Мир роботов

В мире современных технологий нас все больше и больше окружает робототехника. Робототехника является важной частью современного мира. В повседневной жизни - в школе, дома мы используем огромное количество технических устройств: мобильные телефоны, стиральные машины, компьютерную технику и многое другое, все это является роботами. С каждым годом наука развивается, исследования не стоят на месте. Эта отрасль усовершенствуется в мире очень быстро... Авторы проекта: Журин Роман; Иванов Альберт; Ильин Александр; Коробкова Варвара; Кудринская Софья обучающиеся 4б класса. Наставник проекта: Барсукова Екатерина Петровна учитель начальных классов.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 64 имени Б. Ручьёва»

города Магнитогорска

Групповой проект

Тип проекта: творческий

Тема проекта: Мир роботов

Авторы проекта: Журин Роман

Иванов Альберт

Ильин Александр

Коробкова Варвара

Кудринская Софья

обучающиеся 4б класса

Наставник проекта: Барсукова Екатерина Петровна

учитель начальных классов

Магнитогорск, 2020

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………..… 3

1. Теоретическая часть ………………………………………………………….…….. 4

1.1. Что такое робот и робототехника ……………………………………………….. 4

1.2. История создания роботов …………………………………………………….… 6

1.3. Классификация роботов ………………………………………………………….. 15

1.4. Устройство роботов и основные принципы работы …………………………… 18

1.5. Робототехника в современном мире ……………………………………………..20

2. Практическая часть ………………………………………………………………… 21

2.1. Экспериментальное анкетирование учащихся ………………………………… 21

2.2. Робот GRIPP 3R …………………………………………………………………... 23

2.3. Роботы и экология ………………………………………………………………… 27

Заключение …………………………………………………………………………….. 30

Список литературы ……………………………………………………………………. 31

Приложения ……………………………………………………………………………. 32

Введение

Тема данной работы является актуальной, так как развитие робототехники происходит постоянно. С момента своего появления полвека назад, роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. Научная новизна проекта заключается в том, что в настоящее время развитие робототехники включено в программу «Развитие отрасли информационных технологий в Российской Федерации на 2019-2020 годы и на перспективу до 2025 года».

Исходя из этого, цель работы была определена следующим образом: рассмотреть развитие робототехники в истории человечества, узнать, что она представляет собой на данный момент и какие перспективы её дальнейшего развития.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Раскрыть значение слова «робот».

2. Изучить историю роботов, их классификацию и функции.

3. Узнать, где может пригодиться робототехника.

4. Провести анкетирование, чтобы выяснить насколько популярным является увлечение робототехникой среди ребят нашего возраста.

5. Изучить модель робота.

1. Теоретическая часть

1.1.Что такое робот и робототехника

По последним данным, сегодня в мире работают 1,8 миллионов самых различных роботов – от промышленных, домашних, роботов-игрушек. При этом самое большое количество роботов используется в Южной Кореи, второе место занял Сингапур, третье – Япония, далее США, Китай. А в России роботов всего около 0,25% мирового рынка, что крайне мало.

Слово «робот» появилось с подачи чешского писателя Карела Чапека после публикации в 1920 году его пьесы «Россумские Универсальные Роботы» (прим. далее «Р. У. Р.»).

Герой пьесы учёный Россум изобрёл искусственных людей. Вскоре их производство было поставлено на промышленные рельсы. Искусственные люди должны были помогать человеку во всём.

Один из героев пьесы, генеральный директор компании «Р. У. Р.», отвечая на вопрос «что такое роботы?», говорит: «Роботы — это не люди… они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души». Так впервые появилось новое понятие «робот» (чешск. robota — «работа», «тяжёлый труд»), которое стали использовать не только в фантастической литературе, но и в науке и технике. И хотя в этом произведении роботы изготавливались на фабриках из выращенных органических тканей, само понятие впоследствии было растолковано и применено именно в отношении механических устройств.

Что же такое робот? Робот – это автоматическое устройство, имитирующее движения и действия человека, это механические помощники человека, способные выполнять операции по заложенной в них программе и реагировать на окружение.

Робототе́хника (от робот и техника) - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Много книг о роботах написал писатель-фантаст Айзек Азимов. Понятие «робототехника» принадлежит именно ему, впервые оно появилось в 1941 году. А в 1942 году он сформулировал 3 закона робототехники:

- Робот не может навредить человеку или, бездействуя, допустить, чтобы человеку был нанесен вред;

- Робот должен подчиняться приказам, которые дает ему человек за исключением случаев, когда такие приказы противоречат первому правилу;

- Робот должен защищать свое существование до тех пор, когда эта защита не противоречит первому или второму правилу.

Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную, военную, космическую робототехнику. При создании робототехники нужно руководствоваться правилами, дружественное отношение к человеку должно быть главным в программировании роботов.

1.2.История создания роботов

Роботы ассоциируются у большинства людей исключительно с новыми технологиями. Однако идее создавать машины подобные людям, уже сотни лет. Существа, напоминающие современных роботов, можно найти даже в мифологии и литературе.

Оказывается, первые мысли к созданию роботов возникли еще до нашей эры: в середине 3-го тысячелетия египтяне изобрели «думающих машин» - внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать предсказания и советы.

Рис. 1

Наиболее популярными в средние века были автоматические часовые механизмы и человеческие фигуры, которые двигались. Так в 1495 году Леонардо да Винчи создает проект механического рыцаря, чтобы показать, что машина может двигаться, как человек. Но Леонардо так его и не сконструировал. Это изобретение эпохи Возрождения считается первым в истории роботом.

Рис.2 – проект Леонардо да Винчи – механический человек

Не остались в стороне и русские механики. Иван Петрович Кулибин в 1769 году сконструировал часы в оригинальной форме в виде гусиного яйца. Часы показывали не только секунды и часы, но также времена года и фазы Луны, при этом они каждый час открывались, а в полдень играла музыка.

Рис.3 – Часы И.П. Кулибина

В середине 1700-го часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид». Так они создали автомат - чертежник. Это сидящая за столом девочка, которая выписывала аккуратным почерком буквы, слова и даже могла нарисовать собаку. При этом она плавно покачивала головой и опускала веки в такт движения руки. Затем были другие подобные автоматы.

К 1805 году возникают механизмы, дающие начало созданию автоматических станков.

Рис.4 – Механический человек Пьера-Жака Дро

В конце 19 века увидела свет пьеса Rossumovi univerzální roboti («Россумские универсальные роботы») чешского автора Карла Чапека, которая дала миру слово «роботы» – создания, механически и интеллектуально совершеннее человека.

Рис.5

Наиболее широко и значимо в литературе тема робототехники раскрылась в работах Айзека Азимова, в цикле рассказов «Я, робот». Сейчас, кажется, о трех законах робототехники знает даже далекий от этой сферы человек.

В 1890 году Никола Тесла изобретает пульт дистанционного управления. Без этого устройства многих современных роботов невозможно было бы привести в движение. В 1898 г. Тесла испытал радиоуправляемое судно, после чего шествие роботов по миру было уже не остановить.

Рис.6 – Радиоуправляемая лодка Никола Тесла

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Телевокс обладал способностью слышать и исполнять несколько различных приказаний, отдаваемых человеком при помощи звуков свистка. Он мог выполнять некоторые домашние работы, заменяя домработницу.

Рис.7 – Робот Мистер Телевокс

В 1936 году советским школьником Вадимом Мацкевичем был создан настоящий робот, который мог поднимать правую руку – это первый робот андроид в России. В 1937 году был удостоен диплома Всемирной выставки в Париже.

Рис.8 – Робот-андроид Вадима Мацкевича

1937 г. – Elektro, ставший знаменитым в свое время (компания Westinghouse), – имел рост 2,5 метра и продвинутую электрическую систему управления, выполнял 26 предопределенных команд и мог составить компанию курильщику, если ему предложат сигарету. У Elektro был друг – робот-собака Sparko.

Рис.9 – Робот Электро и его друг робот-собака Спарко

1950–2000 годы - это период, отличающийся первыми коммерческими успехами промышленных роботов и их последующим совершенствованием.

1947 г. – начало разработки промышленных роботов, когда в Америке был внедрен первый автоматический электромеханический манипулятор, названный промышленным роботом.

В начале 1960-го набирает популярность роботизированное производство и использование первых «умных машин».

1961 г. – компания Unimation внедряет роботов на производственные линии заводов General Motors в Нью-Джерси. В 1965 году Ральфом Мошером, инженером компании General Electric был разработан робот Walking Truck для переноски грузов и ряда схожих функций.

Рис.10 – Робот Walking Truck

В 1967–1969 годах происходит развитие и использование роботов на предприятиях Европы, а также активная стадия роботизации в Японии (робот Unimate Kawasaki 2000).

