XXII ГОРОДСКАЯ ОТКРЫТАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ
«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЫ XXI ВЕКА»

Секция: Физика

«Роботы своими руками»

Автор: Сансызбаев Жадигер

Саввон Дмитрий,

ГАПОУ ОТТ «им. А.И. Стеценко»,

1 курс(10 класс)

Преподаватель: Букатникова

Ирина Владимировна,

Преподаватель физики ГАПОУ ОТТ

«им. А.И. Стеценко»

Оренбург, 2015

Содержание

Стр.

Введение 2

Глава 1. История создание роботов. 5

Глава 2. Виды роботов. 9

Глава 3. Степень и перспективы развития роботехники 11

Глава 4. Создание роботов в домашних условиях 15

Заключение 18

Литература 19

Приложения 20

Введение

В детстве мы смотрели на канале Дискавери передачу «Битва роботов» канал-дискавери.рф/466-bitvy-robotov.html в которой 6 реально созданных человеком роботов сходятся в схватке и после каждого раунда участников становится меньше. Мы восхищались тем, что делают команды. Но в командах участвовали профессиональные инженеры конструкторы, радиотехники. Нам всегда хотелось создать своего робота.

Актуальность исследования:

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. Специалисты обладающие знаниями в этой области сильно востребованы.

Цели исследования:

Выяснить, возможно, ли создать робота своими руками.

Задачи исследовательской работы: 1.Узнать суть понятия «роботы»

2.Изучить историю развития роботов.

3.Создать робота своими руками.

4.Выяснить степень развития робототехники.

Гипотеза

в домашних условиях можно создать робота

Методы исследования

1.работа с научной литературой

2. анализ исторических источников, учебной литературы

3. проведение опыта

Объект исследования:

робототехника

Предмет исследования:

Робот

Глава 1. История создание роботов.

Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд или rob - раб) - автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными) При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

Термин «РОБОТ» изобрели писатель Карел Чапек и его брат Йозеф (термин был впервые использован в пьесе Чапека «Россумские универсальные роботы» в 1921 год.( Рис.1)

Идея искусственных созданий впервые упоминается

• в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты

• в древнегреческом мифе о Пигмалионе, который вдохнул жизнь в созданную им статую - Галатею

• в мифе про Гефеста рассказывается, как он создал себе различных слуг

• еврейская легенда рассказывает о глиняном человеке - Големе, который был оживлён пражским раввином Йехудой бен Бецалелем при помощи каббалистической магии

• миф в скандинавском эпосе Младшая Эдда. Там рассказывается о глиняном гиганте Мёккуркальвисозданном троллем Хрунгниром для схватки с Тором, богом грома

Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов - механических людей с автоматическим управлением - относятся к эллинистической эпохе. Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега.

Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136-1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте. (Рис.2)

Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн, скорее всего, основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота (Рис.3)

Первого робота - андроида, играющего на флейте создал швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро. Когда часовая стрелка подходила к какому-либо часу, пастушок подносил ко рту флейту и свистел столько раз, сколько должно было пробить часов. У ног пастушка лежала собачка, охранявшая корзинку с яблоками. Стоило кому-нибудь из придворных дотронуться до фруктов, как собачка начинала лаять. Сняли руку с фруктов - лай тут же прекращался. (Рис.4)

В 1770 году, весной, появился на свет первый механический человек. Это был механический «пишущий мальчик». Писец был ростом с пятилетнего ребенка. Он сидел на скамейке перед столиком, а весь приводной механизм размещался внутри куклы, отчего она выглядела еще изящнее В правой руке маленького механического человека было гусиное перо (в те времена стальных перьев еще не знали). Писец макал перо в стоящую перед ним чернильницу и писал разные слова и даже фразы без всякого участия человека. Буквы были крупные, красивые, даже с нажимом и располагались в ровные строчки. Между словами оставлялись промежутки. Здесь на французском языке написано: «Своему родному городу. Жак Дро»

