Проект "Робот-питомец"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "средняя общеобразовательная школа № 3"

Проект

Разработка и изготовление модели робота-питомца

Выполнил ученик 3 В класса

Алексеев Дмитрий

Руководитель:

Ванзина Анастасия Дмитриевна

учитель начальных классов

г. Троицк, 2025 г.

Содержание

Введение 3

1.Теоретическая часть 5

1.1.Обзор истории робототехники 5

1.2.Современные роботы-питомцы и функции, которые они выполняют 7

2.Творческая часть проекта 9

2.1.Технологический процесс изготовления изделия 9

2.2.Выбор необходимых деталей и программного обеспечения 11

2.3.Последовательность сборки модели робота-питомца и его программирование 12

2.4.Экономическая оценка изделия 14

Заключение 15

Список литературы 16

Приложение 1 17

Приложение 2 18

Приложение 3 19

Приложение 4 20

Приложение 5 21

Роботы – это механические помощники человека, способные выполнять какие-либо операции и действия. Когда-то они были фантастикой. На протяжении многих веков люди изобретали машины и механизмы, способные облегчить им жизнь, и современный человек уже не представляет свою жизнь без них.

Стоит отметить, что в наше время роботы могут не только заменять физический монотонный труд, но и быть полезными друзьями или даже питомцами. В детских магазинах часто можно встретить разные интерактивные игрушки, а также роботов питомцев. Например, робо-кошки, роботы собаки, роботы птицы и многое другое. Это удачное решение для тех людей, у которых есть аллергия на шерсть, но они очень хотят себе питомца. Так же такие животные не требуют питания, кроме как электричества.

Я давно мечтаю о своем питомце, а именно о собаке. Но пока родители мне не разрешают заводить лохматого друга. На кружке робототехники мы собирали разных роботов и учились их программировать. Поэтому мне стало интересно, смогу ли я собрать робопса и запрограммировать его так, чтобы его поведение было таким же, как и у настоящей собаки. Этим и обусловлен выбор моей темы.

Актуальность проекта заключается в том, что дети тоже могут научится собирать роботов своими руками, уметь их программировать. Робототехника может помочь нам в решении реальных проблем. Она учит анализировать природные процессы, визуализировать полезные навыки из жизни, которые можно применять в решении своих насущных вопросов, а также это хорошее наглядное пособие для уроков технологии, окружающего мира, внеурочных занятиях не только в 3 классе, но и в более старших классах при изучении механизмов и электротехнических устройств в технологических системах.

Проблема: возможно ли создание робота в домашних условиях. Все вышеизложенное и побудило выбрать тему проекта: Создание робота на основе конструктора Lego WeDo 2.0.

Целью данной работы является создание робота на основе конструктора Lego WeDo 2.0.

Объектом является конструктор Lego WeDo 2.0.

Предметом является принцип строения и работы робота на основе конструктора Lego WeDo 2.0.

В основу данной работы положена гипотеза, согласно которой, изучив принцип строения и работы робота на основе конструктора Lego WeDo 2.0, можно создать робота-питомца самостоятельно.

В соответствии с целью и гипотезой были поставлены следующие задачи:

1. изучить историю робототехники;

2. исследовать виды современных роботов-питомцев и функции, которые они выполняют;

3. изучить принцип строения и функционирования робота на основе конструктора Lego WeDo 2.0 и средыего программирования;

4. создать робота на основе конструктора Lego WeDo 2.0.

С целью достижения поставленных задач нами был разработан комплекс взаимосвязанных методов, включающий: 

• анализ литературы и материалов сети Internet;

• моделирование;

• программирование.

1. Теоретическая часть

1. Обзор истории робототехники

Робототехника – это область науки и техники, связанная с созданием, исследованием и применением роботов.

Робот – это машина, которая воспринимает, мыслит и действует. При этом робот может, как иметь связь с человеком (получать от него команды), так и действовать автономно.

История робототехники неразрывно связана с большинством изобретений, сделанных человечеством. Практически невозможно отделить ее от истории развития науки, техники и тем более от истории возникновения и становления компьютерных технологий.

Еще с древних времен человек хотел создать такие механизмы, которые могли бы выполнять вместо людей тяжелую и вредную работу. Однако первые успехи в этом направлении появились только в середине 18 века.

Тогда популярность набирали домашние механические куклы, представленные в 1738 году французским ученым из Гренобля (город на юго-востоке Франции) Жаком де Викансон. Он представил публике искусственного музыканта, который мог исполнять на флейте 12 различных мелодий. Немного позже к флейте добавились барабан и бубен, таким образом, был создан целый механический.

Но де Викансон на том не остановился. За оркестром последовало действительно удивительное по тем временам изобретение – механическая утка. Она могла самостоятельно передвигаться, махать крыльями, крякать, вращать головой, есть и переваривать пищу. Утка не была игрушкой в обычном понимании этого слова: в каждом ее крыле было около 400 подвижных деталей. К сожалению, никто не знает, что случилось с оригиналом утки. Однако, в музее в Гренобле есть копия утки, созданная часовщиком.