Рис.11

Технический прогресс в робототехнике двигался в направлении систем совершенствования управления. Развитая система сенсоров характерна для таких робототехнических систем: Unimate, KUKA, FANUC, Hitachi, Westinghouse.

Период с 1970-го по 2000-й характеризуется активным ростом и развитием отрасли: использованием новых контроллеров, развитием языков программирования, запуском первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.

Двухтысячные годы ознаменовались выпуском андроидов и гуманоидов.

1999 г. – робот-собака AIBO, созданная компанией Sony. Наиболее продвинутая разработка на данный момент. Ведет себя как полностью живой организм, выполняя основные для собаки команды. Он может сам развиваться, взаимодействуя с хозяином и обстановкой. Любопытный факт: владельцы отмечают, что AIBO любит «смотреть» телевизор. В 2006 г. корейская фирма Dasarobot выпустила аналог робота-собаки Genibo.

Рис.12 – робот-собака AIBO

В 2000 году впервые появился ASIMO первый в линейке шагающих роботов. Разработчик – компания Honda. ASIMO умеет передвигаться, вступать во взаимодействие с людьми и выполнять бытовые задачи.

Рис.13 – робот ASIMO компании Honda

В 2004 году Марк Тилден канадский физик создает игрушку «Робосапиен» - робота-гуманоида для массовой продажи. Пройдя несколько модификаций, он стал наилучшей системой для общения и развлечений. К настоящему времени роботы продолжают развиваться и уже способны не только самостоятельно передвигаться, но и переносить грузы, играть на музыкальных инструментах, изображать домашних животных, собирать образцы породы на Марсе, обеспечивать работу международной космической станции, а также участвовать в поиске и спасении людей в чрезвычайных ситуациях.

Рис.14 – робот-гуманоид RoboThespian

BigDog – боевой четырёхногий робот, созданный в 2005 году Boston Dynamics совместно с Foster-Miller и NASA.

Рис.15 – боевой робот BigDog для переноски грузов

В 2013-м Boston Dynamics показала миру другой проект: робот Atlas. Разработка предназначена для перемещения по неровной местности на двух ногах. К настоящему моменту проект совершенствуется и проходит ряд испытаний.

Рис.16 – робот Atlas

iCub – этот робот-ребенок появился в 2004 году благодаря проекту RobotCub Consortium с целью проверки теории о когнитивном познании.

Рис.17 – Робот-ребенок iCub

NAO – разработка, созданная в 2008 году и достигшая численности свыше 5000 роботов к настоящему моменту. Человекоподобный и дружелюбный робот для дома, университетов и лабораторий, созданный для помощи в научных исследованиях и образовании. Он помогает учащимся в освоении компьютерных наук, математики и физики, а также в области взаимодействия робота и человека.

Рис.18 – Робот NAO

2014 г. – Aiko Chihira (Айко Чихира) – робот-гуманоид от Toshiba начал работать в торговом центре Мицукоси в Нихонбаси, Токио. Он говорит на японском (хотя в презентации на CES 2015 неплохо справлялся с английским) и владеет языком жестов. Айко помогает ориентироваться в торговом центре.

Рис.19 – робот-гуманоид Aiko Chihira от Toshiba

1.3.Классификация роботов

Общепринятого мнения в отношении классификации роботов не существует, из-за чего в разных изданиях, а также интернет-ресурсах, посвященных робототехнике, можно встретить различные классификации.

Рассмотрим разбиение всех видов роботов на группы по типу выполняемой работы или решаемой задачи: промышленные, строительные, сельскохозяйственные, транспортные, бытовые, боевые, охранные, исследовательские.

Промышленные роботы предназначены для автоматизации всевозможных технологических операций (сварка, штамповка, металлообработка, сборка готовых изделий и т.д.) на производстве какой либо продукции. Применяются практически во всех отраслях промышленности (нефтехимическая, автомобильная, авиационная и др.).

Транспортные роботы используются, как следует из наименования для автоматического перемещения грузов, либо автономного управления различными транспортными средствами. Транспортными роботами являются самоходные тележки, автопилоты и т.д.

Бытовые роботы. Данный тип роботов применяется в быту и офисах. Яркими примерами являются роботы-пылесосы, многочисленные робоигрушки, предназначенные для развлечений и образовательных целей. В перспективе ожидается появление и более функциональных систем, умеющих выполнять более сложные домашние обязанности такие как: мытье посуды, стирка грязного белья, приготовление пищи и т. п.

