Мой Роботокатер

XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Мой Роботокатер

Максаров Т.Б. 1
1МАОУ" Дульдургинская СОШ №2"
Дашибалова Э.Б. 1
1МАОУ" Дульдургинская СОШ №2"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

План исследования

Сегодня в нашей жизни робототехника стала одним из приоритетных, модных направлений внеурочной деятельности.На занятиях в Центре образования цифровых и гуманитарных профилей «Точка роста»по робототехнике осваиваем основы конструирования и моделирования роботов и управляемых машин. Созданные нами модели живут по заданной программе, выполняют разные команды, могут соревноваться между собой.

Мы познакомились с конструктором Lego Mindstorms NXT 2.0. У нас в процессе изучения появляются разные идеи, которые стараемся описать в проекте. Нам очень нравиться этим заниматься: наши работы и работы наших друзей вызывают интерес у школьников, учителей и моих родителей и может быть робототехника поможет нам определиться с выбором профессии, когда закончим школу.

В нашем исследовании мы попытались создать модель роботокатера, которая может исследовать подводное пространство.

Я думаю, что тема моего исследования сегодня актуальна потому, что загрязнение водоемов бытовым мусором является одним из глобальных проблем человечества.

Цель исследования: на основе микрокомпьютера NXT, деталей конструкторов ЛЕГО и различных дополнительных материалов сделать модель катера, которая может исследовать подводное пространство и температуру воды.

Объектом исследования является спектр имеющихся датчиков и сложных деталей из набора конструктора NXT 2.0.

Предмет: сборка роботокатера.

Задачи:

  • изучить историю развития робототехники;

  • составить план сборки роботокатера;

  • осуществить сборку роботокатера;

  • составить программу для корректной работы роботокатера;

  • провести апробацию роботокатера.

Гипотеза: роботокатер исследует подводное пространство и температуру воды.

Технические характеристики. Для создания робота были использованы:

  • Микрокомпьютер NXT - 1 штука;

  • Моторы – 2 штуки;

  • Датчик температуры – 1 штука;

  • Датчик расстояния – 1 штука;

• Детали конструктора ЛЕГО.

Технология сборки робота:

  • используя детали конструкторов ЛЕГО, собрали робота;

  • с передней стороны установили датчик расстояния;

  • с боковой стороны установили температуры;

  • с ними сконструировали держатель для action камеры;

  • к созданной конструкции прикрепили микроконтроллер NXT;

  • всю конструкцию закрепили к пенопласту;

  • датчик и мотор подключили к NXT;

  • написали программу в среде программирования – MINDSTORMS NXT 2.0.

Введение

Актуальность. Сегодня в нашей жизни робототехника стала одним из приоритетных, модных направлений внеурочной деятельности.В нашей школе в Центре образования цифровых и гуманитарных профилей «Точки роста» функционирует внеурочная деятельность «Робототехника», На занятиях по робототехнике осваиваем основы конструирования и моделирования роботов и управляемых машин. Созданные нами модели живут по заданной программе, выполняют разные команды, могут соревноваться между собой.

Мы познакомились с конструктором Lego Mindstorms NXT 2.0. У нас в процессе изучения появляются разные идеи, которые стараемся описать в проекте. Нам очень нравиться этим заниматься: наши работы и работы наших друзей вызывают интерес у школьников, учителей и моих родителей и может быть робототехника поможет нам определиться с выбором профессии, когда закончим школу.

В нашем исследовании мы попытались создать модель роботокатера, которая может исследовать подводное пространство.

Я думаю, что тема моего исследования сегодня актуальна потому, что загрязнение водоемов бытовым мусором является одним из глобальных проблем человечества.

Цель исследования: на основе микрокомпьютера NXT, деталей конструкторов ЛЕГО и различных дополнительных материалов сделать модель катера, которая может исследовать подводное пространство и температуру воды.

Объектом исследования является спектр имеющихся датчиков и сложных деталей из набора конструктора NXT 2.0.

Предмет: сборка роботокатера.

Задачи:

  • изучить историю развития робототехники;

  • составить план сборки роботокатера;

  • осуществить сборку роботокатера;

  • составить программу для корректной работы роботокатера;

  • провести апробацию роботокатера.

Гипотеза: роботокатер исследует подводное пространство и температуру воды.