Сегодняшняя робототехника сформировалась в 60-х годах 20 века. Изобретатели вложили много сил в разработку роботов-манипуляторов, но одним из самых важных изобретений стал робот Unimate (Юнимейт), созданный Джорджом Деволом и Джозефом Энгельбергером. Это был один из первых промышленных роботов, и представлял собой огромную конструкцию, похожую на человеческую руку. Приспособление могло складывать части горячего литого металла и сваривать части кузова. Робот был куплен и установлен на сборочном конвейере компании General Motors, чтобы уменьшить вероятность получения травм и смертей на производстве. В настоящее время Unimate находится в Зале славы (Питсбург, США).

В 1966 году был создан робот Shakey (шейки), который, по сути, был первым роботом, способным рассуждать. Шейки разрабатывался в Центре искусственного интеллекта при Стэнфордском исследовательском институте (ныне SRI International) с 1966 по 1972 под руководством Чарльза Росена.

1. Современные роботы-питомцы и функции, которые они выполняют

Роботизированные питомцы — это искусственно-интеллектуальные машины, которые внешне напоминают настоящих питомцев. Хотя первые роботизированные питомцы, выпущенные в конце 1990-х годов, были не слишком продвинутыми, с тех пор они технологически усовершенствовались. Многие из них теперь используют машинное обучение (алгоритмы, которые позволяют машинам адаптироваться к окружающей среде независимо от человека), что делает их гораздо более реалистичными. Большинство потребителей покупают роботизированных питомцев, чтобы получить такое же общение, как с биологическими питомцами, но без некоторых недостатков, связанных с уходом за живыми животными.

Было проведено множество исследований, которые показали, что мы относимся к роботизированным домашним животным так же, как к настоящим, несмотря на их очевидные различия.

Первым известным роботом-питомцем была собака-робот по кличке Спарко, созданная американской компанией Westinghouse в 1940 году. Она так и не была продана из-за слабого интереса общественности.

В 1960-х годах одна из японских компаний выпустила прибор, названный ею «мяукающим автоматом» (Cat-Mew-Machine). Он предназначался не для развлечений — это было пугало для мышей и крыс.

В 1996 году японская компания Bandai представила своих «цифровых питомцев». Через два года американская фирма Tiger выпустила говорящую игрушку-робота Furby, а ещё через год вышла робособака Aibo от Sony.

Интерес к Aibo создал рынок продуктов, которые представляли собой не просто игрушку, а реального компаньона. Компании начали выпускать всё больше и больше таких устройств. Например, Panasonic представила робокошку, а производитель Furby сделал бюджетную версию Aibo — робособаку по имени Poo-Chi.

В 2007 году на рынок вышел японский робот Necoro, который воспроизводит повадки кошек и реагирует на действия человека: например, мурлычет при поглаживании.

Современные роботы-питомцы обладают более естественными движениями, лучшим распознаванием голоса и способны искренне учиться на взаимодействиях.

Основные потребители на рынке роботов-питомцев выступают:

• пожилые люди, которые живут одни или в домах престарелых и часто страдают от одиночества и социальной изоляции;

• пациентам, которые не могут общаться со своими близкими из-за инфекционных заболеваний;

• люди, страдающие от аллергии на животных, или не имеющие возможность содержать живого питомца.

Несмотря на то, что роботы-питомцы оказались полезными для многих потребителей, особенно для пожилых людей, некоторые этические вопросы по-прежнему вызывают споры. Но всё же кому-то они жизненно необходимы…

Финансовая статистика о владении роботом-собакой в сравнении с домашним питомцем показывает, что владение роботом-питомцем избавит владельца от многих непредвиденных расходов, таких как ветеринарные услуги, когда домашнему питомцу требуется медицинская помощь, корм и вакцинация, плата за содержание, плата за дрессировку.

1. Творческая часть проекта
   1. Технологический процесс изготовления изделия

После изучения теоретического материала я приступил к созданию своей модели.

Технологическая карта проекта

Конструктор Lego WeDo 2.0 имеет в своем наборе доступ к специальной программе, которая позволяет самостоятельно создавать модели по готовым схемам. Но третий этап вызвал у меня затруднения, поскольку желаемого чертежа не было.

Для решения сложившегося затруднения мы с руководителем изучили несколько схожих конструкций и пришли к той схеме, которая соответствовала нашим представлениям.

На первом этапе я выбрал свой будущий продукт. Я остановился на роботе-собаке.

На втором этапе определил, что это и как должно работать. Я составил техническое задание — это должен быть питомец, который моет передвигаться и издавать звуки, схожие с реальным соответствующим животным.

1. Выбор необходимых деталей и программного обеспечения

На четвертом этапе начался подбор материала и инструментов. Для изготовления модели мне потребовалось следующее:

1.  Конструктор Lego WeDo 2.0.

2. Программа Lego WeDo 2.0.