Боевые (военные) роботы предназначены для минимизации участия человека в боевых действиях с целью сокращения или исключения вовсе людских потерь, а также для работы в условиях, которые несовместимы с возможностями человека в военных целях. Разновидностей боевых роботов столько же, сколько и боевых задач для войсковых подразделений: беспилотные с дистанционным управлением самолеты (вертолеты) — разведчики, подводные аппараты и надводные корабли, роботы-минеры, роботы-саперы, роботы-патрульные, роботы для переноски военной амуниции.

Перед охранными роботами ставятся задачи по защите территорий или помещений. Большинство людей не замечают, что рядом с ними повсюду действуют роботы-полицейские, роботы-охранники и роботы-шпионы. Роботы охраняют важные объекты и добывают секретную информацию о террористах. Роботы-охранники в отличие от охранника-человека могут работать 24 часа в сутки без сна, еды и воды, их трудно отвлечь, и они могут поднять тревогу, если на них совершено нападение.

Исследовательские роботы используются для сбора всевозможных видов информации об исследуемых объектах, ее переработки и передаче оператору. Объекты могут быть самыми разнообразными: поверхности планет, подводное пространство, подземные шахты, пещеры, полости эксплуатируемых трубопроводов, зараженная местность и другие труднодоступные для человека области.

Люди отправляют роботов в космос для исследования космического пространства. Например, робот «Соджорнер» был первым роботом-вездеходом, оказавшимся на поверхности Марса. Отсутствие на Марсе кислорода, воды и высокая температура (до 100 градусов) затрудняют исследование этой планеты людьми. Поэтому люди поручили исследование Марса роботам-марсоходам. Такие роботы оборудованы различными сенсорами, инструментами и манипулятором при помощи которых марсоходы могут убирать с пути тяжелые камни и исследовать почву планеты.

Современные мобильные роботы работают во вредных или опасных для человека условиях, т.к. использование мобильных роботов в таких условиях позволяет человеку не рисковать своей жизнью и здоровьем.

Роботы участвуют в операциях по спасению людей при катастрофах, обезвреживают взрывные устройства, отыскивают места утечки опасных газов, чтобы не произошел взрыв. Например, робот - «змея» может двигаться внутри газовой трубы. Его видеокамеры и датчики отыскивают места поломки трубопровода и места утечки газа. Промышленный робот «Рози» помогал людям разбирать сломавшийся ядерный реактор.

Человек не может выполнять работу на большой глубине из-за того, что давление воды погубит человека, ведь на глубине свыше 2-х километров давление воды может раздавить даже корпус подводной лодки. Поэтому для подводных работ роботов делают из титана и других сверхпрочных материалов. Подводные роботы, такие как «Супер-Ахиллес» и «Зевс» обследуют обломки затонувших кораблей и самолетов, отыскивают и поднимают на поверхность «черные» ящики, ценные вещи и изучают подводный мир.

Для обнаружения и обезвреживания взрывчатки существуют роботы-саперы, оборудованные специальными видеоустройствами. Такие роботы передают изображение взрывных устройств человеку, находящемуся на безопасном расстоянии. Рука робота может безопасно для находящихся вблизи взрывчатки людей захватить бомбу, переместить её в специальный контейнер, чтобы избежать взрыва.

Однако «заветной» целью исследователей является создание робота подобного человеку с развитым искусственным интеллектом. Но человек – это очень сложное существо. Человек может чувствовать, выражать эмоции, такие как радость, гнев, грусть, страх и другие. Человек обладает мощным мозгом, совершает множество движений. Поэтому машине – роботу очень сложно повторить человека, робот не может быть таким, как человек.

Ученые-исследователи всего мира работают над созданием роботов похожих на людей. Например, есть робот – партнёр для танцев, который реагирует на перемещения человека и копирует движения тела и рук человека.

«АСИМО» стал первым человекоподобным роботом. Он может свободно ходить, огибать углы, подниматься и спускаться по лестнице. Главный секрет этого робота – в рюкзаке за спиной, в котором находятся мощные компьютеры, управляющие роботом. «АСИМО» умеет реагировать на голосовые команды, танцевать, узнавать человеческие лица, бить по футбольному мячу и бегать по кругу.

1.4.Устройство роботов и основные принципы работы

Роботов производят во всем мире. Они могут быть совершенно не похожи на людей, а может быть и наоборот. Устройство роботов можно сравнить со строением человека.

