Презентация по труду (технология) модуль «Робототехника», тема "Классификация современных роботов. Виды роботов, их функции и назначение", 5 класс

Модуль Модуль «Робототехника»

Классификация современных роботов. Виды роботов, их функции и назначение, 5 класс

Учитель Пивоваров В.Л.

Цели урока:

• познакомить учащихся с историей появления роботов, классификацией современных роботов, видами роботов;
• сформировать представление о функциях и назначении различных видов роботов;
• разработать и создать (практически) собственную модель робота;
• воспитывать усидчивость, развивать художественно-эстетические навыки, креативность.

В настоящее время роботы окружают нас буквально везде: дома, на производстве, на улице. Машины становятся все сложнее, функциональней, а робототехника по-прежнему остается одним из самых перспективных IT-направлений. Попробуем разобраться в многообразии современных видов роботов и областях их применения, понять, чем умные машины отличаются друг от друга, какие задачи выполняют.

Историческая справка

Термин «робот» появился на свет благодаря чешскому писателю К. Чапеку , который употребил его в 1920 году в своей пьесе, а первые реальные прототипы современных андроидов — в 30-х годах прошлого столетия.

Первая в мире компания по изготовлению промышленных роботов (Unimation) возникла в США в 1956 году, а первый промышленный робот заработал в концерне General Motors в начале 1960-х годов. Примерно в это же время появилась лаборатория по исследованию искусственного интеллекта.

Создание систем управления на базе микропроцессоров в 1970-х годах удешевило изготовление роботов. В 1982 году был разработан официальный язык программирования роботов.

Первый робот (Scara) с электроприводом изготовлен компанией Adept в 1984 году.

Что такое робот?

В мире много разных умных устройств, но роботами являются далеко не все из них.

Международный стандарт  ISO 8373:2012  определяет робота как «приводной механизм, программируемый по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий предназначенные ему задачи».

То есть роботом можно назвать любое устройство или механизм, который выполняет предназначенные ему действия и одновременно отвечает трём условиям:

• SENSE : воспринимает окружающий мир с помощью сенсоров.

Такими сенсорами могут быть микрофоны, камеры (всех областей электромагнитного спектра), различные электромеханические сенсоры, датчики и прочее.

• THINK : понимает окружающий мир и строит модель поведения, чтобы выполнять предназначенные ему задачи.
• ACT : воздействует на физический мир.

Если хотя бы одно из условий не выполняется, то такое устройство нельзя назвать роботом.

Беспилотный автомобиль — робот.

Sense: оснащён камерами и лидаром.

Think: строит модели, понимает окружающий мир и принимает решения.

Act: перевозит пассажиров или груз.

Кофейный автомат — не робот.

Sense: панель с кнопками или сенсорный дисплей.

Think: – .

Act: выдаёт кофе.

Робот может выглядеть как угодно.

Важно, чтобы он умел:

1. получать информацию;

2. перерабатывать информацию;

3. самостоятельно действовать по результатам анализа этой информации.

Роботом может называться и программа, например чат-бот. Но только тот, который отвечает признакам робота , например способный сам отменить заказ, получив и проанализировав сообщение пользователя.

Программные роботы позволяют автоматизировать рутинные задачи в бухгалтерии, кадровой службе, логистике, клиентской поддержке и т. д.

1

• Наземные: колесные, гусеничные, шагающие. В число колесных входят планетарные — луноходы и марсоходы, беспилотные автомобили, транспортные роботы-погрузчики, гоферы и всевозможные бытовые мехатроники, например пылесосы.
• Наземные: колесные, гусеничные, шагающие. В число колесных входят планетарные — луноходы и марсоходы, беспилотные автомобили, транспортные роботы-погрузчики, гоферы и всевозможные бытовые мехатроники, например пылесосы.

2

• Воздушные. компактные дроны и геликоптеры большой грузоподъемности, управляемые автопилотом.
• Воздушные. компактные дроны и геликоптеры большой грузоподъемности, управляемые автопилотом.

3

• Морские:
• Морские:

• подводные — автономные батискафы, используемые в исследовательских или военных целях; надводные — катера с автономным или радиоуправлением.
• подводные — автономные батискафы, используемые в исследовательских или военных целях;
• надводные — катера с автономным или радиоуправлением.

