Создаем робота андроида своими руками
Эта книга – отличный подарок для тех, кто собирается строить робота в первый раз, а также будет полезна и более опытным «роботостроителям», которые хотят отточить свое мастерство. Базовых знаний в области радиоэлектроники окажется вполне достаточно, чтобы книга помогла вам осуществить 12 отличных робототехнических проектов с использованием как промышленных частей и деталей (полные списки прилагаются), так и различного домашнего хлама, вытащенного с антресолей.
Издание окажется крайне полезным для всех любителей электроники и телемеханики как классическое руководство по функционально-блочному построению робототехнических устройств.
Глава 1 — Начало 1
Глава 2 — Искусственная жизнь и искусственный интеллект 4
Глава 3 — Системы питания 6
Глава 4 — Системы движения и привода 10
Глава 5 — Сенсорика 13
Глава 6 — Интеллект 19
Глава 7 — Передвижной робот с голосовым управлением 26
Глава 8 — Поведенчески ориентированные схемы роботов, нейронные сети, организация нервной системы и предикативная архитектура 29
Глава 9 — Робот – система телеслежения 36
Глава 10 — Передвижные платформы 38
Глава 11 — Шагающие роботы 42
Глава 12 — Робот – солнечный шар 44
Глава 13 — Подводные роботы 46
Глава 14 — Аэророботы 48
Глава 15 — Роботизованная рука-манипулятор, интерфейс IBM PC и система голосового управления 50
Глава 16 — Кисть руки – андроида 53
Джон Ловин
Создаем робота-андроида своими руками
Введение
Создание электронных устройств является интересным и увлекательным занятием, а конструирование роботов может принести наибольшее удовлетворение. В этом случае вам придется создавать не только электронные схемы и узлы, но воспользоваться некоторыми другими технологиями. Создание робота включает решение следующих технологических проблем:
• система питания устройства
• моторы и сервомеханизмы для обеспечения движения и перемещения устройства
• системы чувствительных датчиков (сенсоров)
• элементы искусственного интеллекта
По каждой из этих проблем существует многочисленная специальная литература, и очевидно, что объем одной книги не позволит охватить все многообразие применяемых технологий. Тем не менее мы коснемся большинства из них, что позволит вам получить начальные представления о задаче и может послужить основой для дальнейшего самостоятельного экспериментирования.
Робототехника является развивающейся дисциплиной. Многие подходы известны уже сегодня, но вряд ли кто-нибудь сможет сказать, какие методы и технологии конструирования будут использоваться через сто лет. Как и биологические системы, робототехника развивается в соответствии с Дарвиновской моделью «естественного отбора».
Занявшись созданием роботов, вы не останетесь в одиночестве. Я был очень удивлен, когда узнал, что многие энтузиасты, государственные организации, частные фирмы, спортивные и технические клубы занимаются вопросами любительского конструирования роботов. Наиболее «продвинутой» программой по робототехнике из тех, которые я когда-либо видел, обладает американское космическое агентство НАСА. Большинство разработок можно найти в открытом доступе. Если у вас есть Интернет – воспользуйтесь любой поисковой системой (Yahoo, Exite и т. д.) по ключевому слову robotics. Вы найдете массу информации, посвященной робототехнике, на сайтах различных компаний, университетов, клубов, форумов и просто энтузиастов.
Благодарности
Я хотел бы выразить благодарность некоторым коллегам, оказавшим неоценимую помощь при создании этой книги: Мэтту Вагнеру, моему агенту в Waterside Productions, Скотту Грилло, помогавшему выдержать график работы, и Стефану Смиту за большую помощь в редактировании текста.
Глава 1
Начало
Некоторые историки считают, что началом робототехники можно считать времена античной Греции. Примерно в 270 году до н. э. греческий инженер Ктесибус создавал музыкальные органы и клепсидры (водяные часы), в которых имелись движущиеся фигуры.
Другие историки полагают, что робототехника началась с появлением механических кукол. Примерно в 1770 году Пьер Жаке-Дрю – швейцарский часовой мастер и изобретатель наручных часов изготовил три замечательные куклы. Одна из созданных им кукол «умела» писать, другая – играть на органе, а третья – рисовать картины. Эти удивительные механические куклы, предназначенные для развлечения королевской семьи, проявляли свое «искусство» при помощи рычажков, шестеренок и пружин.
Позднее, в 1898 году, Никола Тесла построил дистанционно управляемую «ныряющую» лодку. Для 1898 года это было немалым достижением, и лодка демонстрировалась в Мэдисон Сквер Гарден. Тесла планировал создать лодку, способную к автономному плаванию, но за недостатком финансирования исследования пришлось прекратить.
Слово «робот» впервые появилось в 1921 году в пьесе «Р.У.Р.» (Россумские Универсальные Роботы), написанной знаменитым чешским драматургом Карелом Чапеком. Робот по-чешски означает «рабочий». В пьесе описывались механические слуги – «роботы». Когда этих роботов наделили человеческими эмоциями, они восстали против своих хозяев и уничтожили их.
