Роботы очень быстро внедряются в нашу жизнь, облегчая ее в быту.Интерес у детей к данному инженерному делу не угасает. Мой ученик 2 класса тоже решил себя попробовать в этом деле.Что у него получилось, посмотрите.
Вложение | Размер |
---|---|
arseniy_vystuplenie.docx | 619.69 КБ |
boykov.pdf | 1.51 МБ |
ГАУ ДПО «Саратовский областной институт развития образования»
Направление:
Естественнонаучное
Автор работы:
Бойков Арсений Сергеевич,
МОУ «Гимназия №7» г. Саратова,
Руководитель:
Осипова Наталья Львовна.
2022 год
Введение
Современные технологии за последние несколько лет сделали огромный прорыв. Сегодня данная сфера продолжает активно развиваться и удивлять новыми интересными решениями. Особого внимания заслуживает область создания роботов. Роботы, в первую очередь, ассоциируются с высокими технологиями будущего, однако, при более детальном рассмотрении мы видим, что уже сегодня в быту люди используют множество роботов различного назначения: от робота-пылесоса до робота-художника.
Целью написания данной работы является создание прототипа современного робота в домашних условиях. Будет проведен эксперимент по разработке и программированию робота-художника.
Роботы в быту
Считается, что первый проект машины, способной заменить человека, принадлежит Леонардо да Винчи, который жил еще в XV веке.
Рис. 1. Робот-рыцарь Леонардо да Винчи
Этот робот мог приподниматься, садиться, двигать руками и крутить головой. Правда, до сих пор неизвестно, была ли эта задумка претворена в жизнь.
Сегодня, спустя 6 веков, роботы активно используются в быту, позволяя облегчить жизнь человеку.
Наиболее популярными являются следующие виды роботов.
Робот-пылесос. Робот-пылесос предназначен для уборки помещений без участия человека.
Рис. 2. Робот-пылесос
Робот-пылесос способен к самостоятельному перемещению и ориентированию в пространстве, для чего оснащается аккумулатором, колесами, различными сенсорами.
Во время уборки робот самостоятельно движется по заданной траектории, убирая с неё мусор. Встретив на пути препятствие, робот принимает решение о способе его преодоления на основе специальных алгоритмов.
Роботы-пылесосы, как правило, имеют небольшую высоту, достаточно низкую, чтобы пройти под кроватью или другой мебелью. Если робот-пылесос поймет, что он застрял, он перестанет двигаться, и начнет подавать звуковые сигналы, помогающие владельцу его обнаружить.
Робот для мойки окон. Роботы-мойщики окон созданы для безупречной очистки стекол. Они способны перемещаться по горизонтальным и вертикальным поверхностям самых разных материалов: не только стекла, но пластика, зеркала и керамики.
Рис. 3. Робот для мойки окон
Роботы-мойщики крепятся на стекло при помощи специального вакуумного насоса, что позволяет им надежно держаться и не падать.
Использование роботов для мойки окон позволяет не только сэкономить время, но также является более безопасным. Человеку не приходится вылазить из окна многоэтажного здания и тянуться, чтобы отмыть загрязнение в дальнем углу. Достаточно только закрепить устройство на окне и ждать, пока оно выполнит работу.
Робот-курьер. Роботы-курьеры не так давно стали появляться на улицах крупных российских городов. Например, робот-курьер «Яндекс.Ровер» забирает заказанные через приложение блюда из кафе и магазинов и доставляет их к подъезду.
Рис. 4. Робот-доставщик «Яндекс.Ровер»
Открыть грузовой отсек с заказом клиент может только с помощью своего смартфона. Робот сам планирует свой маршрут, оценивает ситуацию вокруг, объезжает препятствия и пропускает пешеходов и животных. Он способен ездить по городским тротуарам со скоростью около 5 км/ч, может работать и летом, и зимой, выполняя заказы в разных погодных условиях.
Робот-художник. В 2019 году был создан первый человекоподобный робот Аи-Да, способный по заявлению ее создателей, самостоятельно создавать произведения искусства, в частности картины и скульптуры.
Рис. 5. Робот-художник Аи-Да
Над созданием искусственного интеллекта этого робота работали специалисты из Оксфордского университета США.
