Готовая исследовательская работа по робототехнике "Луноход – Т" является результатом самостоятельной работы ученика 6 класса, целью которой было создать робота из конструктора LEGO Mindstorms для применения в космосе и в жизни человека.

Подробнее о работе:

Проект по созданию робота при помощи конструктора LegoMindstorm, выполняющего функции лунохода, актуален, потому что, по последним данным, сегодня в мире работают 1,5 млн. самых различных роботов. Бывают ситуации, когда применение робот безопасно для человека. Например, в космонавтике робототехника позволяет существенно помочь космонавтам при работах в открытом космосе.

Автором индивидуальной исследовательской работы по робототехнике на тему "Луноход – Т" была изучена история возникновения роботов и история развития робототехники, выяснены сведения о создании и применении роботов в космонавтике. В рамках практической части исследования школьник собрал подвижного робота «Луноход – Т» из конструктора Lego Mindstorms EV3 и составил программу для работы этого робота.

Оглавление

Введение
1. История и развитие роботов.
1.1 История возникновения термина «Что такое робот?».
1.2 Современный этап развития робототехники.
2. Космонавтика и робототехника.
2.1 Исследование Луны.
3. Конструирование и программирование.
3.1 Создание робота «Луноход – Т».
Заключение
Список литературы
Приложение

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. В наше время их придумывают и создают не только писатели и художники, но и инженеры-робототехники.

С появлением конструктора Lego Mindstorms, роботы пришли и в нашу школу. Для робототехники нет границ: она представляет для нас такие возможности учебного творчества, о которых многие даже не подозревают. Я решил исследовать возможности конструктора и создать робота для применение в космосе.

В работе изложен материалы о роботах и робототехнике, исследование Луны, применение данного робота в изучение поверхности Луны. Результаты работа могут быть полезны в космонавтике, так же данного робота «Лунохода - Т» можно использовать в жизни человека.

Проект состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы 4 приложений, изложен на 19 страницах, включая 4 рисунка, 2 фотографии. Список литературы включает 1 наименование, 2 электронных ресурса.

Роботы сегодня вошли в нашу жизнь в разных областях. Они летают в космос, исследуют другие планеты; помогают в военных целях — разминируют бомбы и разведывают обстановку с воздуха. В промышленности многие области уже немыслимы без роботов: они собирают автомобили, помогают находить новые лекарства. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами — таковы, например, лифты и системы антиблокировочного торможения в автомобилях, помогающие избежать аварий.

Актуальность темы: робототехника вошла в мир в 60-е годы 20 века как одно из направлений машиностроения. По последним данным, сегодня в мире работают 1,5 млн. самых различных роботов. Бывают ситуации когда применение робот безопасно для человека. Например, в космонавтике робототехника позволяет существенно помочь космонавтам при работах, в открытом космосе.

Преимущество космических роботов перед человеком заключается в том, что они могут работать в крайне неблагоприятных условиях и обходиться без каких-либо ресурсов. Обычно, задача косморобота заключается в проведении какой-нибудь научной работы (например, собрать образцы грунта, просканировать их и отправить собранные данные учёным на Землю).

Вообще-то, то же самое может сделать и обычный робот, работающий на земной поверхности, но к космороботу есть несколько основных требований, которым он должен соответствовать:

• перенести запуск
• работать в сложных условиях враждебной среды
• весить как можно меньше
• потреблять мало энергии и, иметь долгий срок службы
• работать в автоматическом режиме
• обладать чрезвычайной надежностью.

Основной целью моей работы является: создать робота из конструктора LEGO Mindstorms для применения в космосе и в жизни человека.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Познакомиться с историей возникновение роботов;
2. Узнать историю развития робототехнике;
3. Создание роботов в космонавтике;
4. Собрать подвижного робота «Луноход – Т» из конструктора Lego Mindstorms EV3.
5. Составит программу для работы робота «Луноход - Т»
6. Сделать вывод.

Оборудование: компьютер с программной средой LEGOMINDSTORMS Education EV3, конструктор LEGO MINDSTORMS Education

Что приходит на ум, когда мы слышим слово «робот»? В научной фантастике этот термин предполагает, что робот имеет человекоподобный вид или обладает возможностями человека, но в действительности современные роботы мало похожи на людей. Разновидностей роботов столько же, сколько существует для них видов работ. Для человекоподобных роботов используется специальный термин – андроид.