Технические характеристики. Для создания робота были использованы:

  • Микрокомпьютер NXT - 1 штука;

  • Моторы – 2 штуки;

  • Датчик температуры – 1 штука;

  • Датчик расстояния – 1 штука;

• Детали конструктора ЛЕГО.

Технология сборки робота:

  • используя детали конструкторов ЛЕГО, собрали робота;

  • с передней стороны установили датчик расстояния;

  • с боковой стороны установили температуры;

  • с ними сконструировали держатель для action камеры;

  • к созданной конструкции прикрепили микроконтроллер NXT;

  • всю конструкцию закрепили к пенопласту;

  • датчик и мотор подключили к NXT;

  • написали программу в среде программирования – MINDSTORMS NXT 2.0.

Принцип действия:

Модель роботокатера передвигается в воде с помощью двух моторов. Благодаря датчику расстояния робот может увидеть преграду и поворачивать. Во время передвижения роботокатера по воде, action камера снимает подводное пространство. Камера через Bluetooth подключена к телефону, на экране которого мы одновременно можем видеть то, что она снимает. Данные датчика температуры сохраняются на микроконтроллере NXT. В автономном режиме робот может передвигаться на небольшом расстоянии. Поэтому также управление им может осуществляется дистанционно с помощью пульта или телефона.

В результате работы мной создана модель роботокатера из деталей ЛЕГО, микрокомпьютера NXT и дополнительных материалов. В этом проекте я использовал не только микрокомпьютер и моторы, но и постарался задействовать весь спектр имеющихся датчиков и сложных деталей из набора конструктора NXT 2.0.

Глава 1. История развития робототехники.

На всех этапах своего развития человечество стремилось создать орудия, механизмы, машины, облегчающие труд и обеспечивающие защиту от неприятеля. Эволюция современного общества и производства обусловила возникновение и развитие нового класса машин – роботов – и соответствующего научного направления – робототехники. Робототехника на сегодняшний день является интенсивно развивающейся научно-технической дисциплиной, изучающей как теорию, методы расчета и конструирования роботов, их систем и элементов, так и проблемы комплексной автоматизации производства, и научных исследований с применением роботов. Предметом робототехники является создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.

ГЛУБОКАЯ ДРЕВНОСТЬ. 

И

Механическая кузница Герона Александрийского

стория робототехники уходит в глубокую древность. Уже в те времена появились идеи создания технических средств, похожих на человека, и были предприняты первые попытки по их созданию. Статуи богов с подвижными частями тела (руки, голова) появились еще в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. В 3 веке до н. э. римский поэт Клавдий упоминал об автомате, изготовленном Архимедом. Он имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всехизвестных в то время небесных светил. Шар приводился в движение водой. А греческий изобретатель и физик Ктесибий из Александрии сконструировал водяные часы. Это был первый автомат для точного хронометрирования. До нас дошли книги Герона Александрийского (I век н.э.), где описаны подобные и многие другие автоматы древности . В качестве источника энергии в них использовались вода, пар, гравитация (гири). В «Театре автоматов» описано даже устройство целого театра, представление в котором разыгрывали фигурки-куклы, приводимые в движение с помощью системы зубчатых колес, блоков и рычагов.

СРЕДНИЕ ВЕКА.

В средние века большой популярностью пользовались различного рода автоматы, основанные на использовании часовых механизмов. Были созданы всевозможные часы с движущимися фигурами людей, ангелов и т. п. К этому периоду относятся сведения о создании первых подвижных человекоподобных механических фигур – андроидов. Так, андроид алхимика Альберта Великого (1193 – 1280) представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему. В 13 веке Альберт Великий создал автомат, ставший впоследствии известным как «говорящая голова», способный воспроизводить человеческий голос. В 1495 году Леонардо да Винчи разработал детальный проект механического человека, способного двигать руками и поворачивать голову. А в 1500 году он построил механического льва, который при въезде короля Франции в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Работы по созданию андроидов достигли наибольшего развития в XVIII в. Одновременно с расцветом часового мастерства. Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон  (1709-1789) создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. «Флейтист» был ростом с человека.

КОНЕЦ XIX – ПЕРВАЯ ПОЛОВИНА XX ВВ.