На самом базовом (физическом) уровне люди состоят из основных компонентов:

1) структура тела;

2) система мышц, которая движет телом;

3) система органов чувств, которая получает информацию о теле и окружающей среде;

4) источник энергии, питающий мышцы и органы чувств;

5) мозговая система, которая обрабатывает информацию от органов чувств и дающая указания мышцам.

Роботы делаются из аналогичных компонентов. Обычный робот обладает подвижной физической структурой, электродвигателем определенного рода, системой сенсоров (датчиков, органов чувств), блоком питания и компьютерным «мозгом», который контролирует все эти элементы. По существу, роботы — это техногенные версии животной жизни. Это машины, которые копируют поведение людей и животных.

Роботы отличаются от других подвижных машин вроде автомобилей, поскольку у них есть компьютерный элемент. А от обычных компьютеров отличаются по своей физической природе — у обычных компьютеров нет физического тела, они могут существовать и без него.

Почти у всех роботов есть подвижное тело. Некоторые обладают только моторизованными колесами, у других есть десятки подвижных сегментов, как правило, из металла или пластика.

Чтобы управлять различными приводами и системами робот нуждается в источнике питания. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от розетки. Все приводы подключаются к электрической цепи. Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение — достаточно просто ввести новую программу в компьютер.

Не у всех роботов есть система сенсоров, и лишь некоторые обладают способностью видеть, слышать, чувствовать запах или вкус. Самая распространенная способность робота — способность ходить и наблюдать за своим перемещением. Светодиод на одной стороне колеса пускает луч света через щель, чтобы подсветить датчик света на другой стороне колеса. Когда робот движет определенным суставом, колесо с щелью крутится. Щель разбивает луч света по мере вращения колеса. Световой датчик считывает поведение светового луча и передает данные на компьютер. Компьютер точно может сказать, как вращается сустав в определенной модели. По тому же принципу работает компьютерная мышь.

Это основы робототехники. Робототехники могут комбинировать эти элементы в бесконечное число способов создания роботов неограниченной сложности.

1.5. Робототехника в современном мире

Сфера робототехники - это активно развивающаяся и подающая надежды сфера. Робототехника мир действительно высоких технологий. Современные роботы кажутся фантастическими и нереальными, рассмотрим самые новейшие разработки робототехники.

Согласно исследованию Cisco в 2020-х годах роботы станут привычной частью интерьера квартиры и городских пространств. А исследования учёных Оксфордского университета показали, что в ближайшие 10-20 лет ряд популярных профессий или исчезнет, или этой работой займется искусственный интеллект. Роботы заменят людей там, где им приходилось выполнять однообразную работу, нередко тяжелую и опасную, и в таких профессиях, как солдат, врач, риелтор, учитель.

Робототехника – профессия будущего!

2. Практическая часть

2.1.Экспериментальное анкетирование учащихся

Учитывая актуальность выбранной темы и широкое применение роботов в повседневной жизни, мы предположили, что тема роботов интересна многим ребятам. Нами было проведено анкетирование учащихся 4 классов. Для этого нами была составлена анкета (Приложение 1).

Всего было опрошено 78 человек. Результаты анкетирования показали, что тема роботов и робототехники интересна многим учащимся.

Рис. 20

Рис. 21

Рис. 22

Рис. 23

Таким образом, тема роботов и робототехники актуальна среди детей. Из чего следует сделать вывод, что в школах можно ввести такой предмет внеурочной деятельности как «Робототехника. Конструирование», куда интересующиеся темой роботов ребята будут с удовольствием ходить.

2.2.Робот GRIPP 3R

Робот GRIPP3R создан для поднятия тяжестей. У него достаточно сил, чтобы своими мощными захватами поднять и кинуть жестяную банку. Gripp – захват, хватка, тиски.

Рис. 24

GRIPP3R - этот быстрый и манёвренный робот очень любит поднимать всякие тяжелые вещи. Робот с мускульной системой, оснащен сильными верхними конечностями, и специальными когтями для хватания предметов.

Рис. 25 Рис. 26 Рис. 27

Робот на гусеничном ходу, может поднимать и перевозить небольшие грузы. Идеально подходит для проведения соревнований, кто быстрее доставит груз на базу.

Программируемый блок — это микрокомпьютер, который управляет всеми моторами и сенсорами робота. Может работать по беспроводной сети Wi-Fi или Bluetooth

Техническое описание модуля EV3:

1. Операционная система — LINUX.

