог выполнять разведывательные задачи над всей территорией Западной и Центральной Европы.

Одним из самых заметных достижений отечественной робототехники и науки стало создание в КБ им. Лавочкина «Лунохода-1». Именно советский аппарат стал первым в мире планетоходом, который успешно выполнил свою миссию на поверхности другого небесного тела.

В 1983 году на вооружение ВМФ СССР был принят уникальный противокорабельный

комплекс П-700 «Гранит». Его особенностью стало то, что при залповом пуске ракеты могли

самостоятельно выстраиваться в боевой порядок и во время полета обмениваться между собой информацией, самостоятельно распределяя цели. При этом одна из ракет комплекса могла играть роль лидера, занимая более высокий эшелон атаки.

Развивались и "роботы-гуманоиды": в 1962 году появился первый робот экскурсовод Рэкс - он проводил экскурсии для детей в Политехническом музее. Говорят, он все еще там "работает".

В Советском Союзе было выпущено более 100 тыс. единиц промышленной робототехники.

Они заменили более одного миллиона рабочих, но в 90-е годы эти роботы исчезли.

В дальнейшем развитие робототехники идет ударными темпами, потому что развивается

ключевые отрасли - физика, химия, электротехника и главное - электроника. На смену вакуумным лампам пришла силовая электроника, позже микросхемы, затем микроконтроллеры... Появляются новые материалы, новые способы автоматизации и методы программирования.

Но к России и СНГ это не уже не относится. Прежде всего развитие происходит в США, в Юго-Восточной Азии и Западной Европе.

На производствах внедряются управляемые роботизированные линии, роботы манипуляторы используются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, в космосе и, конечно, в быту.

В некоторых отраслях до 50% работ выполняют промышленные роботы, например в

автомобилестроении они могут сварить, покрасить, и переместить детали на другой участок

сборки, где ими займутся другие роботы.

Существуют даже 100% автоматизированные фабрики. В Японии есть завод где роботы сами собирают роботов. И даже готовят еду для 2000 человек - офисного центра, обслуживающего этот завод.

Современное роботизированное производство

В 90-е годы наблюдался некоторый спад. Внедрение роботов, использующих существующие

в то время технологии, на производство не принесло ожидаемой прибыли и финансирование

некоторых крупномасштабны проектов было приостановлено. По ряду причин- и

экономических, и социальных - ожидаемого бума не произошло, они остались как нишевая

продукция для автосборочных и ряда других производств.

Резкий скачок произошел только в середине нулевых и это развитие продолжается. Прежде всего из-за того, что в робототехнике заинтересовались военные...

Остановить уже развитие невозможно и все странам, желающим быть в авангарде мировой промышленности приходится это принимать и догонять.

4.Планирование деятельности.

Педагог: Вы узнали о роботах и робототехнике, а сейчас я предлагаю вам поработать в конструкторском бюро и создать нашего первого робота.

5.Практическая работа. Обучающиеся работают над созданием эскиза своего робота.

6. Подведение итогов, рефлексия.