Благодаря развитию электротехники и электроники реализуются потребности общества и производства в различных автоматических устройствах. Литература и искусство в это время играют роль катализатора процесса развития робототехники. Именно в этот период появляется много научно-фантастических произведений литературы, в которых роботы-андроиды играют главные роли.

Научная фантастика о роботах ведёт начало с «Франкенштейна», написанного Мэри Шелли в 1818 году. Этот роман открыл целую серию произведений, в которых существа, созданные людьми с благими намерениями, осознают себя приходят в противоречие с человеческой моралью и гибнут.

С цена из пьесы R. U. R., изображающая восстание роботов Одним из главных произведений является пьеса «R. U. R.» (Rosse’sUniversalRobots – «Россумские универсальные роботы») знаменитого чешского писателя Карла Чапека (1890-1938). В этой пьесе, поставленной 21 января 1921 года на сцене Пражского национального театра, рассказывается о некоем Россуме, который основал фабрику, на которой биологическим путем выращивались роботы, отличавшиеся очень высокой работоспособностью. Несмотря на то, что эти создания сегодня получили бы скорее название «андроиды», чем «роботы», употребление слова «робот» стало повсеместным. «Роботы – это люди … они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души», – таким образом определяет понятие «робот» один из персонажей пьесы. Так впервые появилось понятие «робот», которое в скором времени из фантастической литературы перешло в науку и технику. Роботы в пьесе, изначально созданные для замены людей на заводах, вскоре вышли из-под контроля людей и начали уничтожать своих создателей. Так К. Чапек иллюстрирует мысль о том, что техника может приносить пользу человечеству, только находясь в честных, добрых руках. Таким образом, К. Чапек не только создал литературное произведение, но и поставил и рассмотрел ряд важных вопросов робототехники, таких как способы создания роботов, их основные характеристики, размеры производства и области использования, социально-психологические аспекты взаимоотношения роботов и людей, самовоспроизведение роботов. Наверно более значительное место тема робототехники занимает в творчестве другого писателя-фантаста, американского ученого и популяризатора науки Айзека Азимова (1920-1992). В одном из своих рассказов, объединенных общим циклом «Я, робот», А. Азимов в 1942 г. попытался впервые сформулировать основные принципы поведения роботов и взаимодействия их с человеком, исходя из категорий добра и гуманности. Эти принципы, названные тремя законами робототехники, гласят:

  1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.

  2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые дает человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.

  3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в какой это не противоречит Первому и Второму Законам.

Благодаря всеобщему интересу к роботам изобретателям удается разрабатывать оригинальные конструкции роботов-андроидов:

«Мистер Телевокс» «Альфа» «Эрик»

 

  • «Мистер Телевокс» (1928, американский инженер Дж. Уэнсли) — робот, имевший внешнее сходство с человеком, способный выполнять элементарные движения по команде, подаваемой голосом, и ставший экспонатом Всемирной выставки в Нью-Йорке.

  • «Эрик» (1928) – робот, который на Выставке Британской ассоциации инженеров по моделированию «выступил» с небольшой речью.

  • «Естествоиспытатель» (1928, под руководством доктора НисимураМакота) — японский робот, способный с помощью электропривода манипулировать руками и головой. Впоследствии этот андроид стали считать родоначальником роботостроения в Японии.

  • «Альфа» (1932, английский изобретатель Гарри Мей) — человекоподобный автомат, который по голосовым командам садился и вставал, двигал руками и говорил.

  • «Сабор» (австрийский изобретатель Август Губер) – автоматы, которые управлялись по радио и могли говорить, ходить, выполнять разные манипуляции.

  • В2М (1936, московский школьник Вадим Мацкевич) — первый робот-андроид в России. В 1937 году был удостоен диплома Всемирной выставки в Париже.

Несмотря на такой прорыв в сфере новой техники и демонстрацию творческих возможностей человека, все эти роботы имели крайне узкое практическое применение.

Проблемы внедрения роботов в промышленность как таковые не решались. Если обратиться к роботам как к программно-управляемым многоцелевым автоматам манипуляционного типа, предназначенным для использования в промышленности или научных исследованиях, то одним из самых первых промышленных манипуляторов был поворотный механизм с захватным устройством для удаления заготовок из печи, разработанный в США Бэббитом в 1892 году (патент США № 484870). Особую известность получили копирующие манипуляторы, разработанные Государственным научно-исследовательским институтом штата Орегон (США) ANL; предложенные им инструкции и принципы управления до сих пор находят применение во многих моделях промышленных роботов.

