→ → Проект по робототехнике на тему современный дом. Автономная некоммерческая организация дополнительного профессионального образования "центр профессиональной подготовки "знание"

Проект по робототехнике на тему современный дом. Автономная некоммерческая организация дополнительного профессионального образования "центр профессиональной подготовки "знание"

Мельников Константин Александрович

Руководитель проекта:

Кучер Лариса Петровна

Учреждение:

ТМК ОУ «Дудинская средняя школа №7»

В данном исследовательском проекте по робототехнике на тему "Что такое робототехника?" ученик 4 класса школы дает определение робототехнике и роботу, описывает их значение, а также излагает информацию о развитии робототехники в России.

Созданный учащимся проект на тему "Что такое робототехника?" направлен на реализацию поставленной цели создать робота из конструктора LEGO Mindstorms и познакомить с ним одноклассников своей школы. Исследовательская работа посвящена как теоретическому изучению машиностроения, так и практической деятельности.


Данная тема исследовательской работы "Что такое робототехника", выбранная автором, очень актуальна, так как робототехника вошла в мир в 60-е годы XX века как одно из направлений машиностроения, а сегодня занимает ведущее место в науке и жизни современного человека.

Предложенный автором проект по робототехнике на тему "Что такое робототехника?" будет интересен для учеников 3, 4 и 5 класса школы, увлекающихся робототехникой и лего-конструированием, поможет выявить у них интерес к роботостроению, программированию и конструированию.

Введение
1. Анкетирование о роботах.
2. Что такое робот и робототехника?
3. Значение робототехники.
4. Всё для изучения основ робототехники.
5. Развитие робототехники в России.
Заключение
Список литературных источников
Приложение

Введение

Некоторые идеи, положенные позднее в основу робототехники , появились ещё в античную эпоху. Найдены остатки движущихся статуй, изготовленных в I веке до нашей эры. Примерно к 30-м годам XX века появились андроиды, реализующие элементарные движения и способные произносить по команде человека простейшие фразы.


Одной из первых таких разработок стала конструкция американского инженера Д. Уэксли, созданная для Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1927 году.В 50-х годах XX века появились механические манипуляторы для работы с радиоактивными материалами. Они были способны копировать движения рук оператора, который находился в безопасном месте.

К 1960-му году были проведены разработки дистанционно управляемых колёсных платформ с манипулятором, телекамерой и микрофоном для обследования и сбора проб в зонах повышенной радиоактивности.

Итак, робототехника вошла в мир в 60-е годы XX века как одно из направлений машиностроения.

  • механика и вычислительная техника,
  • электроника и энергетика,
  • измерительная техника,
  • теория управления.
  • 1975 год - 8 000 роботов;
  • 1991 год - 300 000;
  • 2000 год - 800 000.

Объект исследования:

Предмет исследования: робот.

Цель проекта : создать робота из конструктора LEGO Mindstorms и познакомить с ним ребят.

Задачи проекта:

  1. Узнать, что такое робот.
  2. Создание роботов.
  3. Где применяется робототехника?
  4. Как робототехника помогает человеку?

Методы исследования: наблюдение, анкетирование, эксперимент, сравнение, описание.

Практическая значимость работы: определение значение роботов в жизни человека.

План исследования:

  1. Сбор и изучение информации о робототехнике.
  2. Анкетирование.
  3. Практическая работа (создание роботов в кружке).
  4. Оформление полученных результатов в виде презентации.
  5. Защита проекта.

Что такое робот и робототехника?

Робототехника - это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой развития производства.


Иными словами – это естественное логическое продолжение техники как явления.

Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, кибернетика, телемеханика, мехатроника, информатика, а также радиотехника и электротехника. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, медицинскую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.

Слово «роботика» (или «роботехника», «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.

В основу слова «» легло слово «робот », придуманное в 1920 г. чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом для научно-фантастической пьесы Карела Чапека «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы»), впервые поставленной в 1921 г. и пользовавшейся успехом у зрителей. В ней хозяин завода налаживает выпуск множества андроидов, которые сначала работают без отдыха, но потом восстают и губят своих создателей.

Робот – это техническая система, способная замещать человека или помогать ему в выполнении различных задач.