Первым промышленным роботом стал Unimate, выпущенный в 1961 году – это механическая рука, использовавшаяся корпорацией General Motors при производстве автомобилей. Робот выполнял последовательность действий, которая была записана на магнитный барабан (приложение 1).

Роботы успешно выполняют рутинные задания, они особенно удобны при выполнении многократно повторяющихся работ, сложных или опасных для людей. Сегодня в мире во всех сферах человеческой деятельности нашлось применение миллионам роботом. Они используются при управлении самолетами и поездами, спускаются на дно океана, работаю в космосе, собирают автомобили, охраняют здания, производят микрочипы, используются военными, помогают спасателям.

Робот – это автоматическое устройство для осуществления производственных и других операций по определенной программе. Действиями робота всегда управляет микропроцессор, который запрограммирован в соответствии с заданием. Робота всегда можно быстро перепрограммировать на выполнение нового задания.

Итак, робот:

• Автоматическая машина;
• Отвечает на внешние воздействия;
• Работает по программе.

У робота есть три важных характеристики:

• Мобильность (быстрая смена видов роботов);
• Универсальность (выполнение большого числа заданий);
• Автоматизм (После программирования работает автоматически).

Роботов используют в области робототехнике. Понятие «робототехника» принадлежит Айзеку Азимову. Робототехника (от робот и техника; англ. robotics) - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Основные законы робототехники:

• Робот не может причинить вред человеку.
• Робот должен подчиняться командам человека.
• Робот должен заботиться о своей безопасности.

Развитие технологии электричества дало человечеству новый источник энергии, которым можно было питать устройства гораздо более продолжительное время. В то же время начинаются первые попытки заставить сложные механизмы работать на человека, заменяя его труд на производстве.

Уже в 1808 году французский ткач Жозеф Мари Жаккар изобрел ткацкий станок, программируемый с помощью перфокарт. Пока это был еще не робот – скорее, аналог современных автоматизированных линий. Но именно в нем впервые в промышленности был реализован принцип программирования, на котором держится современная робототехника.

В 1898 году Никола Тесла впервые продемонстрировал самоходную лодку, управляемую дистанционно с помощью радио.

И все же считается, что человек, создавший первого действующего робота – американский инженер Рой Уэнсли. Разработанный им в 1928 году механизм под названием «Герберт Телевокс» представлял собой человекоподобную машину, способную открывать двери и окна, отключать духовку, электродвигатели и т. д.

Еще одним претендентом на роль родоначальника роботов был Эрик, разработанный в том же 1928 году британским военным Уильямом Ричардсом. Механизм мог не только двигать конечностями, но и «осмысленно» отвечать на ряд вопросов, при этом даже умудряясь отпускать шутки.

Первый прообраз промышленного робота появился еще в 1898 году – это был созданный американским инженером Бэббитом манипулятор, с помощью которого выхватывались заготовки из раскаленной печи.

В 1948 году в США компанией General Electric был создан первый промышленный робот для работы на атомном реакторе. Его особенностью было наличие обратной связи – оператор мог не только видеть его перемещение в рабочем пространстве, но и чувствовать силу, которую развивал захват манипулятора, что позволяло управлять механизмом более точно.

Сегодня роботы проникли практически во все сферы деятельности. Промышленность, научные исследования, энергетика, медицина, развлечения, военные действия и даже космос – современные автоматические или дистанционно контролируемые механизмы используются очень широко и даже постепенно вытесняют человеческий труд. Так наше общество незаметно для себя вошло в будущее.

В жизни всегда существует дата – отправная точка, после которой о событии, явлении или объекте узнает весь мир. В робототехнике тоже есть такая дата, это 17 ноября 1970 года. В этот день самоходный аппарата 8ЕЛ, более известный как «Луноход - 1», в составе автоматической станции Е8 № 203 впервые в истории успешно покорил лунную поверхность. Всего он проехал 10 540м и передал на Землю 211 лунных панорам и 2 тысяч фотографий. Общая масса первого лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи – 4,42 м, ширина – 2,15 м, высота – 1, 92м.

Но дата рождения лунохода можно считать 18 мая 1966 года, когда главный конструктор Машиностроительного завода имени С.А. Лавочкина Григорий Николаевич Бабакин подписал проект «Е8».

Космонавтика – это процесс исследования космического пространства с помощью автоматических космических аппаратов.