Одним из первых в ANL манипуляторов для обслуживания атомных станций был разработан в 1948 году под руководством Р. Герца. Это был двунаправленный копирующий манипулятор. Благодаря силовому очувствлению оператор, который находился за толстой перегородкой в специальном помещении, имел возможность не только наблюдать на экране перемещение управляемого им копирующего манипулятора, но и ощущать руками величину усилий, которые развивает захват манипулятора. Использование такой иловой обратной связи позволило упростить процесс управления на расстоянии и расширить функциональные возможности дистанционных управляемых манипуляторов.

Более прямыми предшественниками современных манипуляционных роботов можно считать программируемые краскораспылительные машины, разработанные в 1930-1940 гг. в США, например, машины Уилларда Л.В. Полларда и Гарольдом Роузландо, которые программировались путем записи сигнала от рычажного механизма, перемещаемого по заданной траектории. Возросший экономический потенциал и потребности в современных видах вооружения ведущих промышленных стран в первой половине XX века дают мощный импульс развитию науки и научно-технических направлений, без которых возникновение и прогресс современной робототехники стали бы невозможными. Речь идет, прежде всего, о вычислительной технике и кибернетике. В 1936-1937 годах английский математик Алан Мотисон Тьюринг (1912-1954) в вел концепцию «абстрактной вычислительной машины», способной с помощью простейших операций считывания и сдвига выполнять вычисления произвольной сложности. Эта машина в дальнейшем стала называться машиной Тьюринга и стала прообразом появившихся в конце 1940-х годов универсальных вычислительных машин. На основе синтеза теории информационных процессов, вычислительной техники и функционально вычислительного подхода создается кибернетика, определяемая как наука об управлении сложными динамическими системами (акад. А.И. Берг). Ее «отцами» называют выдающихся американских ученых – математика Норберта Винера (1894-1964) и нейрофизиолога Уоррена Мак Каллока (1898-1969), а датой официального рождения считается 1948 г., когда вышла в свет книга Н. Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Книга содержит описание общих концепций управления в любых системах, в особенности живых, машинных и социальных. Одной из самых важных идей книги является обоснование того, что процессы управления, такие как процессы передачи, хранения и переработки информации, и связи в машинах, живых организмах и обществах подобны. Логическим завершением периода формирования теоретических основ вычислительной техники можно считать работы американского математика, одного из основоположников кибернетики Джона фон Неймана (1903-1957). Именно ему принадлежит идея записи программы решения какой-либо задачи в память ЭВМ. Благодаря принципу хранимых программ вычислительные машины стали универсальными. Первыми компьютерами, в которых фоннеймановский принцип получил практическое воплощение, были вычислительная машина на электромагнитных релейных схемах Говарда Эйкена Mark I (1944 год) и электронная вычислительная машина ENIAC, разработанная в 1947 году под руководством Дж. Проспера Эккерта и Дж. Мокли, которые в последствии стали основателями знаменитой фирмы IBM.

ВТОРАЯ ПОЛОВИНА XX ВЕКА.

Возникновение современных роботов следует отнести к 1959 г. В этом году в США были созданы первые промышленные манипуляторы с программным управлением, которые получили общепринятое название промышленных роботов (ПР) и положили начало коммерческому производству. В 50-х гг. XX века группа американских инженеров начала работу над проблемой применения теории управления в решении общих задач оптимального перемещения оборудования. Первопроходцами здесь стали два талантливых американских инженера – Джордж К. Девол (1912-2011) и Джозеф Ф. Энгельбергер (род. в 1925). В 1954 г. Девол запатентовал в США способ перемещения предметов между различными участками предприятия на основе управляющей программы на перфокартах, сходных с предложенным когда-то Бэббиджем. Изобретение было призвано решить, в первую очередь, именно проблему гибкости, т.е. создания универсального транспортировочного устройства, легко перестраиваемого для выполнения других операций.

