Секция «Экономика» «Роботы в быту. Конструирование РОБОКОМБАЙНА»

ХVІІ ГОРОДСКАЯ МЕЖШКОЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКУ»

Секция «Экономика»

 «Роботы в быту. Конструирование РОБОКОМБАЙНА»

Выполнили:

Золотухин Денис и Панкрушин Илья

ученики 4 класса

МБОУ школа №65

Промышленного района

Научные руководители:

Кикина Ирина Юрьевна,

учитель начальных классов

Макрушен Александр Андреевич,

ПДО МБУ ДО ЦДТ «Радуга успеха» г.о. Самара

Самара, 2015 г.

Содержание:

Введение…………………………………………………...…………..……….   2

I.  Робототехника ………………………….…………………………………..   3

I.1. Что такое робототехника……….…………………………….…………   3

I.2.  Типы роботов, используемых в быту………………………………….   4

I.3.  Роботы, используемые в сельском хозяйстве…………………………   5

I.4.  Робот – комбайн………………………………………………………….  5

II  Технические характеристики проекта и принцип работы модели………..  6

II.1   Анализ проблемы, постановка цели и задач…………………………..  6

II.2   Анализ проекта………………………………………………………….  7

II.2.1  Преимущества……………………………………………………  8

II.2.2  Недостатки……………………………………………………….   9

II.2.3  Экономическая целесообразность……………………………...  10 

III  Практическая часть. Демонстрация робота-комбайна...…………………  11

Заключение………………………………………..….…………………………  12

Список использованной литературы…………….………………………….....  13

Приложения ……………………………………….…………………………….  14

Введение

Какой фильм о будущем ни включи, там обязательно в том или ином виде будут присутствовать роботы.

Казалось бы, что ситуация, когда робот помогает нам по дому – это действительно далекое будущее. В действительности будущее уже наступило и роботы уже среди нас. Уже сегодня можно при помощи роботов решать повседневные задачи.

Создание себе подобных машин давно волнует фантазию людей. Если для ребенка игрушка-робот является замечательной забавой и желанным подарком, порой способным заменить даже домашнее животное, то для взрослых всегда представляла интерес практическая польза, которую роботы могут принести. Раньше в попытках создать идеального робота ученые стремились придать ему человеческий облик — этакие железные дровосеки. Теперь конструирование человекоподобных роботов идет по своему пути развития, но параллельно с ним идет разработка роботов помощников, которые зачастую даже и отдаленно не напоминают человека, зато значительно облегчают ему жизнь. Такие роботы могут делать некоторую работу по дому, позволяют своему хозяину забыть о рутинных делах и расслабится на диване, в то время пока трудолюбивый и неутомимый помощник делает домашние дела самостоятельно.

Робототехника постепенно перемещается из заводских цехов в наши квартиры. Похоже, что не за горами появление новой отрасли промышленности производства личных роботов-помощников. Как скоро роботы станут частью повседневной жизни? По данным Международной федерации робототехники, к 2008 г. в мире функционирует около 9 млн. механизмов на основе искусственного интеллекта.

I   Робототехника

I.1. Что такое робототехника

Разберемся, что такое робототехника. «Робототехника  — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем» - такое определение дает всем известная Википедия.  В общем виде это достаточно сложная дисциплина, которая вбирает в себя научные знания из электроники, механики и программирования.

В наиболее полном смысле робототехника применяется на предприятиях различной сферы для автоматизации процессов. Нельзя забыть и о применение робототехники в космических аппаратах. Здесь без робототехники обойтись просто невозможно.

Не посвященным может показаться, что робототехника находится где-то далеко от повседневной жизни. Но давайте задумаемся. Электрический чайник на кухне. Все знают, что при нагревании до определенной температуры чайник автоматически отключается. Как же это происходит? Все очень просто. Определенный датчик регистрирует достижение температуры в 100 градусов по шкале Цельсия. О данном факте узнает микропроцессор (если это можно так назвать), который в свою очередь посылает сигнал о необходимости разомкнуть электрическую цепь.  

I.2.  Типы роботов, используемых в быту

Существует множество типов роботов, способных помочь решить в доме различные повседневные задачи. Роботы сейчас начали применяться и в повседневной жизни в быту - торговые роботы, маленькие роботы для игр: роботы собаки, роботы кошки, роботы лего. Да и во многих других сферах жизни находят применение механизмы, исполнителем в которых является робот. С каждым днем все новые и новые роботы собирают, соединяют, обслуживают, строят и выполняют огромное количество различных операций, облегчающих жизнь человека.[1]

В конце октября 2004 Европейская экономическая комиссия ООН и Международная федерация робототехники опубликовали доклад «Мировой обзор робототехники» (World Robotics Survey). По мнению ученых, уже через три года роботы заменят людей во многих сферах деятельности! И в первую очередь — в быту.