Аи-Да способна рисовать картины, делать художественные наброски, создавать скульптуры из различных материалов. Аи-Да является самообучающимся андроидом, которая способна осваивать новые художественные техники. Для освоения новых техник Аи-Да просматривает созданные художниками-людьми картины при помощи глаз-камер, которые анализирует и синтезирует в дальнейшем для создания своих работ. При работе над собственными произведениями Аи-Да способна объединять различные техники и стили, которые ей были показаны.
При всем многообразии роботов, большинство из них производится крупными технологическими компаниями. А возможно ли создать прототип робота в домашних условиях?
В практической части будет проведен эксперимент по разработке робота при отсутствии специального дорогостоящего оборудования и профессиональных навыков в программировании.
Создание прототипа робота в домашних условиях
Целью практической части является разработка и программирование робота, способного нарисовать небольшой рисунок. Ниже приведен пример рисунка, который должен быть изображен:
Рис. 6. Рисунок для изображения роботом-художником
На первом этапе работы над созданием робота был подготовлен его прототип. Были выделены основные характеристики, которыми должен обладать робот-художник:
На основе выделенных характеристик был подготовлен первоначальный эскиз робота-художника:
В качестве материала для создания робота был выбран набор для конструирования и программирования Lego Boost. Благодаря большому количеству деталей можно создавать разные модели роботов: на колесах, гусеницах, передвигающихся механически и т.д. Набор имеет программируемый модуль и несколько датчиков, которые позволяют роботу распознавать препятствия, цвет, звук и т.д.
Программирование робота осуществляется в специальном мобильном приложении Lego Boost. Используется графический язык программирования. Это значит, что каждая команда представляется в виде блока с изображением того действия, которое будет выполнено, когда блок будет активным. Блоки передвигаются пальцем на экране смартфона или планшета.
Набор команд имеющихся в приложении позволяет программировать базовые команды перемещения (вперед, назад, влево, вправо), создавать условия и циклы.
На втором этапе, после выбора элементов и программы, необходимых для разработки и программирования робота-художника, мы приступили к сборке, в соответствии с эскизом:
Как видно на рисунке, созданный робот оснащен двумя колесами, которые могут вращаться в противоположных направлениях и с разной скоростью, что позволяет рисовать окружности. Спереди расположен держатель и механизм подъема-опускания карандаша.
После сборки робота, приступили к самой сложной части – программирование. Программа была разделена на несколько отдельных блоков (функций), каждая из которых выполняет определенное действие. Программа состоит из четырех функций.
Первая функция рисует дом. Для рисования стен дома используется цикл, который позволяет сделать программу более короткой. Робот выполняет одну и ту же последовательность действий четыре раза: опускает карандаш, едет прямо, поднимает карандаш, делает поворот.
Вторая функция перемещает робота в место, где должно быть нарисовано солнце в виде окружности.
Для рисования окружности (третья функция) в программу добавлены команды, вращающие колеса с разной скоростью в противоположных направлениях.
Четвертая функция создает подпись к рисунку в виде аббревиатуры «А.Б.» (Арсений Бойков).
В процессе программирования было проведено около 50 пробных запусков робота (отладка программы) и сопоставление полученных результатов с теми, что мы ожидали.
В итоге, после всех доработок алгоритма и исправления ошибок удалось добиться желаемого результата:
Процесс конструирования робота оказался очень интересным и познавательным. В процессе работы удалось познакомиться с различными этапами разработки, такими как создание прототипа, конструирование, программирование, отладка программы.
В результате проведенного эксперимента можно сделать вывод, что создание работающего прототипа робота возможно в домашних условиях.
Заключение
Мир робототехники просто огромен, но от этого не менее интересен. Человечеству предстоит еще немало открытий в данной области и возможно когда-то роботы станут полноценной частью человеческого общества. А пока каждый человек, даже ребенок, при желании может создать своего небольшого робота.
Список литературы
Загадка старого пирата или водолазный колокол
Плавает ли канцелярская скрепка?
Заяц-хваста
Л. Нечаев. Яма
Солнечная система. Взгляд со стороны