Когда механический человек писал, он двигал головой, и казалось, следил за тем, что пишет. Окончив работу, писец посыпал лист бумаги песком для высушивания чернил, а потом стряхивал его. (рис.5)

Сын Пьера Дро - Анри собрал механического человека, который рисовал различные фигурки, а также писал. В процессе работы рисовальщик останавливался, как бы созерцая нарисованное, а также иногда сдувал с листа бумаги соринки. (рис.6)

Отец и сын Дро собрали третьего механического человека - музыкантши. По сложности она намного превосходила своих «братьев». Эта кукла играла на фисгармонии, ударяя пальцами по клавишам. Четко и легко удавались ей трели и быстрые пассажи. Перед началом игры музыкантша осматривала ноты и делала рукой некоторые предварительные движения. Кроме того, она поворачивала голову и глаза, как бы следя за положением рук. Ее грудь подымалась и опускалась, как будто она дышала. Окончив игру, музыкантша наклоняла голову, благодаря слушателей за одобрение. (рис. 7)

Свои изобретения Пьер и Анри Дро в 1774 году демонстрировали на выставке в Париже. Движения всех трех механических людей были так естественны, что многие из зрителей готовы были их считать живыми людьми. И только когда Дро открывали со стороны спины сложный часовой механизм своих творений, зрители начинали верить, что перед ними находятся действительно произведения техники, а не живые существа. С тех пор подобные автоматы стали называть андроидами в честь молодого талантливого изобретателя механических людей - Анри Дро [1. С. 5-14].

Глава 2. Виды роботов.

Классификацию роботов можно производить по разным основаниям: способу передвижения, наличием интеллекта. Мы приводим пример классификации по отрасли применения

Андроид - человекоподобный. В современном значении обычно подразумевается робот. (рис.8)

Боевой робот- устройства автоматики, заменяющее человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни или для работы в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. П (рис.9 )

Бытовой робот - предназначенный для помощи человеку в повседневной жизни. Сейчас распространение бытовых роботов невелико(Рис.10

Персональный робот-тип роботов, которые в отличие от промышленных роботов будут компактны, недороги и просты в использовании. Прямая аналогия с понятием персональный компьютер.(Рис.11)

Промышленный робот - предназначенный для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе манипуляционный робот.(Рис.12)

Социальный робот - робот, способный в автономном или полуавтономном режиме взаимодействовать и общаться с людьми в общественных местах. (Рис.13)

Шаробот - подвижный робот, использующий для передвижения единственное сферическое колесо (т.е. шар), и постоянно самобалансирующий на нём как в движении, так и в покое. (Рис.14)

Аптечный робот (робот для аптеки) - робот, который устанавливается в аптеке для оптимизации хранения, поиска и выдачи медикаментов непосредственно к рабочему месту фармацевта. (Рис.15)

Транспортный робот- автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора, перепрограммируемого устройства управления и ходового устройства. (Рис.16)

Наноро́боты, или нанобо́ты - роботы, размером сопоставимые с молекулой (менее 10 нм), обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. (Рис.17) [3. С. 20].