Рынок домашних роботов считается одним из самых динамичных и перспективных. Сегодня в высокоразвитых странах мира человек уже эксплуатирует порядка 607 тысяч механических помощников по хозяйству. Правда, абсолютное большинство (570 тысяч) составляют роботы-пылесосы, а второе место занимают роботы-газонокосилки (37 тысяч)[2].

Разумеется, вышеперечисленными функциями способности роботов не исчерпываются. Эксперты ООН предрекают, что уже в ближайшее время роботы будут не только мыть нам полы, подстригать газоны и защищать наши дома, но и помогать престарелым людям и инвалидам, посредством сложного интерактивного оборудования ухаживать за больными, обследовать трубопроводы и опасные для человека места, а также бороться с огнем и обезвреживать бомбы.[3]

I.3.  Роботы, используемые в сельском хозяйстве

Инженеры робототехники не забыли и о фермерах. Одним из лучших изобретений 2001 года журнал Time назвал робота для охоты на улиток — SlugBot, разработанного группой ученых и инженеров из университета Западной Англии в городе Бристоль[4].

Летом 2004 года роботизацией сельского хозяйства озаботилось и NASA.  Робот должен будет заниматься выращиванием и сбором помидоров во время экспедиции на Марс, поскольку у астронавтов просто не будет на это времени.

I.4.  Робот – комбайн

Мы представляем проект по робототехнике - «Робот-Комбайн». Это огромный шаг вперёд для всего сельского хозяйства. Он позволит облегчить работу на полях, сможет повысить скорость уборки урожая, и облегчит подготовку полей. Робот может управляться с помощью системы GPS (вы задаёте роботу координаты поля, и он выполнять выбранный режим работы). Помимо автономной работы возможно ручное управление робота на сложных участках.

II Технические характеристики проекта и принцип работы модели

II.1   Анализ проблемы, постановка цели и задач

В нашей стране после распада Советского Союза многие колхозы прекратили свою деятельность и много полей пришли в запустение. Помочь  возродить фермерское хозяйство смогут новые технологии.

Цель нашей работы – создание прототипа многоцелевого сельскохозяйственного робота.

Задачи проекта:

·     Разработать компоновку робота.

·     Собрать прототип робота на занятиях в объединении «Робототехника и легоконструирование».

·     Разработать основные принципы работы «РобоКомбайна».

·     Разработать системы управления и безопасности.

II.2   Анализ проекта

Так, чем же «Робот-Комбайн» отличается от обычного комбайна? Преимуществ много:

·     экологичный

·     безопасен для человека и животных

·     обладает высокой производительностью

·     почти бесшумный

·     автономный

·     хорошая проходимость

·     практически не требует заправки

·     многофункциональный

Помимо основной задачи – сбор зерновых культур, робот может выполнять много дополнительных функций. Робот оснащен плугом для вспахивания земли. Плуг на роботе может так же убирать мусор с поля. Робот может быть оснащен косилкой для скоса травы и соломы для скота. Косилку можно поменять на специальную насадку, и она будет разрубать на маленькие части большой мусор, крупные ветки, сухие поваленные деревья.

Все это дополнительное оборудование легко устанавливается на комбайн двумя техниками за короткий срок и без специальных инструментов.

II.2.1  Преимущества  

Автономность

Робот может работать на поле полностью автономно, с помощью программы, при этом оператор контролирует процесс работы робота удаленно. На сложных участках или при аварийных или экстренных ситуациях оператор может вручную управлять роботом через пульт управления и систему GPS, камеры и специальные датчики.

Проходимость

Он может проходить в трудно проходимых местах, так как оснащен хорошей гусеничной подвеской.

Экология

Робот оснащен электрическим двигателем и поэтому не загрязняет окружающий мир. Перезарядка аккумуляторов происходит через солнечные батареи. В ненастную погоду робот может работать, используя двигатель внутреннего сгорания, работающего на метане. С развитием новых технологий в будущем планируется установка  водородного двигателя.