Виды роботов по среде, в которой передвигаются

Виды роботов по устройству передвижения

• колёсные (с разным количеством колес);
• гусеничные (отличаются высокой проходимостью);
• шагающие (отличаются числом конечностей);
• прыгающие (отличаются числом конечностей);
• летающие;
• плавающие;
• лазающие;
• зооморфные (или биомиметические);
• специализированные — на воздушной или электромагнитной подушке, с приводами на вакуумных присосках или липучках.

Бионика («биомиметика» в переводе с латинского: bios — «жизнь» и mimesis — «подражание») — процесс разработки механизмов с заимствованием концепции живой природы.

Виды роботов по свойствам материалов

Жесткие роботы

Изготовлены из жестких материалов, подходят для выполнения однотипных операций, требующих высокой точности или больших физических усилий. Примером могут служить роверы-курьеры или даже  машиноподобные андроиды .

Мягкие (гибкие) роботы

Выполнены из эластичных материалов, похожих на те, что встречаются в живых организмах. Способны менять форму, могут адаптироваться к условиям окружающей среды. Например, это  роботы-черви, созданные инженерами из Университета Глазго.  Такие роботы умеют вытягиваться в несколько раз больше своей длины, протискиваться в очень узкие места, недоступные для жестких конструкций.

Гибридные роботы

Иногда к жесткому роботу приделывают гибкие конструкции, например для захвата и манипулирования объектами. А еще бывает, что жесткий каркас робота полностью покрывают мягкими материалами.

Виды роботов по навигации

Анализ ситуации, выбор маршрута и ориентация робота в пространстве осуществляются по трем навигационным схемам:

• глобальной , при которой мехатроник движется по длинному маршруту, определяя абсолютные координаты;
• локальной — отсчет координат начинается от стартовой точки;
• персональной — позиционирование робота и его механизмов осуществляется за счет взаимодействия с близко находящимися объектами.

Виды роботов по назначению

1. Промышленные роботы

Это специализированные виды роботов, которые автоматизируют производственные процессы на заводах и фабриках. Устройства внедряются в различных отраслях, включая автомобильную, сферу электроники, строительство и даже пищевую промышленность. Это могут быть:

• Роботы-манипуляторы. Они оснащены механическими «руками», способными выполнять задачи, такие как сварка, сборка, покраска и упаковка.
• Транспортные модели. В крупных складах или заводах их часто заменяют традиционные погрузчики, что ускоряет процессы логистики.
• Модели для контроля качества. Такие устройства используют камеры, сенсоры и искусственный интеллект для проверки продукции на дефекты и брак. Они способны выявлять малейшие отклонения, которые невозможно заметить человеческим глазом.

2. Бытовые (сервисные) роботы

Это роботы помогают человеку в повседневной жизни. Среди бытовых роботов выделяют две основных категории:

◉ персональные (роботы-пылесосы, кухонные роботы, роботы-питомцы и так далее);

◉ профессиональные (роботы-консультанты, роботы-гиды, роботы-администраторы, роботы-курьеры и другие).

• Помощники в быту. Сюда можно отнести автономные: пылесосы, газонокосилки, снегоуборщики, мойщики окон и стекол, чистильщики бассейнов и проч. Наиболее распространенные примеры — роботы-пылесосы, такие как Roomba.
• Для развлечения и охраны. Всевозможные электронные питомцы (собаки, змеи, пауки), которые могут не только развлекать пользователя, но и выполнять охранную функцию. В продвинутых версиях ставят умные камеры, которые отправляют изображение или видео прямиком на смартфон владельца. Одна из самых известных моделей: Sony Aibo.
• Гостиницах и торговле. В отелях все чаще используются роботы-консьержи. Они встречают гостей, помогают с регистрацией и даже доставляют багаж в номер. В торговых центрах роботы-информаторы отвечают на вопросы посетителей, указывая путь к нужным магазинам или зонам. В кафе это робот-официант.

Мойщик стекол

Робот-пылесос

Робот-официант

Робот для клининга

Газонокосильщик

Sony Aibo

3. Медицинские роботы

Такие виды роботов повышают точность процедур, участвуют в диагностике и хирургических операциях, помогают изготавливать лекарственные препараты, ухаживать за больными, обучать людей медицинским навыкам.