Глава 3. Перспективы развития роботехники

На сегодняшний день робототехника находится на передовой научного прогресса. Это одна из наиболее наукоемких отраслей промышленности. Она объединяет широчайший спектр самых передовых технологий. Необходимость вкладывания денежных средств в развитие данной отрасли промышленности - это не дань моде, а вполне осознанная потребность, которая имеет очень важное значение для развития любого государства. Развитие робототехники важно для обеспечения безопасности страны, экономики и социальной сферы.
Робототехника России.
Одним из самых заметных достижений отечественной робототехники и науки стало создание КБ им. Лавочкина «Лунохода-1». Именно советский аппарат стал первым в мире планетоходом, который успешно выполнил свою миссию на поверхности другого небесного тела. На Западе эффект от запуска «Лунохода-1» сравнили с запуском в космос первого искусственного спутника Земли.(рис.18)
Были у СССР и впечатляющие достижения в области военно-промышленного комплекса Одним из них был беспилотный разведчик ДБР-1, который был принят на вооружение ВВС СССР еще в 1964 году. ДБР-1 предназначался для осуществления дальней беспилотной радиотехнической и фоторазведки местности.
К концу 1980 года в советской промышленности трудилось 6 тысяч роботов, что составляло 20% от общемирового их количества. К концу 1985 года СССР лидировал в этой области, количество промышленных роботов в стране перевалило за 40 тысяч, что составляло 40% от общемирового их количества и в несколько раз превосходило количество роботов, используемых в США.

Еще один успех советского роботостроения был связан с катастрофой на Чернобыльской АЭС. В ликвидации последствий аварии на АЭС принимали участие роботы МРК и Мобот-ЧХВ, которые работали непосредственно в зоне аварии. Всего в ликвидации последствий аварии использовались модульные роботы 15 типов, решающие различные задачи. (рис 19)

В России создан Фонд перспективных исследований. Главная задач Фонда - это поддержка перспективных научных разработок и исследований в области обороны страны, которые позволят разработать прорывные, не имеющие аналогов технологии военного, специального, а также двойного назначения.
По словам Владимира Путина, Фонд перспективных исследований уже рассмотрел более 1000 разнообразных научно-технических предложений, из которых было отобрано 77 перспективных проектов. По 12 первоочередным проектам уже начат процесс их реализации на практике.
В настоящее время большая часть поступающих на вооружение различных стран мира роботов представляет собой управляемые платформы, на которые смонтированы различные видеокамеры, разведывательные датчики, спецсредства или системы вооружений. Какими бы совершенными не были эти механизмы, по сути, такая философия принципиально ничем не отличается от советских «телетанков», которые не просто выпускались, но и состояли на вооружении советской армии в 30-40-е годы прошлого века. Работу каждого такого робота нередко обеспечивает целое подразделение, стоит отметить, что такой подход уже морально устарел. (рис.20)
Искусственный интеллект новых роботов - это главным образом эффективные алгоритмы машинного зрения, а также математические модели распознавания разнообразных образов. Современные роботы должны не просто видеть картинку и передавать ее оператору, они должны самостоятельно распознавать на ней те или иные объекты, будь то террорист в толпе или танк противника.
Наша страна является одним из лидеров в области разработки технологий машинного зрения. В последние несколько лет многие иностранные высокотехнологические компании стремятся попасть на российский рынок для того, чтобы закупить соответствующие технологии или разместить в нашей стране заказы на передовые исследования в данной области. Первые промышленные роботы, обладающие техническим зрением, были созданы в СССР еще в 1980 году. (Рис.21)
Помимо этого, современные роботы должны иметь возможность действовать в группе. Над этой проблемой у нас в стране работают тоже достаточно давно. Еще в 1983 году на вооружение ВМФ СССР был принят уникальный противокорабельный комплекс П-700 «Гранит». Особенностью комплекса стало то, что при залповом пуске ракет они могут самостоятельно выстраиваться в боевой порядок и во время полета обмениваются между собой информацией, самостоятельно распределяя цели. При этом одна из ракет комплекса может играть роль лидера, занимая более высокий эшелон атаки.
Робот-андроид сможет решать очень широкий круг задач - ведение боевых действий, разминирование, поиск различных предметов, оказание медицинской помощи и т.д. Практически это реализация проекта «аватар», когда оператор андроида сможет на расстоянии управлять роботом. (Рис.22)

Космический робот SAR-401, который был представлен публике 27 ноября 2013 года. В будущем данного робота планируется отправить на борт МКС, где он будет использоваться для выполнения различных работ в открытом космосе.
Важным плюсом антропоморфного робота SAR-401 разработчики называют высокую точность движений. Принцип работы данного устройства основан на повторении им движений человека-оператора, который облачен в специальный костюм и может располагаться на борту МКС или даже на Земле, в то время как робот будет вести работу в открытом космосе. (Рис.23) [2. С. 48].