Можно использовать несколько подходов к классификации роботов - например, по сфере применения, по назначению, по способу передвижения, и пр. По сфере основного применения можно выделить промышленных роботов, исследовательских роботов, роботов, используемых в обучении, специальных роботов.

Важнейшие классы роботов широкого назначения - манипуляционные и мобильные роботы.

Манипуляционный робот - автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.

Мобильный робот - автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы).

По последним данным, сегодня в мире работают 1,5 млн. самых различных роботов.


Значение робототехники

  • в промышленности;
  • в сельском хозяйстве;
  • в транспорте и машиностроении;
  • в медицине;
  • в исследовательских работах;
  • в космосе.
  • тушить пожары,
  • выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий,
  • устранять аварии на атомных электростанциях,
  • в борьбе с терроризмом.

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 24 р.п. Юрты

Мастер-класс

Формирование метапредметных результатов через метод проектов с использованием конструктора LEGO

Учитель: Щербелева Полина Владимировна

учитель информатики

р.п. Юрты – 2016 г.


Цель

  • продемонстрировать

практические навыки учащихся

школы в робототехническом

направлении;

  • развить информационную культуру.

Задачи

1. Привлечение внимания молодого поколения к инженерным профессиям.

2. Развитие интереса детей к научно-техническому творчеству, технике, высоким технологиям, развитие алгоритмического и логического мышления.

3. Выявление талантливой молодежи и дальнейшая их поддержка в области исследовательской работы и технического творчества.

4. Создание условий для мотивации школьников к научной и творческой деятельности по пространственному конструированию, моделированию, автоматическому управлению роботами.

5. Популяризация и развитие робототехники как одного из направлений современных технологий в образовании детей.

6. Развитие способности учащихся творчески подходить к проблемным ситуациям, самостоятельно находить решения.

7. Разработка и внедрение в образовательно-воспитательную среду инновационного содержания в исследовательской, научно-технической, проектно-конструкторской направленности.


Группа младшее звено (первый год обучения)

Проект «Движение робота

по черной линии»


Этапы проекта:

  • Изучить блоки движение, звук, экран, цикл, переключатель, ожидание и их настройки;
  • Осуществить движение робота по линии в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, звук, цикл, переключатель, ожидание;
  • Объединить раннее составленные программы в одну и осуществить поиск и движение робота по линии в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, звук, цикл, переключатель, ожидание;
  • Создание поля для проекта;
  • Отладка программы.

Группа среднее звено (первый год обучения)

Проект «Робот - математик»


Этапы проекта

  • Сконструировать робота, добавив в него датчик освещённости;
  • Научиться осуществлять калибровку датчика освещенности;
  • Осуществить обнаружение черты роботом в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, звук, цикл, переключатель, ожидание;
  • Осуществить движение робота по линии в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, цикл, переключатель, ожидание;
  • Осуществлять подсчет черных полос и вывод на дисплей ответа в программе MINDSTORMS NXT 2.0;
  • Объединить раннее составленные программы в одну и осуществить поиск, движение робота по черной полосе и подсчет результатов в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, счет, цикл, переключатель, ожидание;
  • Создание поля для проекта;
  • Отладка программы.

Группа среднее звено (второй год обучения)

Проект «Робот – Чертежник»


Этапы проекта

  • Изучить блоки движение, экран, цикл, переключатель, ожидание и их настройки;
  • Сконструировать робота;
  • Создание поля для демонстрации проекта;
  • Разметить при помощи линейки направление движение робота;
  • Осуществить движение робота на поле от точки до точки в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, цикл, переключатель, ожидание;
  • Объединить программы в одну и осуществить движение робота по полю в программе MINDSTORMS NXT 2.0 с помощью блоков движение, цикл, переключатель, ожидание;
  • Отладка программы.

Проект «Робот на лабораторной работе по физики»


Этапы проекта

  • Сконструировали наклонную плоскость;
  • Закрепляем динамометр;
  • Устанавливаем двигатель для движения динамометра по наклонной плоскости;
  • Привешиваем груз на динамометр;
  • Изучить блоки движение, цикл, переключатель, ожидание и их настройки;
  • Программируем робота;
  • Запускаем программу на тестирование;
  • Вводим полученные данные в главный компьютер NXT;
  • Осуществляем проверку программы вывода данных.