Роботизированные протезы и трансплантаты могут заменять поврежденные части тела, органы или ткани.

На сегодняшний день существуют следующие виды роботов:

• Хирургические. Например, система «Да Винчи» позволяет хирургам управлять роботизированными инструментами с помощью джойстика, обеспечивая максимальную точность движений.

• Реабилитационные. Например, экзоскелеты помогают

пациентам с повреждением спинного мозга снова

учиться ходить, поддерживая их тело и стимулируя мышцы.

• Диагностические. Например, капсульные эндоскопы

в виде миниатюрных роботов-капсул перемещаются по ЖКТ

и делают снимки внутренних органов.

Экзоскелет

Система «Да Винчи»

Роботизированная рука

Limber Bionic Arm

Робот-медсестра

«RoBear»

4. Мобильные роботы

Эти роботы предназначены для перемещения в пространстве и выполнения различных задач, используя технологии навигации и анализа окружающей среды.

Такие устройства востребованы в логистике, строительстве, сельском хозяйстве и других сферах.

Для ориентации в пространстве мобильные роботы используют GPS, лидары, камеры и инерциальные сенсоры.

Примеры использования:

• Автономные автомобили. Ведущие автопроизводители, такие как Tesla и Waymo, разрабатывают беспилотные автомобили, которые перемещаются без участия водителя и внешне выглядят как машины будущего. Они анализируют дорожную ситуацию в реальном времени, обеспечивая безопасность пассажиров.
• Дроны. Эти летающие мобильные роботы применяются для доставки посылок, мониторинга сельскохозяйственных угодий, поисково-спасательных операций.
• Складские роботы. Например, в логистических центрах Amazon такой вид мобильного робота самостоятельно размещает стеллажи с товарами.

Дрон

Мобильный-робот

«Варан»

РStretch — робот

для складских помещений

Робот-буксировщик

5. Военные роботы

Эти роботы играют роль в оборонной сфере, снижая риски для людей и повышая эффективность выполнения боевых задач и представляют собой многофункциональные технические устройства, участвуют.

К ним относят:

• воздушные – например, роботы-беспилотники (для нанесения артиллерийских ударов, наблюдения, разведки и прочего);
• сухопутные – роботы-саперы, самоходные танки и БТР, полноценные боевые комплексы;
• морские – надводные и подводные аппараты, выполняющие поиск мин, функции патрулирования, сопровождения и другие.

6. Исследовательские роботы

Эти роботы проводят исследования под землей, под водой, в космосе, в условиях высоких температур, радиации и других экстремальных средах.

Луноход-1

Робот-полярник GROVER

Глубоководный робот

Робот Океаника-Кит

Роботы - андроиды

Андроиды могут быть и бытовыми, и военными, и медицинскими…

Робот-андроид внешне напоминает человека. Инженеры, стремятся к тому, чтобы не только внешний вид андроида, но также его «мозг» был похож на человеческий.

В зависимости от заложенной программы роботы-андроиды могут поддерживать беседу с человеком, беспрепятственно перемещаться в пространстве, получать и анализировать данные при помощи «органов зрения», «ощущать» прикосновения, «чувствовать» боль и прочее.

Гуманоидные роботы

Технология, которая имитирует внешний вид, движения и поведение человека. Их основное назначение — взаимодействие с людьми и выполнение задач, где требуется социальная адаптация.

Гуманоиды оснащены руками, ногами и иногда лицевой панелью с экранами, которые отображают эмоции. Их двигательные механизмы позволяют выполнять плавные движения, которые приближены к человеческим. Например:

• робот Pepper обучает детей иностранным языкам, рассказывает о технологиях и помогает осваивать навыки программирования;
• в Японии гуманоидные роботы работают в гостиницах и ресторанах, встречают посетителей и принимают заказы;
• роботы-актеры участвуют в театральных постановках, а музыкальные гуманоиды, такие как робот Honda ASIMO, исполняют композиции на сцене.

Практическая работа

Работа в группах.

Используя различные материалы, создайте

собственную модель робота любой вида и назначения.