1. Последовательность сборки модели робота-питомца и его программирование

Самый ответственный этап – пятый – конструирование робота.

Работал я, опираясь на схему. Первый элемент – туловище. Это было главной основой всего робота, поскольку создавалось оно на основе электронных компонентов, которые в будущем приводили нашего робо-питомца в движения. Для этого мне понадобился «мозг» робота – смартхаб. Именно он соединяет компьютер с датчиками и двигателями. Смартхаб получает программу придуманную и написанную для робота и выполняет её. Не забываем об эстетичности и безопасности. Чтобы провода двигателя и смартхаба не выделялись, закрепим их дополнительными деталями. К смартхабу присоединяем двигатель (или мотор), который и будет воспроизводить движения робота. (Приложение 1)

Для передвижения питомцу нужны лапы – используем для этого балки. Чтобы они выполняли действия, их нужно совместить с двигателем. В этом мне помогли оси и ступицы, которые в сборке создают единый механизм и запускают движение при работе мотора. (Приложение 2)

Дополняем нашего робота, придаем ему внешний вид собаки – создаем голову и хвост. Модель готова. (Приложение 3)

Теперь мы можем выполнить шестой шаг - «оживить» нашего робота, или привести в движение. Для этого нам нужно написать программу.

Сначала проверим движение. Создаем стандартную программу, которая запускает двигатель и приводит робота-собаку в движение. Процесс можно зациклить, благодаря чему робот будет работать до тех пор, пока мы не отключим его в программе. Также мы можем для команды указать время ее активности, по истечению которого питомец самостоятельно остановится. (Приложение 4)

Но на этом наша работа не закончилась. Мы начинаем экспериментировать – это наш седьмой шаг - заключительный.

Чем уж и уникальны конструкторы для изучения робототехники, так это тем, что они позволяют не только работать по разработанной схеме, но и позволяет проявить воображение, провести эксперименты с деталями и программой.

Как можно заметить, в конструкцию введен еще один электронный датчик – датчик расстояния (датчик перемещения). Введем в условие проведения опыта новый предмет – косточка (собрана из деталей Lego WeDo 2.0.). Напишем экспериментальную программу, при активации которой робот-собака будет использовать датчик расстояния, как одно из условий изменения действия. (Приложение 5)

Зациклим процесс движения робота и установим условие, при котором щенок его и будет выполнять определенные действия. Этим «условием» стала косточка, к которой робот приближается. Когда косточка окажется совсем рядом – «щенок нашел косточку», последует остановка и «радостная реакция» (щенок будет лаять и активно двигаться).

Таким образом, у нас получилось выполнить задуманное. Но и следует отметить то, что мы столкнулись с рядом трудностей. В первую очередь это связано с ограниченными возможностями конструктора и программного обеспечения. Со временем мои навыки улучшаться и данную проблему удастся преодолеть.

1. Экономическая оценка изделия

Учитывая тот факт, что я очень сильно увлекаюсь Lego и программированием, то родители мне приобрели набор конструктора Lego WeDo 2.0. Лицензионная программа идет вместе с набором бесплатно. В наборе есть электронные средства, и некоторые из них требуют подзарядки. Родителя помогли мне рассчитать приме6рную стоимость затраченной электроэнергии на мой конструктор. За неделю это тратит примерно 1 рубль из семейного бюджета, и я с уверенностью могу сказать, что это примерно 4 рубля в месяц (или 48 рублей в год).

Мне все же удалось достичь цели проектирования, потому что мой робот-питомец соответствует моим ожиданиям.

Цель достигнута. Гипотеза моя подтвердилась, можно сделать робота-питомца самостоятельно. Результатом моей работы является изготовленная модель. Сама работа меня очень заинтересовала, с трудом мог оторваться от процесса. Было не просто, порой сложно, но очень увлекательно.

Изделие изготовлено собственными силами. Все технологические операции доступны. Модель получилась лёгкая и практичная.

Полученная модель будет являться хорошим наглядным пособием для уроков технологии, окружающего мира, внеурочных занятиях не только в 3 классе, но и в более старших классах при изучении механизмов и электротехнических устройств в технологических системах. А также такой робот-собака может помочь многим людям, которые не могут содержать живого любимца, завести домашнего роботизированного питомца и дарить ему любовь.

На этом мое погружение в робототехнику и программирование не завершилось. Я однозначно продолжу обучаться в данных направлениях, буду практиковаться, создавать новые проекты. Я уверен, что в будущем у меня получится создать свое уникальное творение, которое принесет много пользы нашему миру.

Список литературы

1. http://intalent.pro/article/osnovy-robototehniki.html

2. https://megaobzor.com/fizicheskie-osnovy-robototehniki.html

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Robotic_pet

4. Гололобов Н. В.О проекте Arduino для школьников. Москва, 2011.

Изготовление туловища робота-питомца

Установка лап, создание механического соединения

П риложение 3

Завершение работы и готовое изделие

Приложение 4

Базовая программа действия

Приложение 5

Применение датчика перемещения