2. Контроллер – ARM9 300 МГц.

3. Флэш-память — 16 МБ.

4. Оперативная память — 64 МБ.

5. Разрешение экрана модуля — 178x128/черно-белый.

6. Связь с главным ПК через шину USB 2.0 — до 480 Мбит/с.

7. Связь с главным ПК через шину USB 1.1 — до 12 Мбит/с.

8. Карта памяти Micro SD — поддерживает SDHC, версия 2.0, макс. 32 ГБ.

9. Порты мотора и датчика.

10. Коннекторы — RJ12 (со смещенным фиксатором).

11. Поддержка автоматической идентификации.

12. Питание — 6 батарей типа AA.

13. Поддержка Bluetooth – есть.

14. Поддержка Wi-Fi - есть (модуль приобретается отдельно).

15. Дисплей Монохромный LCD, 178x128 300 МГц.

16. Процессор Texas Instruments Sitara AM1808 (ARM9).

Кубик EV3 также поддерживает Bluetooth, WiFi (через USB-адаптер NETGEAR WNA1100 Wireless-N 150), для связи с компьютерами имеет программный интерфейс, позволяющий создавать программы и настраивать регистрации данных непосредственно на микрокомпьютере EV3.

Большой EV3-сервомотор (2 штуки). Cоздан для работы с микрокомпьютером EV3 и имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса. Используя этот датчик, мотор может соединяться другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью. Кроме того, датчик вращения может использоваться и при проведении различных экспериментов для точного считывания данных о расстоянии и скорости.

– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 град

– Максимальные обороты до 160-170 об/мин

– Максимальный крутящий момент в 40 Нсм

– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

Средний EV3-сервомотор. Идеален для задач, когда скорость и быстрота отклика, а также размер робота важнее его грузоподъёмности.

– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса

– Максимальные обороты до 240-250 об/мин

– Максимальный крутящий момент в 12 Нсм

– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

Датчик цвета (EV3). Способен определить 8 различных цветов, хотя также может использоваться как датчик освещённости.

– Измеряет отраженный красный свет и внешнее рассеянное освещение, от полной темноты до яркого солнечного света

– Фиксирует и определяет 8 цветов

– Частота опроса до 1 кГц

– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

Датчик касания (EV3). Позволяет роботу реагировать на касания, распознает три ситуации: прикосновение, щелчок и освобождение. Также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных.

Цифровой ИК-датчик (EV3). Для определения приближения робота. Также способен улавливать ИК-сигналы от ИК-маяка, позволяя создавать дистанционно управляемых роботов, навигационные системы для преодоления препятствий.

– Измерения приближения/удаления в радиусе 50-70 см

– Радиус улавливания ИК-сигналов до 2 метров

– До 4 индивидуальных каналов приёма сигнала

– Получение удаленных ИК-команд управления

– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

Удалённый инфракрасный маяк. Разработан для использования с ИК-датчиком EV3. Маяк излучает ИК-сигнал, улавливаемый датчиком – может использоваться в качестве пульта дистанционного управления микрокомпьютера EV3, передавая сигналы на ИК-датчик.

– До 4 индивидуальных каналов передачи сигнала (переключатель прямо на корпусе)

– Имеет кнопку и тумблер для включения/выключения

– При работе ИК-маяка горит зелёный светодиод

– Автоматическое отключение при простое более 1 часа

– Радиус действия до 2 метров

Гироскопический датчик (EV3). Цифровой гироскопический датчик EV3 позволяет измерять движение вращения робота, а также улавливать изменения в его движении и положении. Режим измерения углов с точностью до ± 3 градуса; встроенный гироскоп улавливает вращения с моментом до 440 град/с; частота опроса до 1 кГц.

Рис. 28

Рис. 29

Изучение и сборка робота очень интересный, увлекательный и познавательный процесс. Над созданием роботов трудятся настоящие ученые и инженеры, но и каждый школьник может придумать дизайн одного из них.

2.3.Роботы и экология

Еще со времен Древней Греции вопрос с отходами стоял остро. Один из подвигов Геракла — очистка Авгиевых конюшен — уже в те времена был под силу только полубогу. В Иерусалиме та часть земли, куда сбрасывался и где сжигался мусор, называлась Геенной Огненной, что позже стало общим обозначением ада. В Средневековье мусор и нечистоты скидывали с окон прямо на улицу, что вызывало эпидемии болезней вроде тифа и чумы. Спустя века мы не избавляемся от мусора через окна, а складируем его на полигонах, и в некоторых странах перерабатываем.