Бесшумность

По сравнению с обычными комбайнами наш робот почти бесшумный за счёт того, что у него нет дизельного двигателя. Безопасность робота для людей и животных обеспечивается подачей специальных звуковых сигналов предупреждении об опасности.

Экономичность работы

Он может работать очень долго благодаря тому, что работает на солнечной энергии. Для работы в плохую погоду возможна работа на дополнительном двигателе на природном газе или водородном двигателе.

II.2.2  Недостатки  

Затраты

Для того чтобы реализовать проект «Робот-Комбайн» нужно затратить много средств и ресурсов. Этот минус частично компенсируется тем, что один робот может выполнять функции нескольких сельскохозяйственных машин.

Обучение

Необходимо обучить человека для того, чтобы управлять роботом. Получается, нужен человек с хорошим образованием, и надо открывать новые кафедры в специальных ВУЗах, чтобы люди могли обучаться и идти работать операторами робота.

II.2.3  Экономическая целесообразность

1.     Робот заменяет целый парк сельскохозяйственной техники;

2.     Робот имеет высокий ресурс и мало ломается;

3.     Так как робот работает на солнечной энергии – экономия на ГСМ

Имея высокую первоначальную стоимость, робот окупится через 2 – 3 года использования.

Ресурс работы – 10 – 15 лет.

Техническое обслуживание робота 1 раз в год.

III  Практическая часть. Демонстрация робота-комбайна

Проект «РОБОКОМБАЙН» собран на занятии в объединении «Робототехника и легоконструирование» из набора для робототехники Lego Mindstorus NXT.

Робот собран на гусеничной базе. Вспомогательный двигатель используется для управления косилкой и другим навесным оборудованием. Программа для управления роботом написана на языке программирования NXT-G. Управление роботом в дистанционном режиме происходит по каналу Bluetooth через приложение для системы Android.[5]

Компоновка робота

Робот состоит из нескольких составляющих:

·       системный блок

·       подвеска (3 двигателя, 2 гусеницы, система защиты гусениц)

·       датчики

·       навесное оборудование

Процесс работы

Оператор робота будет следить за передвижением робота с помощью специальных камер, которые будут установлены на роботе и системы GPS положения. На комбайн будет установлен тепловизор, ультразвуковой датчик и динамик, чтобы отпугивать животных и предупреждать людей. Эти системы необходимы для того, что не позволить роботу задавить кого-нибудь или нанести вред другой технике и постройкам.

На «РобоКомбайне» так же есть технологичный плуг, который может пахать твёрдую землю, болотистую местность, может убирать мусор и собирать траву для скота. К косилке можно прикрепить насадку, которая может измельчать большой мусор (сухие стволы, кусты и ветки).

Заключение

«Робот-Комбайн» является передовой и перспективной сельскохозяйственной техникой будущего. Его дороговизна компенсируется высокой производительностью, безопасностью и экологичностью. С помощью таких роботов наша страна сможет покрыть свои  потребности в зерне, и сможет помогать голодающим странам.

А стоит ли вообще тогда заниматься изучением и развитием роботостроения?
Однозначно — да, ведь робот это незаменимый инструмент помогающий ускорить и автоматизировать многие сложные, и рутинные процессы в жизни человека.

Роботы глубоко и прочно входят в нашу жизнь. На данном этапе их помощь просто неоценима, в том числе и в быту. Будем надеяться, что в скором времени они не захотят поработить нас, как это часто случается в тех самых фантастических фильмах.

Литература

1.  С.А.Филатов. Робототехника для детей и родителей. Изд. М.Наука 2013, 319 ср.

2.   Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, - 134 с., илл.

3.   Возобновляемые источники энергии. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, -122 с., илл.

4.   Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.

5.   Технология и информатика: проекты и задания. ПервоРобот. Книга для учителя. – М.:ИНТ. – 80 с.

6.   Энергия, работа, мощность. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, - 63 с.