В 1956 г. Девол вместе с Энгельбергером, работавшим тогда в одной из аэрокосмических компаний, организовали первую в мире робототехническую компанию «Unimation» («Юнимейшн»), что означает «универсальная автоматизация» – сокращенное от «UniversalAutomation», в лаборатории этой компании и был создан первый в мире промышленный робот по патенту Девола, носивший скромное название «программируемое устройство для передачи предметов» и ставший прототипом последующих разработок.

В начале 1960-х гг. первые американские промышленные роботы с торговыми марками «Unimate» и «Versatran», созданные соответственно фирмами «Unimation», «AmericanMachineandFoundry» (AMF) и предназначенные для обслуживания технологических процессов – поступили на промышленный рынок. Они представляли собой уже достаточно совершенные системы с обратной связью и контролируемой траекторией движения, имели числовое программное управление и память, как у ЭВМ. Уже в первых роботах «Unimate» и «Versatran» был реализован принцип программирования обучением.

Применение роботов в автомобильной и металлургической промышленности оказалось экономически выгодным: затраты на приобретение роботов «Unimate» или «Versatran» окупались за 1,5 — 2,5 года. Первые коммерческие успехи применения промышленных роботов явились мощным импульсом для их дальнейшего совершенствования. В начале 1970-х гг. появляются роботы, управляемые компьютерами. Первый мини-компьютер, управляющий роботом, был выпущен в 1974 г. фирмой «CincinnatiMilacron», одной из ведущих фирм – изготовителей роботов в США. В конце 1971 г. американской фирмой «INTEL» был создан первый микропроцессор, а несколькими годами позже появляются роботы с микропроцессорным управлением, что обусловило существенное повышение их качества при одновременном снижении стоимости.

В последующие годы после создания и выхода на промышленный рынок первых роботов во всем мире началось стремительное развитие робототехники. В ряде капиталистических стран организуются ассоциации или общества, курирующие исследования и разработки в области создания и использования промышленных роботов, в частности, в 1972 г. образована Японская ассоциация промышленной робототехники (JIRA), в 1974 – Институт робототехники США (RIA) и ассоциация роботов Великобритании (BRA), в 1975 – Итальянское общество робототехники (SIRI), в 1978 – Французская (AFRI), в 1980 – Шведская (SWIRA), в 1981 – Австралийская (ARA), в 1982 – Датская (DRA) и Сингапурская (SRA) ассоциации роботов.

Изменяется и сам принцип использования промышленных роботов – от единичного к комплексному. В ведущих робототехнических странах (Япония, США, ФРГ, СССР и др.) в конце 1960-х – начале 1970-х гг. разрабатываются и создаются гибкие производственные системы (ГПС), так называемые «безлюдные» производства, представляющие собой производства будущего. Научно-технические достижения робототехники позволили в 1960-1980-х гг. создать ряд сложных научных и специальных робототехнических комплексов для исследования космического пространства (станции типа «Луна», аппараты «Луноход» – СССР; станции типа «Маринер», «Сервейер», «Викинг» — США и др.), а также освоения подводных глубин (аппараты «TV», «Москито», «Долфин» – Япония; аппараты «KURV», «RCV» – США; «Манта», «ОСА» – СССР; «ROV», «RM» – Франция; «ARCS» – Канада и др.).

Технический прогресс в развитии роботов был направлен, прежде всего, на совершенствование систем управления. Промышленные роботы первого поколения имели программное управление, в основном заимствованное у станков с числовым управлением. Второе поколение роботов – это очувствленные роботы, т. е. снабженные сенсорными системами, главными из которых являются системы технического зрения.

Первые промышленные роботы с развитой сенсорной системой и микропроцессорным управлением появились на рынке и получили практическое применение в 1980-1981 гг. прежде всего на сборке, дуговой сварке, контроле качества для взятия неориентированных предметов, например, с конвейера. К их числу относятся снабженные системами технического зрения роботы «Пума», «Юнимейт», «Ауто-плейс», «Цинциннати милакрон», сборочные робототехнические системы фирм «Хитачи», «Вестингауз» (система «Апас»), «Дженерал моторс» (система «Консайт»). Доля таких роботов в общем парке роботов неуклонно росло и приближалось к 50% несмотря на то, что эти роботы были в несколько раз дороже роботов с программным управлением и значительно сложнее в обслуживании. Однако это окупается неизмеримо большими функциональными возможностями, а, следовательно, и областями применения.

