CC BY
8УДК 007.52:004.383
РОБОТОТЕХНИКА - ОСНОВА ТЕХНОЛОГИЙ БУДУЩЕГО
Столповский Г.А., канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: stolpovskij@mail.ru
Столповский А.Г., ученик 3 «А» класса, лицей № 8, Оренбург e-mail: stolpovskij@mail.ru
В статье рассматривается значимость робототехники в нашей жизни и уровень сложности конструирования роботов на основе конструктора LEGO. Представлены результаты анализа анкет учащихся 3 «А» класса Лицея №8 г. Оренбурга и различных информационных источников.
Ключевые слова: робот, LEGO, андроид, WeDo, конструктор, разъемы.
Актуальность. Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе в школе рассматриваются проблемы робототехники. Lego роботы встраиваются в учебный процесс. Проводятся соревнования по робототехнике, учащиеся участвуют в различных конкурсах в основе которых использование новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями.
В современном обществе идет внедрение роботов в нашу жизнь, очень многие процессы заменяются роботами. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. Очень многие процессы в жизни, человек уже и не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов): робот для всевозможных детских и взрослых игрушек, робот - сиделка, робот - нянечка, робота - домработница и т.д.
Цель исследования: выяснить, для чего нужна робототехника в повседневной жизни, а также сложно или нет, создать робота на основе LEGO, заставить его двигаться и издавать звуки.
Для достижения поставленной цели были выдвинуты следующие задачи:
1. Проанализировать литературу по теме.
2. Описать появление роботов и их типы.
3. Выяснить какие задачи могут выполнять работы на основе LEGO.
С самого моего раннего детства меня окружают роботы. Что такое робототехника?
Слышать о роботах мы слышали и даже видели в фильмах, но представить их в обычной жизни и по сей день сложно. Хотя по большому счету роботы окружают нас повсюду - это и кофемашины, и квадрокоптеры, и умная техника. В конце концов японцы изобрели роботов, которые способны помогать людям по хозяйству.
Интересно заглянуть в историю появления роботов и узнать, как появились в настоящее время роботы на основе LEGO. При этом, какой первый появился робот? Какие задачи могут выполнять роботы? Как сконструировать робота своими руками? Как заставить робота двигаться и издавать звуки? Что такое программирование?
В рамках данного исследования я постараюсь ответить на эти вопросы.
Краткая история робототехники.
Робот (чеш. robot, от robota - «подневольный труд»). Сегодня изобретение роботов стало очень близким для нас. Они окружают нас повсюду и выполняют заданные им команды [1].
Собирая материал по данной теме, изучив различную литературу, я узнал, что первыми роботами в истории считаются «водяные часы - клепсидры» - самые точные до XVII века,
84
которые изобрел древнегреческий ученый Ктесибий в 285 году до нашей эры рисунок 1 и автоматы Герона изобретенные Героном в Александрии в I веке нашей эры рисунок 2.
Рисунок 1 - Водяные часы Рисунок 2 - Автоматы Герона (I век н.э.)
В 1623 году Вильгельмом Шиккардом был изобретен механический калькулятор. Машина содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов. Первый блок - шестиразрядная суммирующая машина -представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси имелись шестерня с десятью зубцами и вспомогательное однозубое колесо - палец [2]. Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестерёнку на десятую часть полного оборота, после того как шестерёнка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестерёнки следовало вращать в обратную сторону. Контроль хода вычислений можно было вести при помощи специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, чью главную часть составляли шесть осей с «навёрнутыми» на них таблицами умножения рисунок 3.
В 1673 году Лейбниц изобрёл конструкцию арифмометра, гораздо лучше паскалевской, - он умел выполнять умножение, деление, извлечение квадратных и кубических корней, а также возведение в степень. Предложенные Готфридом ступенчатый валик и подвижная каретка легли в основу всех последующих арифмометров вплоть до XX столетия. «Посредством машины Лейбница любой мальчик может производить труднейшие вычисления», - так говорили об этом изобретении рисунок 4.
Рисунок 3 - Механический калькулятор Рисунок 4 - Арифмометр
Текстильных дел мастер Базиль Бушон разработал элегантный способ управления ткацким станком [6]. Он впервые установил рулон бумаги с проделанными в нужных местах отверстиями в барабан, после чего станок смог воспроизводить заданный рисунок на ткани. Изобретение позволило создавать сложные плетения в автоматическом режиме рисунок 5.
Одна из первых механических вычислительных машин на территории России была создана не позднее 1770 года часовым мастером и механиком Евной Якобсоном. Она
предназначена для выполнения операций сложения, вычитания, умножения и деления. Машина хранится в коллекции научных инструментов музея им. Ломоносова в Санкт-Петербурге рисунок 6.