7.   сайт  Mobile Device

8.    http://sevnews.net/roboty_v_bytu_tehnologicheskie_pomocshniki/#ixzz3xLS1XoUQ

Приложение 1

«Робот-няня»

Наиболее частое применение робототехника видит в процессе воспитания и обучения молодого поколения. Применение роботов-воспитателей значительно улучшит воспитательный процесс, придаст ему новое качество. Так уж сложилось, что воспитание подрастающего поколения, являясь во многих семьях приоритетным делом, во многом является процессом несовершенным, прерывистым и бессистемным. Занятость взрослых материальным и финансовым обеспечением семьи, доступность развлекательных программ, не предназначенных для детского восприятия, избыточность ненужной информации, ухудшают качество воспитательного процесса. Такие обязательные требования к воспитательному процессу, как индивидуальный подход, терпение, системность, зачастую просто не могут быть выдержаны ни родителями, ни, увы, воспитателями, которые имеют дело сразу с несколькими детьми. Оставлять существующее положение дел без изменений является не чем иным как принудительное ограничение творческих способностей подрастающего поколения. Исходя из норм морали и нравственности, это вообще является «преступлением», поскольку недостаточное и неправильное воспитание ведет к господству инстинктов, культивированию нездоровых, агрессивных тенденций, недоразвитию человеческой личности.

Робот-питомец

Некоторое время назад появились роботизированные домашние питомцы. В первую очередь – это, конечно, собаки, которые ведут себя почти неотличимо от настоящих. Но они не разбрасывают вокруг свою шерсть, не ведут деструктивной деятельности и не могут навредить вашей жизни и здоровью или жизни и здоровью вашего ребенка, а в самом крайнем случае его всегда можно отключить. Немного лицемерно, но зато практично и безопасно.

Такие роботы сложно назвать обычными игрушками, целевая аудитория этого класса устройств – вполне взрослые люди. «Питомцы» умеют ходить, «видеть» окружающие его предметы с помощью видеокамеры и инфракрасных датчиков расстояния, распознавать команды и лица.

Робот является полностью автономным: он может учиться и развиваться, основываясь на командах своего хозяина, обстановки, или другого робота. Существует программное обеспечение имитирующее «взрослую собаку», которая сразу использует все свои функции, другое же программное обеспечение имитирует «щенка», который раскрывает свои возможности постепенно.

 «Робот-мойщик окон»

Робот отлично справляется со своей работой, очищая поверхность качественно и быстро.

«Робот-пылесос»

Мечта каждой домохозяйки — освободиться от уборки квартиры, отнимающей все свободное время и силы. Да и представители сильного пола не прочь поручить махание шваброй кому-нибудь другому, к примеру, роботам. Стоит ли удивляться, что первым механическим помощником человека стал робот-пылесос.

         В отличие от всех других домашних роботов, роботы-пылесосы известны, наверное, каждому современному человеку. Дело дошло даже до того, что робот-пылесос способен сам пойти на зарядку, если его аккумулятор будет на исходе. Робот-пылесос — это помощник в уборке по дому, который сам, без вмешательства человека (или с минимальным его участием) соберёт лишний мусор, видимую пыль и грязь, чтобы она не летала в воздухе.

«Робот-чистильщик бассейнов»

После того, как роботы-пылесосы стали мегапопулярны, производители начали разрабатывать их различные модификации. Так на свет появились робот-уборщик и робот-чистильщик бассейнов. Этот гаджет способен произвести влажную уборку вашего пола абсолютно самостоятельно.

 «Робот-туалет»

Да, бывает и такое. Роботы успели пробраться даже туалет, правда, пока только в кошачий. Он позволяет оставить питомца на несколько дней. Устройство во всех отношениях безопасно для жизни кошки, его сенсоры никогда не дадут вращающейся внутренней части сработать, пока кошка внутри. Так что главное — это приучить неподготовленное животное к новому туалету.

«Робот-официант»

Не менее полезными роботы могут оказаться и на кухне. Ничего не потеряв и не расплескав, с помощью сонорной системы навигации робот найдет путь даже в толпе гостей на шумной вечеринке.

«Робот-газонокосилка»

В современном мире людям с достатком не нужно нанимать газонокосильщика. Достаточно просто купить специального робота, который будет выполнять ту же работу не хуже человека.

Первые роботизированные газонокосилки начали выпускаться еще с 1995 года Умные и экологически чистые газонокосилки порадуют не только ленивых хозяев газонов, но и их соседей (роботы-газонокосилки работают тише обычных косилок), детей (наблюдение за работой, создавая роботу разные препятствия, — приятная и безопасная игра), а также садовников, у которых, возможно, высвободится лишний час для отдыха. Робот самостоятельно передвигается по саду, сам заряжает аккумулятор, а главное — обладает функцией мульчирования газона, когда срезанная трава в измельченном виде становится специальным удобрением для почвы.

Приложение 2

---

[1]   Приложение 1

[2]   С.А.Филатов. робототехника для детей и родителей. Изд. М.Наука 2013

[3]   Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ

[4]   сайт  Mobile Device

[5] Приложение 2