Третье поколение роботов – это интеллектуальные роботы, т.е. с интеллектуальным управлением. Интеллектуальный робот – это робот конкретного назначения, в основных функциональных системах которого используются методы искусственного интеллекта. Возникновение интеллекта у роботов связано с развитием ЭВМ. В 1967 г. в США (Стэнфордский университет) был создан лабораторный макет робота, снабженного техническим зрением и предназначенного для исследования и отработки системы «глаз – рука», способной распознавать объекты внешней среды и оперировать ими в соответствии с заданием.

В 1968 г. в СССР (Институтом океанологии Академии наук СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими вузами) был создан телеуправляемый от ЭВМ подводный робот «Манта» с очувствленным захватным устройством, а в 1971 г. – следующий его вариант с техническим зрением и системой целеуказания по телевизионному экрану.

В 1969 г. в США (Стэнфордский университет) в рамках работ по искусственному интеллекту был разработан экспериментальный макет подвижного робота «Шейки» с развитой системой сенсорного обеспечения, включая техническое зрение, обладавшего элементами искусственного интеллекта, что позволило ему целенаправленно передвигаться в заранее неизвестной обстановке, самостоятельно принимая необходимые для этого решения. Тогда он назывался интегральным роботом или м обильным автоматом с использованием принципов искусственного интеллекта. Этот робот состоял из подвижной части, ЭВМ SDS-940 и соответствующего программного обеспечения. Робот был создан для изучения процессов управления в сложной окружающей среде в реальном масштабе времени. Все функции, которые должен выполнять робот, можно разделить на три класса: решение задачи, восприятие, моделирование. Система управления робота, осуществляющая решение задач, использовала записанную в модели информацию для планирования и расчёта последовательности действий. По мере изменения внешней среды активными действиями самого робота или по другим причинам модель должна была преобразоваться с целью запоминания этих изменений. Кроме того, в модель должна была добавляться новая, текущая информация о внешней среде, которую робот приобретает в процессе её познания. В 1971 г. в Японии также были разработаны экспериментальные образцы роботов с техническим зрением и элементами искусственного интеллекта: робот «Хивип», способный самостоятельно осуществлять механическую сборку простых объектов по предъявленному чертежу, и робот ЭТЛ-1.

В 1972-1975 годах в Киевском Институте кибернетики под руководством Н. М. Амосова и В. М. Глушкова был создан макет транспортного автономного интегрального робота (ТАИР). Робот демонстрировал целенаправленное движение в естественной среде, обход препятствий и т.п. Конструктивно ТАИР представлял собой трехколесную самоходную тележку, снабженную системой датчиков: оптическим дальномером, навигационной системой с двумя радиомаяками и компасом, контактными датчиками, датчиками углов наклона тележки, таймером и др. Особенностью, которая отличает ТАИР от многих других систем, созданных в СССР и за рубежом, является отсутствие в его составе компьютера в том виде, к которому мы привыкли. Основу системы управления составляет аппаратно-реализованная нейронная сеть (узлы сети – специальные электронные схемы, собранные на транзисторах, связи между узлами – резисторы), на которой реализуются различные алгоритмы обработки сенсорной информации, планирования поведения и управления движением робота.

В этот период и в ряде других стран создают подобные экспериментальные установки, так называемые интегральные роботы, включающие манипуляторы, управляющие ЭВМ, различные средства очувствления и общения с человеком-оператором, которые предназначены для проведения исследований в области создания роботов следующих поколений, а также искусственного интеллекта.

Одновременно развернулись работы в новой специфической области робототехники — шагающие машины как принципиально новое транспортное средство повышенной проходимости, образцом для которого являются ноги животных и человека. Были созданы экспериментальные образцы четырех- и шестиногих транспортных машин, протезов ног человека.

Робототехника как научная дисциплина, формируется совместными усилиями ученых и разработчиков техники в целостное научно-техническое направление, обогащается огромным опытом разработки и эксплуатации самых разнообразных роботов, робототехнических устройств и систем.

.

.

ГЛАВА 2. LEGOMINDSTORMSNXT – ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС.

1.1. Основные характеристики и возможности конструктора LegoMindstormsNXT.