Перспектива развития робототехники в мире

Начало 21-го века ознаменовано во всем мире развитием такой отрасли, как робототехника и страны с передовой экономикой начинают создавать проекты по ее финансированию. Правительства Великобритании, Франции, Японии, ЕС, США начинают активное финансирование робототехники, ведь в будущем она будет иметь значительную роль в формировании их экономики.Первым о значительных инвестициях заговорил ЕС, когда профинансировал семилетнюю программу на 2800000000 €, которая позволит эффективно инвестировать в каждую отрасль робототехники. При этом, главная комиссия ЕС планирует размер чистых инвестиций около 700 млн. евро, остальное поступает из самой перспективной отрасли.

Дизайнер компании AldebaranRobotics Себастьян Кэнон, ведущий блоги в AboutRobots, отмечает увеличение инвестиций в отрасль роботостроения во многих странах. В Японии объявлено о настоящей революции: премьер-министр Синдзо Абэ анонсировал намерение провести в 2020 году две Олимпиады планетарного значения, спортивную и робототехническую. Это может стать реальностью, уже сегодня в стране работает целевая группа разработчиков и финансистов, которые помогут производителям роботов Японии выйти на доход в 24 млрд. долларов.

Великобритания начала программу RAS 2020, в которой запланированы инвестиции в отрасль производства роботов в размере 257 млн. долларов. Франция не остается без личной инициативы инвестировать в собственное производство и создала частный фонд в 80 млн. евро - это поможет поднимать интересные передовые стартапы даже вначале их развития. Об этом заявил министр Арно Монтенбург, а Бруно Боннел взял на себя руководство этим проектом.

В США объявлено инвестирование в роботостроение в размере 500 млн. долларов еще три года назад, а Корея начала новый план пятилетнего развития роботехники, увеличив инвестирование на 2,7 млрд. долларов. Корейская промышленность роботов будет направлена на разработку и производство умных устройств и машин по уходу за пожилыми людьми, для реабилитационных центров, роботов-спасателей, поисковых роботов. [1. С. 300].

Глава4. Создание роботов в домашних условиях

В интернете мы нашли примерные схемы роботов. Проведя анализ и расчеты мы составили свои схемы и алгоритмы сборки .

Робот, объезжающий препятствия

Необходимый материал:

1. 2 электроматрчика (1,5 Вольт)

2. SPTD выключатели 2шт

3. тонкая пластинка из жести

4. Провода

5. Бусинка

6. 3 скрепки

7. пара батареек (пальчиковых)

8. корпус для батареек

Схема: Результат:

Алгоритм сборки:

1. Нарезать 13 проводков длиной около 6 см

2. зачистить концы проводов по 1 см каждый и припаять часть из них.

3. Приклеить железную пластинку к корпусу для батареек, к железной пластинке приклеили 2 электромоторчика, на оси моторчиков прикрепили силиконовые трубки

Робот, который боится магнитное поле

Необходимый материал:

1. 2 электроматрчика (1,5 Вольт)

2. Выключатель 1шт

3. Любая подложка ( Использовал из LEGO)

4. Провода

5. Колесики

6. Геркон

7. 4 батарейк (пальчиковых)

8. 2 Корпуса для батареек

Схема: Результат:

:

Алгоритм сборки:

1. Нарезать 2 перемычки для моторчиков.

2. Припоять паралельной связью 2 моторчика

3. На разрыв провода от плюса припоять геркон, а на разрыв минус-выключатель

4. Припаять паралельно 2 корпуса для батареек ко всей полученной схеме!