Отметим основные этапы космонавтики:

1. 4 октября 1957 года было положено начало освоению космоса: совершен запуск Советским Союзом первого искусственного спутника Земли.
2. 12 апреля 1961 года – день полета первого космонавта Юрия Алексеевича Гагарина – стал отправной точкой развития пилотируемой космонавтики.
3. 18 марта 1965 г. — первый выход человека в открытый космос (СССР);
4. 24 декабря 1968 г. — первый вывод пилотируемого корабля на орбиту спутника Земли (США);
5. 20 июля 1969 г. — день первой высадки людей на Луне (США);
6. 19 апреля 1971 г. — впервые запущена орбитальная станция (СССР);
7. 17 июля 1975 г. — впервые произошла стыковка двух кораблей (советского и американского);
8. 19 августа 1960 г.- «Спутник -5» вывел на орбиту живой груз – собак Белку и Стрелку, 40 мышей, двух крыс и ряд растений. Аппарат с выжившими животными успешно вернулся на землю.

Настоящее и будущее космонавтики характеризуется новыми проектами и планами. В проекте Международной пилотируемой космической станции активно сотрудничают уже 19 государств.

Исследование Луны

Луна – небесное тело, веками сопровождающее нашу планету. Она не излучает свет, а только отражает его. Луна является спутником Земли, который ближе всего расположен к Солнцу. Луна обладает разнообразными полезными ископаемыми – железом, алюминием, титаном. В поверхностном слое лунного грунта обнаружен элемент гелий – 3, который может использоваться в качестве топлива для будущих термоядерных реакторов, найдены залежи льда.

В начале 21 века Китай опубликовал свою программу освоения Луны, включающая доставку лунохода (2011), отправку грунта на Землю (2012), постройку обитаемых лунных баз (2030). Это заставило ведущие космические державы снова развернуть свои лунные программы.

Меня это заинтересовало, и я то же решил освоить Луну.

Существует много видов конструкторов, но самым популярным и уникальным является Лего. На занятиях по робототехнике мы работаем с конструктором Lego Mindstorms EV3, это самая последняя модель обучающего конструктора фирмы ЛЕГО. Из него можно конструировать модели различных роботов. Роботы старательно трудятся на благо исследования космоса.

Мой робот тоже будет трудится на благо космоса и человека. Я его назвал «Луноход - Т».

Задача моего робота, нужно взят грунт с поверхности Луны для изучения состава.

Несмотря на кажущуюся простоту поставленной задачи, сделать робота, который сможет взять грунт на Луне не так-то и просто.

Для создания робота были использованы:

• Микрокомпьютер EV3 (1 шт);
• Моторы – 4 штуки;
• Датчики касания – 1 штука;
• Датчики цвета – 1 штука;
• Детали конструктора ЛЕГО.

Для создания робота «Луноход - Т» я с начало сконструировал роботизированную руку, используя датчик цвета и датчик касания для управления своими движениями. Робот должен передвигаться по Луне, поэтому так же я создал робота на гусеничном ходу (Приложение 4). Написал программу в среде программирования – MINDSTORMS EV3. Так же мой робот может помогать человеку не только в космосе, но и на Земле (капать, убирать мусор, поднимать предметы). В итоге я достиг поставленной задачи.

Занятие робототехникой развивает навыки информатики, математики, технологии, умение объемно видеть предмет и творческие способности.

Во многих школах уже появляется данное направление, как дополнительные занятия, но я считаю такой предмет нужно ввести в каждой школе, он очень полезен, ведь за инженерами, программистами, технологами - будущее нашей страны.

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 моей работе, я хотел показать, что изготовление робота очень интересный, увлекательный и познавательный процесс. Над созданием роботов трудятся настоящие ученые и инженеры, но каждый школьник может придумать своего робота. Нужно поставить перед собой задачу, какого робота я хочу сконструировать и тогда всё получиться.

Мой робот берёт грунт с поверхности Луны, так же он может служить помощником для человека в других целях (капать, убирать мусор, поднимать предметы).

Я очень хочу, чтобы мое увлечение стало моей профессией, но если я не стану конструктором, я знаю, что навыки, приобретенные при занятиях робототехникой, пригодятся мне в дальнейшем и в учебе, и в работе.

1. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику. – М.:-БИНОМ, Лаборатория знаний, 2015
2. Ресурсы Сети Интернет.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

1. Д.Г. Копосов «Первый шаг в робототехнику», практикум. .:-БИНОМ, Лаборатория знаний, 2015. – с.13
2. Ресурсы Сети Интернет.