Группа старшее звено (второй год обучения)

Проект «Умное отопление на платформе Arduino»


Этапы проекта

  • Изучить набор Arduino старт;
  • Сформулировать план проекта
  • Схематичное изображение проекта;
  • Подготовить детали к сборке;
  • Сборка модулей и программирование в среде Arduino на языке java;
  • Проверка программы и устранение неисправностей;
  • Размещение освещения в кабинете;
  • Отладка программы.

Результаты мастер – класса

Регулятивные:

− систематизировали и обобщили знания для успешной реализации алгоритма работы собранного робота;

− научились программировать роботов.

Познавательные:

− создали собственного робота, и сумели его запрограммировать

Коммуникативные :

Развили коммуникативные умения при работе в группе или команде.

Личностные :

Развили память и мышление, получили возможность изучения робототехники на старших курсах.


I. Введение

«Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире»

Д.А. Медведев

Я выбрал тему творческого проекта «Робот «Бобби», потому что мне очень нравится конструировать различные модели, а с помощью конструктора Lego Mindstorms я могу не просто создавать модели, а ещё и оживлять их, воплощая в них свои творческие и изобретательские идеи.

Цель проекта: собрать Legoробота способного определить цвет предмета и перевозить его в определённое место.

Задачи:

  1. Определить объекты, в которых возможно применить ресурсы робототехники.
  2. Создать необходимую конструкцию.
  3. Оборудовать робота датчиками.
  4. Написать программу.

Робототехника в сегодняшнее время актуальна, поскольку использование роботов в выполнении ряда действий позволяет увеличить безопасность при работе, избежать утомляемости человека.

Лего Майндстормс (LEGO MINDSTORMS NXT) - этоособый конструктор, обладающий практически неограниченными возможностями. С его помощью можно создать настоящего Лего-робота, способного выполнять различные команды.

С помощью датчиковробот Mindstorms понимает окружающую среду: чувствует и реагирует на внешние раздражители, различает цвета и уровень освещенности, измеряет расстояние до объекта и реагирует на движение. Так, Lego Mindstorms способен выполнять заданные команды после прикосновения или хлопка, то есть робот может видеть, слышать и осязать. Mindstorms также может выполнять какую-либо работу, двигаясь в разные стороны, поворачиваясь и пятясь назад.

С помощью среды программирования Mindstorms NXT пишется программа путем перетаскивания блоков, которые описывают различные поведения, например, поворот двигателя. С использованием различных блоков можно контролировать двигатели, определять расстояние до объекта или изменение цвета, а так же воспроизвести звук и выполнить код в зависимости от состояния датчиков и т.д.

Я поставил перед собой задачу: используя конструктор Lego Mindstorms базовый набор (9797)и ресурсный набор (9695) собрать робота, оборудовать его датчиками и написать программу, позволяющее роботу выполнить следующие действия: двигаться вперед, поворачиваться, определять цвета (красный), выполнять захват мяча, говорить привет, пока, реагировать на препятствие.

II. Основная часть

2.1. Историческая справка

Прежде чем приступить к выполнению своего проекта я изучил историю возникновения роботов.

Слово «робот» вошло в речь с легкой руки чешского писателя Карела Чапека. В своей пьесе RUR («Россумские Универсальные Роботы»), опубликованной в 1920 г. Чапек описывает фабрику, производящую «искусственных людей» , которых и называет роботами.

Мне удалось узнать, что первые роботы появились еще в эллинскую эпоху – на маяке острова Форос были установлены фигуры, способные двигаться и издавать звуки, предупреждающие моряков. Конечно, этим простым механическим устройствам далеко до современных аналогов. Постепенно усложняясь и дополняясь, они стали незаменимыми помощниками практически во всех сферах человеческой деятельности.

В конце XIX века русский изобретатель Пафнутий Чебышев представил проект «стопохода» – человекоподобной машины повышенной проходимости. Примерно тогда же другой великий славянин – серб Никола Тесла испытал радиоуправляемое судно (1898), после чего, шествие роботов по миру было уже не остановить.

Среди многочисленных изобретений Леонардо нашлись также чертежи робота, который был запрограммирован имитировать человеческие движения (приподниматься и садиться, двигать руками и шеей) и имел анатомически правильное строение челюсти.