NXT – это самый главный элемент в работе MINDSTORMS. Это разумная, контролируемая компьютером деталь конструктора LEGO , которая может заставить робот MINDSTORMS ожить и исполнять разнообразные действия. На дисплее NXT можно увидеть сообщения на английском языке.

Порты моторов

В NXT есть три порта выхода для подключения моторов. Мотор работает тогда, когда он будет подключен к одному из портов A, В или C.

Порты сенсоров

NXT также имеет четыре порта входа для подключения сенсоров. Сенсоры надо подключить к портам 1, 2, 3 или 4.

Порт USB

Кабель USB необходимо подключить к порту USB и загрузить программы с компьютера на NXT, также можно передать данные от робота на компьютер. Чтобы загрузить или обменяться той или иной информацией можно применять 6еспроводный канал Bluetooth.

Громкоговоритель

Можно сделать программу с настоящими звуками, с запуском программы можно будет услышать звуки. Кнопки NXT оранжевого цвета, это включение и выключение, светло-серые стрелки нужны для перемещения влево или вправо по меню NXT. Темно-серая кнопка отвечает за удаление или возвращение в предыдущее меню.

Кнопки NXT

С помощью оранжевой кнопки можно включить или выключить питание, светло-серые стрелки необходимы при перемещении влево - вправо по меню NXT, а темно-серая кнопка удаляет или возвращает пользователя в предыдущее меню.

Опции дисплея NXT

NXT – это широкий набор интересных функциональных возможностей. Ниже приведены технические характеристики NXT,

  • 32-битовый микроконтроллер ARM7 256 КБайт FLASH, 64 КБайт RAM 8- битовый микроконтроллер AVR 4 Кбайта FLASH, 512 байт RAM, а также беспроводный канал Bluetooth Class I I V 2.0;

  • скоростной порт USB;

  • четыре порта входа, шести проводной кабель для цифровой платформы;

  • три порта выхода, шести проводной кабель для цифровой платформы;

  • графический жидкокристаллический дисплей;

  • громкоговоритель с аудиоканалом с восьмибитовым квантованием и частотой семплирования 2-16 КГц.

·
Интеллектуальный блок NXT. Программируемый, 32-разрядный блок, который имеет в своем составе беспроводный коммуникационный порт Bluetooth и порт USB. Программируемый матричный дисплей, 4 входа, 3 выхода, 6 проводная цифровая платформа. Громкоговоритель на 8 кГц. Множество предопределенных программных команд могут быть использованы непосредственно в блоке. Более сложное программирование требует использования программного обеспечения 2000077. Требует использования 6 батареек AA или аккумуляторной батарее 9798.

·
Интерактивный сервомотор имеет встроенный датчик вращения, который измеряет скорость, расстояние и передает сообщения обратно в NXT. Это позволяет контролировать вращения мотора с точностью до одного градуса. Несколько моторов могут быть синхронизированы, чтобы вращаться с одной скоростью. Вам будет необходим соединительный кабель, который входит в базовый набор 9797.

·
Датчик прикосновения. Используя блок NXT, датчик прикосновения позволяет определять давление. Он также может считать единичные и множественные касания. Осевой кросс-кабель LEGO может быть присоединен к кнопке датчика. Вам будет необходим соединительный кабель, который входит в базовый набор 9797.

·
Датчик света. При использовании блока NXT, датчик света может различать свет и темноту, а также освещенность в комнате. Также с его помощью можно измерять интенсивность света в цвете (упорядочивание по шкале серого). Вам будет необходим соединительный кабель, который входит в базовый набор 9797.

·
Датчик звука. При использовании блока NXT, датчик звука может измерять уровень шума в Дб и ДбА. Он также распознавать образцы звука и определять различия в тонах. Вам будет необходим соединительный кабель, который входит в базовый набор 9797.

·
Ультразвуковой датчик. При использовании блока NXT, ультразвуковой датчик может обнаруживать объект и измерять его близость в дюймах или сантиметрах. Вам будет необходим соединительный кабель, который входит в базовый набор 9797.

· Адаптер Abe Bluetooth® на USB позволяет осуществить беспроводную связь между вашим ПК и устройством NXT. Адаптер Abe Bluetooth поддерживается ОС Windows XP (с Service Pack 2) и Apple OS X (10.3.9 и 10.4)

1.2. Среда программирования.

Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS NXT имеет очень понятный, интуитивный интерфейс, который позволяет легко перемещаться в среде программирования.

При запуске программного обеспечения предлагаются на выбор два анимированных обучающих руководства: "Начало" и "Просмотр программного обеспечения". В двух различных панелях в соответствии с уровнем сложности расположен 41 программный блок. Общая панель содержит всего 7 главных программных блоков, которые делают программирование робота очень простым. Просто нужно перетащить программный блок и ваш робот уже двигается. Сложная панель предоставляет доступ ко всем программным блокам, что позволяет достичь большей программной функциональности.

  1. Окно моделей. Здесь вы можете найти инструкции для строительства и программирования 4!х моделей.

  2. Линия связи. Здесь вы можете обращаться к www.MINDSTORMS.com в процессе программирования ваших роботов.

  3. Панель управления. Включает большинство часто используемых команд из строки меню.

  4. Рабочая область. Пространство на экране для программирования. Выбранный блок перетаскивается из палитры программирования в рабочую область, блок прикладывается к лучу последовательности.

  5. Небольшое окно помощи. Здесь вы можете всегда получить помощь.

  6. Карта рабочей области. Инструмент масштабирования на панели инструментов, чтобы двигаться вокруг рабочей области, и карта рабочей области, чтобы получать краткий обзор.

  7. Палитра программирования. Палитра программирования содержит все блоки программирования.
    Вкладки внизу палитры позволяют вам переключаться между общей палитрой (содержащей часто используемые блоки), полной палитрой, и палитрой, которую вы загружаете или создаете.

  8. Панель конфигураций. Каждый блок программирования имеет группу конфигураций, которая позволяет вам настраивать блоки для вашей специфики.

  9. Контроллер. Пять кнопок на контроллере позволяют вам загружать программы с вашего компьютера в NXT.

Глава 3. Сборка модели роботокатера.

2.1. Организационный этап

Для создания робота были использованы:

  • Микрокомпьютер NXT - 1 штука;

  • Моторы – 2 штуки;

  • Датчик расстояния – 1 штука;

  • Датчик температуры – 1 штука;

• Детали конструктора ЛЕГО.

Технология сборки робота:

  • используя детали конструкторов ЛЕГО, собрали робота;

  • с передней стороны установили датчик расстояния;

  • с боковой стороны установили температуры;

  • к созданной конструкции прикрепили микроконтроллер NXT;

  • всю конструкцию закрепили к пенопласту;

  • датчик и мотор подключили к NXT;

  • написали программу в среде программирования – MINDSTORMS NXT 2.0.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы мной создана модель роботокатера из деталей ЛЕГО, микрокомпьютера NXT и дополнительных материалов. Я использовал не только микрокомпьютер и моторы, но и постарался задействовать весь спектр имеющихся датчиков и сложных деталей из набора конструктора NXT 2.0.

Программа написана в среде программирования – MINDSTORMS NXT 2.0.

В процессе работы я практически осуществил то, что было изначально запланировано. Был получен готовый робот для программирования и испытания, выполнены все этапы движения робота.

Цель - на основе микрокомпьютера NXT, деталей конструкторов ЛЕГО и различных дополнительных материалов сделать модель катера, которая может исследовать подводное пространство и температуру воды, была мною достигнута. Выдвинутая гипотеза подтвердилась.

Я буду продолжать работу над этим проектом, т. е. модернизировать. Думаю, что моя идея найдёт практическое применение.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  • Григорьев Д.В., Степанов П.В. Внеурочная деятельность школьников: методический конструктор. – М.: Просвещение, 2017г. – 223с.

  • Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов.М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012г. – 286с.

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

  • Интернет-ресурсы

  • http://www.nxtprograms.com/ - примеры разработок роботов из LEGO

MINDSTORMS NXT 2.0

  • http://www.brainstorming.ru– научно-методический сайт, материалы по развитию творческого мышления и интеллекта.

  • http://lego.rkc-74.ru/- Ассоциация образовательной робототехники

ПРИЛОЖЕНИЯ

ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ И ГУМАНИТАРНЫХ ПРОФИЛЕЙ «ТОЧКА РОСТА»

Просмотров работы: 4