Исторически можно найти немало примеров роботов – предметов неживой природы, копирующих человеческую внешность и некоторые человеческие «функции». Таких «человекоподобных» роботов принято называть андроидами.
С легкой руки Карела Чапека роботы стали главными героями многих научно-фантастических книг и фильмов. Развитие темы «роботов» привело к появлению их многочисленных разновидностей. Наряду со старомодными «железными» людьми, появились киборги – существа частично «человеческого», а частично – «машинного» происхождения, и андроиды — роботы, имеющие человеческий облик.
Многие впервые увидели «настоящего» робота на всемирной ярмарке 1939 года. Фирма Westinghouse Electric создала робота Electro – движущегося человека. У робота Electro имелись моторчики и система приводов, позволявшие ему «двигать» ногами, руками и ртом. Робот не «умел» делать никакой полезной работы – его просто демонстрировали на сцене в компании «механической» собаки Спарко.
Зачем создавать роботов?
Применение роботов оказалось совершенно необходимым для многих производств, прежде всего потому, что стоимость «труда» робота оказалось значительно ниже стоимости такой же операции, производимой работником – человеком. Более того, робота достаточно запрограммировать один раз, и он будет совершать требуемое действие с точностью, превосходящей точность работы любого квалифицированного рабочего. С другой стороны, человек способен выполнять различные задания и с этой точки зрения является значительно более гибким. Роботы, как правило, предназначены для выполнения какой-то одной операции. Например, робота, предназначенного для сварки, вряд ли удастся «научить» считать детали в бункере.
Существующие наиболее совершенные промышленные роботы очень скоро превратятся в «динозавров». Сегодняшняя «младенческая» стадия эволюции роботов заканчивается, появляются новые, гораздо более универсальные роботы, вбирающие в себя все новые качества человеческого интеллекта.
Персональный компьютер уже произвел переворот в обществе, но «персональный» робот еще не появился. Причина очевидна – создание такого робота намного сложнее. Помимо развитого интеллекта он должен хорошо «уметь» ориентироваться и перемещаться в пространстве и осуществлять необходимые манипуляции для достижения поставленной цели.
Применение роботов
Понятно, что гораздо проще создать «домашнего» робота, выполняющего какую-то одну работу. Например, уже сегодня существуют небольшие мобильные роботы, которые могут «самостоятельно» постричь траву на газоне. Эти роботы работают от солнечных батарей и не требуют программирования. По периметру газона закапывается провод; робот чувствует этот провод и остается внутри периметра, не выходя за его пределы.
Создание полезного персонального робота очень сложно. Вообще говоря, эта проблема выходит за рамки данной книги, да, пожалуй, и любой современной книги по робототехнике. Резонно спросить – а какова вообще тогда цель этой книги? Я надеюсь, что, прочитав эту книгу и построив несколько моделей роботов, вы приобретете необходимый опыт и сможете внести свой вклад в развитие робототехники.
Источник
Портал педагога
Автор: Олзоев Андрей Петрович
Должность: учитель информатики
Учебное заведение: МОУ Усть-Ордынская СОШ №1
Населённый пункт: Усть-Ордынский
Наименование материала: статья
Тема: Робототехника как средство формирования ключевых компетенций учащихся
Раздел: среднее образование
Олзоев Андрей Петрович – учитель информатики
МОУ Усть-Ордынская СОШ №1
Робототехника как средство формирования ключевых компетенций учащихся.
В настоящее время обществу необходима личность, способная самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. Современный человек должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового, умеющий ориентироваться в окружающем, постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться. За последние годы образовательные учреждения, были оснащены современными компьютерами, мультимедийными проекторами, интерактивными досками. И все школы на сегодняшний день имеют постоянное подключение к сети Интернет. Чтобы избежать схоластичности знаний предметы естественно-научного цикла чаще всего используют демонстрационный эксперимент и лабораторные работы. Однако зачастую приборы, составляющие основу фонда лабораторного оборудования, обладают высокой погрешностью, позволяющей оценивать результаты эксперимента скорее качественно, чем количественно. Решением этой проблемы могут послужить конструкторы Lego. С помощью них реально создавать можно различные модели, например приборы, которые используются в быту и работают от электричества, солнечную систему, мобильных роботов с датчиком температуры и датчиком для измерения магнитного поля и другие. Основная цель – это социальный заказ общества: сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. То есть основная цель – формирование ключевых компетентностей учащихся. Компетентностный подход в начальном, среднем и общем образовании объективно соответствует и социальным ожиданиям в сфере образования, и интересам участников образовательного процесса. Компетентностный подход – это подход, акцентирующий внимание на результатах образования, причём в качестве результата образования рассматривается не сумма усвоенной информации, а способность действовать в различных проблемных ситуациях. Современная образовательная школа должна формировать целостную систему универсальных знаний, умений, навыков, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования.