Существует множество легенд о Талосе, послуживших основой для фильма «Ясон и Аргонавты» с потрясающими зрелищными спецэффектами Рэя Харрихаусена. Среди легенд и мифов есть и такие, где бронзовый великан представлен первым известным в древности роботом.

С момента своего появления полвека назад роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных, эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации.

2.2. Описание и устройство робота

После того, как я познакомился с историей появления роботов, начал собирать своего робота, которому дал имя «Бобби».

Работа над проектом выполнялась поэтапно: сначала я собрал голову для своего робота, придумал причёску. Далее работа велась по созданию рук для робота, необходимо было продумать конструкцию, позволяющую роботу выполнять действие «захват мяча». После чего я приступил к сбору колёс, то есть с помощью чего мой робот будет передвигаться, я решил поставить его на гусеницы. И последним этапом моей работы было соединить все конструкции в одну. Туловищем робота послужил блок NXT. На выполнение моей модели ушло 242 детали, в том числе один блок NXT, три сервомотора, с помощью которых робот выполняет команды движения вперёд, поворачиваться и выполнять действие захват мяча.

Также я использовал датчик касания - с его помощью робот выполняет команду «Hello», при нажатии на датчик; с помощью датчика звука, мой робот реагирует на хлопок и выполняет команду «Goоdbyе»; с помощью датчика расстояния мне удалось реализовать следующее действие: робот видит препятствие и останавливается, датчик цвета я использовал для определения цвета мяча, если робот видит красный мяч, он произносит «Red», если же мяч другого цвета то молчит.

С помощью датчиков мне удалось реализовать все свои идеи.

При выполнении своей конструкции я использовал следующие детали:

Название деталей

Количество

Блок NXT

1 шт.

Сервомотор-тахометр NXT

3 шт.

Сенсор касания NXT

1 шт.

Сенсор расстояния NXT(ультразвуковой сенсор)

1 шт.

Сенсор звука NXT

1 шт.

Сенсор цвета NXT

1 шт.

Длинный штифт

20 шт.

Соединительный штифт

19 шт.

Соединительный штифт крестовой

12 шт.

Соединительный штифт 3-модульный, двойной

2 шт.

Втулка ½ модульная

15 шт.

Втулка

16 шт.

Фиксатор

5 шт.

Балка 3 модульная

6 шт.

Балка 5-модульная

4 шт.

Балка 7 модульная

7 шт.

Балка 9 модульная

12 шт.

Балка 13 модульная

2 шт.

Балка изогнутая 3х2

19 шт.

Зубчатое колесо 4 зубое

4 шт.

Зубчатое колесо 8 зубое

2 шт.

Зубчатое колесо 16 зубое

2 шт.

Ось 4 -модульная

8 шт.

Ось 8 модульная

7 шт.

Ось 5 1 / 2 -модульная

6 шт.

Ступица

4 шт.

Гусеница

2 шт.

Разное

60 шт.

Всего:

242 шт.

2.3. Пошаговая инструкция сбора модели

Голова робота

Колеса робота

Правая рука робота

Левая рука робота

Спина робота


2.4. Программирование робота

После того, как робот был готов, я приступил к самой сложной части своего проекта – это программирование робота и настройка датчиков. Для этого я использовал среду программирования Lego Mindstorms NXT. С помощью специальных блоков я составил программу для своего робота.

III. Заключение

Сегодня наблюдаются стремительные изменения во всем обществе, которые требуют от человека новых качеств. Прежде всего, речь идет о способности к творческому мышлению, самостоятельности в принятии решений, инициативности.

Робототехника является одним из активно развивающихся направлений современного общества. В связи с этим в настоящее время робототехника - это одно из перспективных направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом.

Поэтому я считаю свою работу над проектом робот «Бобби» актуальной. По окончанию проекта мне удалось реализовать поставленные цели: я создал модель, которая способна передвигаться по заданной траектории, перевозит тяжёлый груз, определять красный цвет.

Вот что у меня получилось:


Конструкторы Лего Mindstorms - это неограниченные возможности для творчества!