Рисунок 5 - Перфорированная лента для записи программы ткацкого станка
Рисунок 6 - Счётная машинка Якобсона
Развитие робототехники в настоящее время.
Говоря о XX и XXI веках можно сказать, что роботы уже успешно применялись в освоении космоса.
В настоящее время робототехника стремительно развивается. Появляются новые механизмы, которые не только выполняют определённые функции, но и выполняют и повторяют поставленные перед ними задачи. Постоянно появляется разновидности и различные типы роботов [1].
Андроид - человекоподобный робот рисунок 7.
Бытовой робот - робот для помощи человеку в повседневной жизни рисунок 8.
Персональный робот - тип роботов, которые в отличие от других будут компактны, недороги и просты в использовании рисунок 10.
Промышленный робот - устройство, которое применяется для перемещения объектов и для выполнения производственных процессов рисунок 9.
Социальный робот - робот способный общаться с людьми рисунок 11.
Для развития детей в 1998 году был разработан робот на основе конструктора LEGO рисунок 12.
Рисунок 7 - Андроид
Рисунок 8 - Бытовой робот
Рисунок 9 - Сварочный робот
Щ*
Рисунок 10 - Персональный робот
-Г&Ш *
Рисунок 11 - Социальный робот
Рисунок 12 - Робот LEGO
Робототехника на основе LEGO.
Более подробно рассмотрим конструирование робота на основе LEGO. Сердцем робота-конструктора является микрокомпьютер (микроконтроллер). Стандартные детали Lego (балки, шестерни, оси, колеса) мало изменяются с развитием конструктора, наибольшие изменения претерпевает именно микрокомпьютер и среда программирования
[3].
Конструктор Lego Mindstorms - это набор стандартных деталей Lego, микрокомпьютер и датчики, которые легко объединены в один целый механизм.
Такой конструктор позволяет собрать и запрограммировать при помощи компьютера множество базовых моделей по инструкции, а также придумывать свои.
Через коммутатор осуществляется управление датчиками и моторами при помощи программного обеспечения WeDo. Через разъемы коммутатора подается питание на моторы и осуществляется обмен данными между датчиками и компьютером [4].
Таким образом, робот выполняет задачи заданные на компьютере при помощи программы: движения, поворот, вращательные движения, и т.д.
Сегодня Lego является безусловным лидером образовательной робототехники. В процессе исследования мною были сконструированы несколько роботов на основе конструктора LEGO. Ход сборки и результаты работы представлены на рисунке 12 - рисунке 15.
Рисунок 12 - Начальный этап сборки Рисунок 13- Сборка ходовой части робота робота _
f*
Рисунок 14 - Проверка правильности Рисунок 15 - Программирование робота сборки робота
Полученные результаты:
Проанализировав литературу, связанную с робототехникой и сконструировав робота на основе конструктора LEGO было проведено анкетирование среди обучающихся 3, «А»
класса «Лицея №8» в г. Оренбурге. Результаты анкетирования сведены в таблицу 1. _Таблица 1 - Результаты анкетирования_
Вопрос ДА НЕТ
1. Считаете ли вы, что робототехника быстро развивается? 26 4
2. Нужны ли роботы человеку? 25 5
3. Есть ли у вас дома роботы? 15 15
4. Хотели бы вы приобрести себе робота, например, LEGO и обучить его командам? 30 0
Как видно из таблицы 1 в настоящее время 26 человек из 30 считают, что робототехника быстро развивается. Также для облегчения труда и для своего развития, 25 детей считают, что роботы нужны человеку и все хотели бы их приобрести. Таким образом, роботы детям интересны и познавательны.
Вывод.
Исследование показало, что робототехника стремительно развивается во всем мире и имеет огромный потенциал. Сконструированные роботы могут быть полезны не только в узконаправленных отраслях, но и облегчать жизнь людей в повседневной жизни. Более мелкие и простые роботы LEGO могут развивать моторику у детей, обучать их новому и развлекать их.
В ходе проведенного исследования работы мы убедились в том, что модели на основе LEGO являются управляемыми при помощи программы, которая делает из них не просто игрушку, а многофункционального робота.
Литература
1. Иванов, А.А. Основы робототехники - М.: Форум, 2012. - 203 с.
2. Юревич, Е.И. Основы робототехники - М.: БХВ-Петербург, 2010. - 368 с.
3. Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. - М.: Просвещение, 2016. - 296 с.
4. Костров, Б.В. Искусственный интеллект и робототехника / Б.В. Костров, В.Н. Ручкин, В.А. Фулин. - М.: Диалог-Мифи, 2008. - 224 с.
5. Макаров, И.М. Робототехника. История и перспективы / И.М. Макаров, Ю.И. Топчеев. - М.: Наука, МАИ, 2010 . - 349 с.
