Исследовательский проект по робототехнике «Роботы и их место в нашей жизни»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОДИНЦОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №16 (143000, Московская область, г.Одинцово, ул.Чистяковой, д.10) тел.8(495)589­32­09 Проект  «Роботы и их место в нашей жизни» Выполнил:   Журавлев Сергей,  учащийся 6 б класса МОУ СОШ №1 Г.Егорьевск 2019 г. Введение В   нашей   повседневной   жизни   ­   в   школе,   на   работе,   дома   нас   окружает огромное   количество   технических   устройств:   телевизор,     стиральная     машина, мобильный  телефон, компьютерная техника и многое другое. А ведь каких­то 30­40 лет   назад   люди   обходились   без   телевизора,   не   говоря   уже   о   том,   что   способом передачи   информации   были   лишь   письма   и   телеграммы.   С   каждым   годом   наука развивается,   исследования   не   стоят   на   месте.   Изобретаются   все   новые   и   новые технологии.   Мне   нравится   наблюдать   за   этим   прогрессом.   Поэтому   я   увлекся робототехникой. Эта отрасль будет развиваться в мире очень быстро.  Однажды   на   день   рождения   мои   родители   подарили   мне   конструктор,   из которого   я   смог   собрать   несколько   разновидностей   роботов,   смог   научиться   их программировать. И я стал их изучать.  Мне стало интересно придумывать своему роботу новые программы, ставить ему   сложные   задачи   и   условия,  создавать   неожиданные     препятствия,  пробовать, экспериментировать.   Когда   я   собираю   своих   роботов,   я   узнаю   много   нового   о программировании, физике, математике, логике. Робототехника, по моему мнению, именно этим  и   интересна  ­ в ней  соединяются многие  науки ­ здесь  надо  знать информатику,   разбираться в физике, биологии, математике. При конструировании робота   развивается   мышление,   логика,   математические   и   алгоритмические способности, исследовательские навыки. Целью  своей проектной работы   я ставлю привлечение интереса к научно­ техническому творчеству, технике, высоким технологиям.  Моя задача ­ освоить азы программирования и показать то, что я уже успел изучить и чему смог обучить своего робота. Актуальность ­ быть технически грамотным специалистом и в будущем стать программистом, работать в сфере IT. А, впоследствии, возможно, у меня получиться создать уникальный робот, который поможет людям в сложных бытовых условиях или   опасных   профессиях   или   даже   будет   отправлен   в   космос   для   исследования других планет!! 1. Что такое РОБОТ? Но для начала я хотел бы рассказать, что слово  «робот»  было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы») в  1920 году. В нем был описан процесс сборки роботов самими роботами на фабрике.  В чешском языке «robota» значит тяжелый труд, каторга, барщина. 2 Герою пьесы ­ инженеру Россу, удалось изобрести сложную машину, которая могла выполнять все работы человека. Вот эту человекоподобную машину автор и назвал  «роботом».  Роботы   имели   полное   внешнее   сходство   с  человеком   и  могли выполнять   всякую   работу.  Спрос   на   них   был   настолько   велик,   что   завод   вскоре перешел на их массовое производство. Хозяева роботов стали заменять ими живых людей на фабриках и заводах. Но однажды роботы набросились на людей и перебили их всех. Люди на Земле прекратили свое существование, а их место заняли разумные автоматы...  Такой финал первой пьесы о роботах оставил глубокий след в душах первых зрителей   и   сформировал   негативное   отношение   общества   к   ним   на   многие десятилетия. Впрочем, техника продолжала развиваться, а люди ­ строить роботов вне зависимости от эмоций. 2. Первые РОБОТЫ Из многих предположений возникает вопрос ­ когда же был изобретен первый робот.  Оказывается, первые мысли к созданию роботов возникли еще до нашей эры: в середине 3­го тысячелетия египтяне изобрели «думающих машин» ­ внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать предсказания и советы.  А   в   50­х   19   века     были   найдены   чертежи   человекоподобного   робота, сделанные  Леонардо  да   Винчи,  примерно   в 1495  году.  На   чертеже  был   детально изображен   механический   рыцарь,   который   мог   сидеть,   раздвигать   руки,   двигать головой, открывать и закрывать челюсти. По его замыслам работой рук должно было управлять механическое программируемое устройство в груди, ноги должны были управляться с помощью рукоятки, приводящий в движение трос, связанный с ногами. До   появления   промышленных   роботов   считалось,   что   роботы   должны   выглядеть подобно людям. Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Когда у Венсли спросили, откуда это странное имя, он ответил: «Первая половина слова — «теле» — греческая и означает «далекий», вторая — «вокс» — латинская  и значит «голос». Своим названием  я хотел   подчеркнуть   способность   моего   робота   отвечать   на   команды,   поданные голосом   человека».   Внешне   мистер   Телевокс   был   не   очень   привлекателен: квадратная   голова   с   какими­то   прямоугольниками   вместо   глаз   и   рта,   женская шпилька вместо носа, открытое деревянное туловище со сложным переплетением проводов и механизмов внутри и, наконец, нелепые руки и ноги. Телевокс обладал способностью слышать и исполнять несколько различных приказаний, отдаваемых человеком   при   помощи   звуков   свистка.   Подавая   различное   число   повторных свистков, Венсли мог заставить робота открыть окна, закрыть дверь, пустить в ход вентилятор   и   пылесос,   а   также   зажечь   свет   в   комнате.   Телевокс   был   не   только 3 слышащим и говорящим роботом. Он мог выполнять некоторые домашние работы, заменяя   домработницу.   При   помощи   свистков   можно   отдать   соответствующее распоряжение, и механический слуга подогреет ужин. Как это он сделает? Очень просто.   Уходя   из   дому,   хозяйка   должна   поставить   кастрюлю   и   сковороды   с кушаньями на электрическую плиту. Телевокс тогда самостоятельно включит плиту в электросеть. Очень скоро у мистера Телевокса появились братья. Первым из них был робот Эрик,   построенный   в   1928   году   английским   инженером   Ричардсом.   Этот   робот выступил перед публикой 15 сентября 1928 года в Лондоне на открытии ежегодной выставки Общества инженеров. Он произнес речь об итогах истекшего года. Эрика показывали и во многих других городах Великобритании. Самыми первыми были изобретены именно     промышленные роботы. В 1980 году   в   СССР   создан   центральный   научно­исследовательский   и   опытно­ конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) и   изобретен   первый   пневматический   промышленный   робот   МП­8   с   позиционным управлением. У   истоков   робототехники   стояли   талантливые   люди.   Сын   профессора славистики,  выходца  из  России, Норберт  Винер получил  ученую степень  доктора философии в Гарвардском университете уже в возрасте 18 лет!  Появление   книги   Норберта   Винера   "Я   ­   математик",   как   мощный   взрыв потрясло   весь   мир.   Именно   она   провозгласила   рождение   новой   науки   — КИБЕРНЕТИКИ. Винер был ученым широкого профиля. Слово робот прочно вошло в нашу жизнь.  Для   маленьких   детей   создано   немало   игрушек­роботов,   в   которые   с удовольствием играют не только мальчики, но и девочки. А кто не смотрел фильм про приключения Электроника! Не одно поколение детей выросло, зная о забавных приключениях героев этого фильма, и сейчас, включив   телевизоры, многие смогут пересмотреть интересную киноленту. 3. Виды РОБОТОВ За   время   своего   развития   –   роботы   пережили   эволюцию,   как   сферы использования, так и функциональных возможностей.   Роботы  первого  поколения   ­  это  роботы  с  программным управлением, предназначенные   для   выполнения   определенной,   жестоко   запрограммированной последовательности   операций,   диктуемой   соответствующим   технологическим процессом.  Роботы второго поколения – это «очувствленные» роботы, предназначенные для работы с неориентированными объектами произвольной формы, осуществления сборочных и монтажных операций, сбора информации о внешней среде с помощью большого количества сенсоров.  4 Роботы третьего поколения  ­ это так называемые интеллектуальные, или разумные, роботы, предназначенные  не столько для воспроизведения физических и двигательных функций человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности,   т.е.   для   решения   интеллектуальных   задач.   Они   принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей в себя элементы искусственного интеллекта. По области использования роботы делятся на виды:  промышленные,   бытовые,   медицинские,   обучающие,   военные,   охранные роботы,   биороботы,   роботы­игрушки,   нанороботы,   а также андроиды и киборги. Существуют роботы и для развлечений.   Ежегодно проводит турнир роботов по футболу по упрощенным правилам. А также  роботы способны играть в шахматы. Чемпион мира Гарри Каспаров проиграл в шахматном поединке роботу. 4. Миссия РОБОТА У роботехники  есть свои законы.  Их   придумал   американский   писатель­фантаст,   биохимик,   автор   около   500 художественных книг Айзек Азимов.  При   создании   робототехники   нужно   руководствоваться   правилами,   по которым  робот не может причинить вред человеку, даже если он бездействует; задача робота  – подчиняться приказам человека, если они не несут вред людям. Дружественное отношение к человеку должно быть главным в программировании роботов: 1. Робот не должен вредить человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред. 2. Робот   должен   выполнять   приказы   человека,   кроме   приказов, противоречащих первому закону. 3. Робот   должен   заботиться   о   своей   безопасности,   если   это   не противоречит первому и второму законам. 5 5. Мой РОБОТ А теперь мой робот. Он собран из  робототехнического конструктора нового поколения, компании Lego.  «Мозгом» модели является ЛЕГО­микрокомпьютер (ранее RCX, сейчас его сменил   NXT).   К   портам   этого   микрокомпьютера   подсоединяются   датчики   и исполнительные механизмы.  Робот собирается из пластмассовых деталей и может выглядеть как человек, машина, животное и выполнять различные функции.  Поведение   робота задается программой, которую можно создавать как при помощи   кнопок   самого   микрокомпьютера,   так   и   при   помощи   специального программного обеспечения на      персональном      компьютере.        Программное           обеспечение           LEGO MINDSTORMS Education NXT является адаптированной версией NI LabVIEW. 5.1. Эксперименты Чтобы   составить   программу   я,   в   первую   очередь,   создаю   алгоритм   в специальной программе на компьютере.   Это   набор   блоков   команд,   которыми   я   могу   пользоваться   при программировании.  Сначала я решаю, какую хочу поставить перед роботом задачу. Например, робот   должен   проехать   вперед,   и   если   он   впереди   упрется   в   препятствие, развернуться и уехать или если упрется в препятствие, не разворачиваясь, отъехать назад задним ходом.  Необходимо   также   зациклить   программу.   Для   решения   этой   задачи   я использую   датчик   касания.   Далее   создаю   программу   на   компьютере.   И   запускаю робот.  Задачи можно ставить самые разные. Управлять роботом можно и с помощью планшета и даже с помощью сотового телефона. Приведу к примеру два эксперимента.  5.2. Найди цвет Первый эксперимент по распознаванию цветов. Я научил робота определять и   Кроме   этого,   на   каждый   цвет   мой   робот   выполняет находить   цвета.   соответствующую команду:  ­ СИНИЙ ­ робот должен развернуться,  ­ ЗЕЛЕНЫЙ ­ должен повернуть направо,  ­ ЖЕЛТЫЙ – повернуть налево,  6 ­ увидев КРАСНЫЙ цвет ­ робот должен остановиться Для этого я сделал следующее: я написал вот такой алгоритм  Алгоритм для эксперимента «Найди цвет»: Начало­движение прямо­при определении синего цвета заложено условие­да­ нет­выбор   да­разворот.   Далее   зеленый­условие   –да­нет­   выбор   да­направо.   Далее желтый­условие да­нет, выбор да­налево. Далее красный­условие да­нет­выбор стоп­ Конец.  Рис.1. Вид экрана. Алгоритм для эксперимента «Найди цвет» Для   этого   эксперимента   я   использовал   датчики   анализа   и   определения отраженного света.  5.3. Не упади Следующий эксперимент, который я хочу вам показать, я назвал “Непадучка”. Мой Робот умеет идти по поверхности и, подходя к краю, не падать. 7 Рис.2. Вид экрана. Алгоритм для эксперимента «Непадучка» Для этого я задал следующий алгоритм: Начало­движение прямо­обстоятельство­край стола­условие­да­нет­выбор да­ движение назад.   Так может робот двигаться бесконечно. Конец программы я не поставил, чтобы движение продолжалось бесконечно долго. Для этого эксперимента я также использовал датчики анализа и определения отраженного света.  Заключение Я считаю, что  выполнил поставленные цели и задачи. Я освоил простейшие азы   программирования,   и   надеюсь,   привлек   внимание   к   робототехнике   учащихся нашей школы. Роботы в будущем упростят нашу жизнь, сделают ее комфортнее и доступнее.   Мы   сможем   изучать   вселенную   и   проникать   с   помощью автоматизированных,   программированных   систем   туда,   куда   никогда   не   сможет добраться   человек.   Роботы     всегда   будут   нужны   людям   с   ограниченными возможностями, а также  тем людям,  чьи профессии сопряжены с риском. Роботы будут строить дома и машины. Прекратиться загрязнение окружающей среды, ведь новые технологии практически безотходны. Во всем мире  уже ведутся серьезные исследования, связанные с глобальным риском  создания  искусственного  сверхчеловека.  Но  создадут  его  люди!  И  может быть я.   8 За робототехникой и создателями роботов – будущее Список используемых Интернет­ресурсов ­ ­ ­ ­ "Роботы от А до Я" ­ http://www.joho.ru/medicina.htm  "Искуственный интелект" ­ http://machine­intelligence.ru/robots­types  "Мой робот" ­ http://www.myrobot.ru/articles/hist.php  «ProRobot" ­ http://www.prorobot.ru/12/robot­it­is.php  9