5. Установить на платформу

6. Спереди прикрепить колесики

Робот, который боится света

Необходимый материал:

1. 2 электроматрчика (1,5 Вольт)

2. 2 фотодиода

3. Любая подложка ( Использовал тексталит)

4. Провода

5. Колесики

6. 2 резистора

7. 2 транзистора

8. Крона

Схема:

Алгоритм сборки:

1. Нарезать и зачистить провода

2. Спаять все по схеме

3. Прикрепить колесики

4. Установить всю систему на платформу

5. Спереди прикрепить колесики

Результат:

В результате работы мы выяснили, что в домашних условиях можно создать робота, который будет выполнять определенные задачи, заложенные заранее- объезжать препятствия. А так же мы создали роботов, которыми можно управлять. Роботов, которые «бояться» света и магнитного поля. В процессе работы мы познакомились с новым элементом- герконом. [5. С. 100].

Наша работа заинтересовала многих обучающиеся, которые задавали вопросы. Мы решили создать информационный буклет, в котором постарались дать краткую информацию. Для того, что бы выяснить, что именно интересует подростков нами было проведено анкетирование, которое состояло из 7 вопросов. Было опрошено 90 респондентов.

Анкета

1. Каково значение слова «Робот»?

2. Кто изобрел первого робота?

3. Какие виды роботов вы знаете?

4. Приведите пример использования роботов в быту и технике?

5. Знаете ли вы три закона робототехники? Какие?

6. Как вы считаете развитие роботов угрожает человечеству? Почему?

7. Как вы считаете есть ли необходимость использования роботов? Почему?

Анализ результатов

Заключение.

Наша работа состоит из 4 глав. В ходе нашего исследования мы рассмотрели историю создания роботов, выяснили какие виды роботов существуют, узнали степень и перспективы развития роботов.

В ходе исследования выполнены все задачи. Гипотеза, о создании робота в домашних условиях, была подтверждена.

Настает черед роботов. Они, как технология, еще молоды и умеют не много также как и персональные компьютеры на заре своего появления. Но по мере своего развития они поистине будут стирать пределы развития человечества, предоставляя ранее недостижимые возможности по совершенствованию нашего быта, сферы обслуживания, комфорта и качества условий труда.

В свое время непросто проходила промышленная революция - очевидно, будет сопряжена с определенными трудностями и революция робототехническая. Тем не менее, развитие вычислительных технологий и повышение энергоэффективности процессоров вкупе с разработкой более совершенных мобильных механических систем делают это преобразование мира неизбежным. Ведь, с активным распространением промышленного производства в свое время люди получили новые продукты, а вместе с ними и новые возможности, сопряженные с повышением качества жизни. Компьютеры со своим появлением повысили производительность труда в разы и позволили добиться большего достатка тем, кто научился ими в полной мере пользоваться, хотя до сих пор среди людей старшего возраста остается много противников данного атрибута современности.

Литература

1. Накано Э.Введение в робототехнику: Пер. с япон. - М.; Мир, 1988. - 334 с., ил

2. Предко М.(Устройства управления роботами. Схемотехника и программирование. пер. с англ). ДМК Пресс. - 2005. - 404 с.

3. В. Н. Гололобов. С чегo начинаются роботы. О проекте Arduino для школьников (и не только) ;Москва 2011

4. Юревич Е. И. Основы робототехники. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с: ил.

5. Дж. Вильяме. Программируемые роботы. Создаем робота для своей домашней мастерской; пер. с англ. А. Ю. Карцева. - М.: НТ Пресс, 2006. - 240 с.: ил.

6. Брага Ньютон .Создание роботов в домашних условиях; пер. с англ. Е. А. Добролежина. - М. : НТ Пресс, 2007. - 368 с, ил.

Приложение

.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15

Рисунок 16

Рисунок 17

Рисунок 18

Рисунок 19

Рисунок 20

Рисунок 21

Рисунок 22

Рисунок 23