Ежегодно в мире создается 2 млрд тонн мусора. В России одна семья за год выкидывает больше 250 кг, в результате чего его накоплено на 38 млрд тонн. По площади — это 4 млн гектаров или одна Швейцария. Конечно, мусор не находится в одном месте, а распределен по тысячам свалок, в том числе и незаконным. Самые массовые скопления мусора — свалки в Гуанчжоу и Гонконге по сотне гектаров, свалка электронных устройств Guiyu в Китае на 5,2 тысячи гектаров или Большое мусорное пятно в океане на 80 тысяч тонн.

Решать экологические проблемы нужно комплексно, задействуя все доступные инструменты. Все чаще роботы применяются для защиты окружающей среды, испытывающей со стороны человечества критическую нагрузку. Обеспечение экологической безопасности стало в наши дни важнейшей задачей. Мы изучили информацию о нескольких автоматических устройствах, которые изобрели ученые для того, чтобы сохранить нашу планету.

DustClean – уборщик улиц

DustClean – это часть проекта DustBot итальянских ученых из Высшей школы Святой Анны. Внешне робот напоминает привычную нам уборочную машину с щетками, которая чистит улицы. Но есть существенное отличие – устройство полностью автоматизировано и способно автономно работать 24/7 без вмешательств человека.

С помощью чувствительных сенсоров робот распознает препятствия, людей и не представляет опасности для транспортного движения. Уборщик DustClean компактный и мобильный, он предназначен для работы на узких улицах, в пешеходных зонах. Для запуска достаточно задать маршрут.

DustCart – робот-экотакси

DustCart – вторая часть итальянского проекта DustBot. Концепция робота аналогична идее экотакси для сбора вторсырья. Как и в случае с DustClean, отличие – автоматизированность и автономность. Для вызова робота нужно воспользоваться специальным приложением или отправить СМС. Когда он прибудет к месту вызова, нужно ввести код на его дисплее, так как услуга является платной, и выбрать тип отходов. После этого откроется доступ к люку, куда нужно поместить мусорный мешок.

Сlark – сортировщик на заводе

Это робот с искусственным интеллектом, запрограммированный на распознавание и отбор упаковок TetraPak. С помощью камеры Clark сканирует содержимое сортировочной ленты, при обнаружении нужного вида сырья роботизированная «рука» с присосками убирает его в отдельный контейнер.

Clark отбирает мусор со скоростью 60 единиц в минуту, точность сортировки – до 90%. Это примерно на 50% быстрее и эффективнее, чем человек, выполняющий ту же работу. В итоге это приводит к снижению затрат на сортировку на 50%.

С 2017 года робот работает на муниципальном мусороперерабатывающем заводе в Денвере, штат Колорадо.

Recycler – сортировщик строительного мусора

Финская компания ZenRobotics создала искусственный интеллект для сортировки строительного мусора. Его научили находить и распознавать около десяти видов отходов.

Выглядит это так: видеокамера и металлоискатель сканируют конвейер и анализирует мусор, два роботизированных манипулятора, напоминающих клешни, захватывают сырье и отправляют его в контейнеры. «Клешни» способны захватывать элементы весом до 20 кг. Точность такой сортировки равна 98%, даже с учетом ошибок это эффективнее ручной альтернативы.

Hoola One – пылесос для пляжей

Микропластик является одним из опаснейших загрязнителей среды, так как извлечь его оттуда не представляется возможным. Но появляются изобретения, бросающие вызов этому утверждению. Пылесос для пляжей Hoola One втягивает в себя песок с загрязнениями, сортирует содержимое по весу: песок и камни тяжелее, они идут на дно аппарата и возвращаются на пляж, а пластик отправляется в отдельный контейнер.

Полностью решить проблему пластикового загрязнения пляжей аппарат не сможет, но в совокупности с другими мерами он поможет улучшить ситуацию.

WasteShark – плавающий poбот

WasteShark разработан по прототипу китовой акулы, только вместо рыб он питается мусором. Робот предназначен для закрытых водных пространств: порты, пруды, озера. Кроме плавающего на поверхности мусора он собирает вредную растительность, например, ряску и данные о состоянии водоема.

Голландская компания RanMarine Technology выпускает робота в двух комплектациях: на ручном управлении и автоматическом.