IV. Список используемой литературы.

  1. Энциклопедия ВикипедиЯ.
  2. Д.Г. Копосов «Первый шаг в робототехнику» .
  3. Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS NXT.
  4. Интерактивный учебник MS NXT, выпущенный компанией MindStorm.
  5. Сайт http://www.prorobot.ru , посвященный лего-роботам (новости, инструкции по сборке, справочная информация)
  6. Интернет ресурсы.
Проект «Академия робототехники и информационных технологий» направлен на подготовку школьников к взрослой жизни в новой информационной эпохе и их активному участию в научно-техническом творчестве. Именно доступное обучение в этих областях популяризирует научно-техническое направление, способствует росту престижности инженерных профессий, формирует навыки технического мышления и решения практических задач. Проект позволит познакомиться с основами самых востребованных в наше время профессий, даст возможность попробовать себя в этих профессиях через изучение отдельных модулей в информатике (компьютерный дизайн, веб-технологии, 3д-моделирование), в робототехнике и программировании.

Пробудить интерес и выявить склонности и пристрастия учащихся к тем или иным направлениям информатики можно только через организацию современной, постоянно обновляющейся как программной, так и технической базы. Для этого запланировано открытие нового раздела в робототехнике - конструирование беспилотных летательных аппаратов. А изучение веб-дизайна, двухмерной и трехмерной компьютерной графики, создание презентаций и видеороликов требуют модернизации имеющихся компьютеров через приобретение дискретных видеокарт и широкоформатных мониторов.

По итогам обучения планируется провести соревнования по робототехнике и творческий конкурс среди обученных школьников.

Мы уже имеем заявки от городских школ на обучение в Академии, проведенные презентации продемонстрировали имеющийся интерес и желание учиться новому не только у школьников, но и у более взрослого контингента.

Наш проект направлен на помощь школьникам с самоопределением и выбором будущей профессии, чтобы они не тратили свое время и здоровье на online-игры и социальные сети, он позволяет приобщить к современным компьютерным технологиям и продемонстрировать возможности технологий будущего. Грамотный контингент из числа обучившихся станет в будущем движущей силой для развития отечественных информационных и инженерных технологий.

Цели

  1. Популяризация инженерно-технических и информационных специальностей среди учащейся молодежи города и создание соответствующих условий.
  2. Профессиональная ориентация и начальная подготовка кадров информационной и технической направленности.
  3. Обеспечить доступ к обучению передовым технологиям заинтересованных учащихся независимо от финансового положения родителей.

Задачи

  1. Разработать образовательные программы и модернизировать имеющееся оборудование, поскольку в пространстве компьютерных технологий и технического творчества требуется постоянное обновление. Провести информационную кампанию и сформировать группы обучающихся с учетом склонностей и интересов.
  2. Организовать практические занятия, обучить конструированию и программированию мобильных роботов по заданным функциональным требованиям на базе конструкторов Lego WeDo и Lego EV3.
  3. Повысить компьютерные компетенции школьников с целью дальнейшего выбора профессии через изучение различных модулей: программирования, компьютерного дизайна и веб-технологий.

Обоснование социальной значимости

Особую социальную значимость проекту придает назревшая в обществе необходимость сформировать технически грамотное поколение будущих инженерных кадров, развить умение работать в команде, нацеленной на результат. Хотим начать с малого - со школьной скамьи прививать интерес к технике и информатике, выявлять талантливых ребят, помогать делать им правильный выбор.

В настоящее время информатика и робототехника становятся важнейшими направлениями научно-технического прогресса, в которых проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта и виртуальной (дополненной) реальности.
В современном мире роботы активно включаются в нашу повседневную жизнь, технические процессы и даже профессии заменяются роботами. Специалисты, обладающие знаниями в сфере современных информационных технологий, программирования и робототехники, становятся все больше и больше востребованы на рынке труда.

Но самое главное, на что наша организация планирует использовать средства гранта - это обеспечить финансовую доступность занятий в «Академии робототехники и информационных технологий» для всех желающих в условиях закрывающихся угольных предприятий – то есть фактически ликвидации градообразующей отрасли моногорода Инта, при повсеместной невыплате зарплат и отсутствии в школах подобных кружков и факультативов. В этом году только наш город не смог выставить ни одной команды на республиканские соревнования по робототехнике.

 

 
Это интересно: