Урок в 5 классе Роботы. Понятие о принципах работы роботов

Роботы. Понятие о принципах работы роботов

Технология. 5 класс. Авторский коллектив: Е. С. Глозман, Е. Н. Кулакова, Ю. Л. Хотунцев, О. А. Кожина, И. В. Воронин, В. В. Воронина, А. Е. Глозман

Во все времена люди пытались представить себе будущее. Писатели-фантасты рассказывали об удивительных городах, машинах, летательных аппаратах и роботах.

Подумайте, что такое робот. Что он может делать? Как использование роботов может изменить жизнь людей?

В современном мире использование роботов стало обыденным явлением. По квартирам ползают роботы-пылесосы.

На автомобилях и самолётах автопилоты-роботы ведут управление по круиз-контролю.

Готовят пищу роботы-хлебопечки и роботы-мультиварки.

Что такое робот? Какие роботы бывают? Как ими управлять и как создать робота самому?

В какой момент наши добрые помощники — пылесос, автомобиль, кофеварка — так поумнели, что превратились из просто агрегатов в наших интеллектуальных друзей? Чем отличается робот от неробота?

Рассмотрим в качестве примера обычную радиоуправляемую машинку

Она не является роботом, так как сможет поехать вперёд-назад и в сторону только после того, как на пульте нажмут рычажок в нужную сторону. Хотя команды движения и приходят на машинку по радиоканалу, но машинка не анализирует ситуацию и не принимает никаких решений.

Если рассмотреть управляемый с подобного пульта и тоже по радиоканалу квадрокоптер, то его можно считать полноценным роботом

Это связано с тем, что на борту квадрокоптера стоит специальное устройство — чип-микропроцессор, в нём по заранее разработанной и загруженной в запоминающее устройство программе идёт анализ полученных команд, учитывается направление и скорость ветра, появление препятствия, рассчитываются изменения скорости вращения моторов.

Подумаем, когда становится роботом пылесос. Обычный включённый пылесос будет долго шуметь, стоя на одном месте, если его никто никуда не передвинет.

Но робот-пылесос в виде таблетки сам передвигается от одной стены комнаты до другой, причём таким образом, что проходит над каждым участком пола не более чем 2—3 раза. Как это он делает? Откуда робот-пылесос берёт координаты и как запоминает свой путь?

Оказывается, что, как и в случае с квадрокоптером, в роботе-пылесосе есть специальные датчики. Они установлены на колёсах, и они называются энкодерами.

Эти датчики собирают информацию о движении пылесоса относительно препятствий в комнате. Полученная таким образом информация обрабатывается специальным устройством — центральным процессором пылесоса, в который заложена программа анализа передвижения пылесоса. Робот ползёт и как будто мысленно «закрашивает» часть комнаты, где он уже побывал, а далее, уперевшись в стенку и развернувшись, он прокладывает маршрут по ещё «не закрашенному» пути. И так продолжается до тех пор, пока он не «закрасит» своим следом все свободное пространство либо пока не кончится заряд батареи на его борту.

Итак,

робот — это такое устройство, которое способно действовать по заложенной в него программе.

В роботе, как и в любом компьютере, есть центральный процессор (чип), постоянная память и оперативная память.  Центральный процессор  — это «мозг» компьютера, устройство для обработки информации.  Постоянная память, или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) , используется для хранения неизменяемых данных в компьютере. Она способна хранить данные даже тогда, когда нет энергопитания компьютера.  Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) , — это та часть компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемая программа и все данные, обрабатываемые процессором. ОЗУ — это энергозависимая часть компьютерной памяти.

Программу в робот загружают. Способы загрузки бывают разные, например с помощью специального устройства — программатора — или по радиоканалу. Загрузка программы в постоянную память устройства ещё называется прошивкой устройства.

Когда робот выключен, загруженная в него программа хранится в ПЗУ. Как только на робот подаётся питание, процессор отправляет программу из постоянной в оперативную память и запускает выполнение программы.

Таким образом, роботом называют такое устройство, которое можно запрограммировать на выполнение каких- то действий.

Является ли роботом старый автомобиль, например «Волга» ГАЗ-21 (рис. 10.21)? Конечно, каждый ответит, что нет.

Является ли роботом старый автомобиль, например «Волга» ГАЗ-21? Конечно, каждый ответит, что нет.

Роботом можно считать современный гугл-автомобиль , на который уже установлен бортовой вычислительный комплекс и активный круиз-контроль. Такой автомобиль может не только сохранять постоянную скорость на трассе, но и оставлять неизменным расстояние до впереди идущего автомобиля и реагировать в автоматическом режиме на внезапно появляющееся препятствие.

Теперь мы можем определить, чем же отличаются роботы от простых механических устройств или радиоуправляемых игрушек. Итак, в роботах должно быть устройство, которое позволит ему «думать» и каким-то образом «общаться» с человеком. Такое устройство, которое используется для управления в электронике и вычислительной технике, получило название «контроллер».  

Контроллер  — это микросхема, внутри которой находится настоящий компьютер. В контроллере есть всё, что необходимо для самостоятельной работы: процессор, оперативная и постоянная память, порты ввода и вывода, таймеры, многое другое.

Во все планшеты, телефоны и другие гаджеты встроены контроллеры.

Контроллеры отличаются друг от друга размерами, мощностью (которая определяет, какое количество операций может выполняться), рабочей частотой (скоростью выполнения операций).

Главная часть любого контроллера — микропроцессор. Это арифметико-логическое устройство, которое производит арифметические и логические операции с двоичными числами (об этом мы будем говорить, когда станем рассматривать команды, которые понимают роботы).

Микропроцессоры отличаются друг от друга внешним видом (корпусом и количеством ножек) и функциональными возможностями. Один и тот же процессор может быть в корпусе, который нужно припаивать к плате, а может — в корпусе, который просто вставят в специальный разъём на плате. Процессор может выполнять различные задачи: например, управлять освещением у вас в комнате: по хлопку в ладоши включать свет, а по свистку выключать.

Основные понятия и термины:

робот,

микропроцессор,

постоянная память,

оперативная память,

контроллер.

Вопросы и задания:

1. Объясните, чем робот отличается от неробота. Верно ли, что радиоуправляемые игрушки — это настоящие роботы?

2. Какое устройство управляет всеми действиями робота? Для чего нужно большое количество разнообразных контроллеров?

Задание 1

Придумайте и нарисуйте собственного робота.

Дайте роботу имя, придумайте, что он будет делать, какие команды он сможет выполнять.