Social Trash Box – урна на колесах

Японские ученые создали умные передвижные урны. Работают они так: 20-литровый контейнер на колесах с помощью датчика тепла находит человека, приближается к нему, с помощью камеры и распознавательного алгоритма он идентифицирует мусор в руках людей, затем звуком и движениями привлекает внимание того, кто держит мусор и просит бросить его в контейнер.

Сама корзина изготовлена из гибкого материала и при необходимости наклоняется в сторону человека, чтобы ему было удобнее загрузить мусор в урну. Робот предназначен для работы в людных общественных местах.

Geckon – уборщик космоса

NASA и ученые из Стэнфордского университета озадачились решением проблемы орбитального загрязнения. Оно опасно для космических аппаратов и в перспективе может сделать выход в космос недоступным.

Группа инженеров сконструировала аппарат по образу лапы геккона. «Лапки» робота оборудованы манипуляторами с поверхностями для захвата объектов. На них расположены тысячи липких волосков, которые и ловят космический мусор.

«Колосс» – робот-пожарный

В 2017 году французская компания Shark Robotics разработала водонепроницаемого и огнеупорного робота для тушения пожаров в экстремальных условиях. Для пожарных работа в горящих деревянных зданиях очень опасна.

Теперь для такой работы можно использовать «Колосс» на дистанционном управлении. Он может преодолевать любые препятствия, подниматься по лестницам и даже выносить пострадавших из огня.

На сегодняшний день в мире наиболее актуальной является проблема уборки и утилизации отходов жизнедеятельности людей. Мы считаем, что роботы могут существенно помочь людям в уборке и сортировке мусора. Сегодня в этой сфере используется спецтранспорт, работающий на горючем топливе, загрязняющий окружающую среду. Надеемся, что в ближайшем будущем эта ситуация изменится.

Заключение

В наши дни робототехника применяется абсолютно во всех областях и профессиях: в промышленности, в медицине, на войне и даже в космосе, роботы помогают нам по дому, а возможно в будущем и заменят многие профессии человека вообще.

В ходе наших исследований, мы хотели показать, что роботы являются неотъемлемой частью жизни современного человека.

Тема роботов и робототехники актуальна как среди детей, так и среди взрослых. Мы очень хотим, чтобы что навыки, приобретенные на занятиях робототехникой, пригодились нам в дальнейшем и в учебе, и в работе, а может быть даже наше увлечение станет чьей-то из нас профессией. Мы знаем: за роботами – будущее!

Список литературы

Большая энциклопедия «Почемучек». – Москва: Дрофа, 2011.
Большая энциклопедия школьника. – Москва: АСТ-пресс, 2008.
Детская энциклопедия. Техника будущего., М; изд.Литера, 2007 г.
Книга: Легенды и мифы Древней Греции, автор Н.А. Кун, год издания 1985, Издательство: Народная асвета;
Макаров И. М., Топчеев Ю. И. Робототехника: История и перспективы. — М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003.
Роботы будущего - Петр Шадрин ,М.; изд . Махаон, 2014 г.
Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82
"Искуственный интелект" - http://machine-intelligence.ru/robots-types
«История развития робототехники» - http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/istoriya-razvitiya-robototehniki.html
«История робототехники» - http://titok007.narod.ru/history.html
"Мой робот" - http://www.myrobot.ru/articles/hist.php
«Образовательная робототехника» - http://eldron.ru/catalog/robototekhnika/datchiki_lego/
«Применение роботов в современном мире» - http://robotix.by/blog/
«Развитие робототехники в будущем» - http://robot-ex.ru/ru/newscontent/razvitie-robototehniki-v-budushchem
"Роботы от А до Я" - http://www.joho.ru/medicina.htm
Хромов Д.В. «Разновидности роботов и их классификация» http://www.scienceforum.ru/2013/
Частный корреспондент http://www.chaskor.ru/article/kak_roboty_pomogayut_spravlyatsya_s_zagryazneniem_okruzhayushchej_sredy_45246
LEGO Mindstorms EV3 http://geektimes.ru/company/ulmart/blog/242809/
«ProRobot" - http://www.prorobot.ru/12/robot-it-is.php
http://itpoznanie.ru/robotics
https://recyclemag.ru/article/robotov-kotorie-pomogayut-reshit-ekologicheskie-problemi
https://robo-hunter.com

Приложение 1

Анкета

1. Интересна ли вам тема роботов и робототехники?

Да Нет