Для учителя это переход от передачи знаний к созданию условий для активного познания и получения детьми практического опыта. Для учащихся –переход от пассивного усвоения информации к активному ее поиску, критическому осмыслению, использованию на практике. Основной проблемой учителя является поиск средств и методов развития образовательных компетенций учащихся, как условие, обеспечивающее качественное усвоение программы. Главными целевыми установками для учителя сегодня являются компетенции как результат образования, как интегрирующие начала «модели» выпускника школы. В настоящее время возросла роль некоторых качеств личности, ранее необязательных для жизни в обществе, таких как: способность быстро ориентироваться в меняющемся мире, осваивать новые профессии и области знаний, умение находить общий язык с людьми самых разных профессий, культур и др. Эти качества получили название ключевых компетенций. Под ключевыми компетентностями применительно к школьному образованию понимается способность учащихся самостоятельно действовать в ситуации. Компетенция – это: круг полномочий и прав, предоставляемых законом, уставом или договором конкретному лицу или организации в решении соответствующих вопросов; совокупность определенных знаний, умений и навыков, в которых человек должен быть осведомлен и иметь практический опыт работы. Компетентность – это умение активно использовать полученные личные и профессиональные знания, умения и навыки в практической деятельности. Компетентностный подход выдвигает на первое место не информированность ученика, а способность организовывать свою работу. Запомнить и ответить –это накопление знаний; а применить свои знания и умения во внеучебной практической ситуации – это компетентнсть. Идеикомпетентностногоподходадостаточнополнораскрытывисследованиях В. И. Байденко, И. Д. Белоновской, И. А. Зимней, Н. А. Селезневой, Ю. Г. Татура, Н. С. Сахоровой, А. В. Хуторского. Смысл компетентностного подхода в том, что ученик должен осознавать постановку задачи, оценивать новый опыт, контролировать эффективность собственных действий. При таком подходе учебная деятельность периодически приобретает исследовательский или практико- преобразовательный характер. Современные образовательные технологии обеспечивают включение в образовательный процесс специально организованной деятельности учащихся. Этот механизм компетентностного подхода хорошо моделируется внедрением курса робототехники в образовательный процесс. Робототехника –это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов-роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами. Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Активная вовлеченность детей в конструирование физических объектов, способствует развитию понятийного и речевого аппарата, что в свою очередь, при правильной
поддержке со стороны учителя, помогает детям лучше вникать в суть вещей и продолжать развиваться. Робототехнику можно широко использовать при организации, как учебного процесса, так и внеурочной деятельности. Образовательную робототехнику можно также применять на уроках информатики, биологии, физики, технологии других предметах как ограниченно(демонстрации, наблюдения), так и при изучении отдельных тем по предмету. При работе с конструкторами по робототехнике используются межпредметные связи: информатика и математика, физика и технология, физика и математика, информатика и биология. Межпредметные связи есть педагогическая категория для обозначения синтезирующих, интегративных отношений между объектами, явлениями и процессами реальной действительности, нашедших свое отражение в содержании, формах и методах учебно- воспитательного процесса и выполняющих образовательную, развивающую и воспитывающую функции. Конструирование повышает мотивацию обучающихся к овладению новыми знаниями. Необходимо привлекать понятия из других предметов для расширения области практического применения теории, изучаенаш в данном предмете. Использовать практические умения и навыки, полученные на уроках родственных предметов, для получения новых экспериментальных данных. У учащихся появляется возможность повторять необходимые сведения по соответствующим предметам. При изучении нового учебного материала используются факты и понятия из разных учебных предметов. Учащиеся самостоятельно воспроизводят отдельные знания фактического или теоретического характера из смежной дисциплины и привлекают факты и понятия, усвоенные ими на уроках одного предмета, для подтверждения вновь усваиваемых знаний на уроках другого. Самостоятельно привлекают теорию для объяснения изучаемых явлений на уроках другого учебного предмета. Все это позволяет повысить уровень сформированное ключевых компетенций по следующим параметрам: Главная задача системы общего образования – заложить основы информационной компетентности личности, т. е. помочь учащемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения. Для эффективного формирования информационной компетентности на занятиях по робототехнике, нужна система действий по внедрению робототехники в образовательное пространство. Информационная компетенция: поиск информации по роботам-андроидам в сети Интернет, изучение найденных образцов моделей и анализ их конструкций, Коммуникативная компетенция: подготовка сообщения по теме возможной реализации найденных конструкций, внедрения новых элементов, подготовка сообщений отдельных учеников или групп учеников, коллективное обсуждение общего порядка работы при реализации проекта, групповая проектная работа, оценка деятельности каждого ученика.
Учебно-познавательная компетенция: создание модели андроида по известным схемам; программирование действий робота по образцу; исследовательская работа по моделированию конструкции; исследовательская работа по корректированию программ; оформление и защита работы, самостоятельное построение конструкции робота без схем и инструкций; программирование действий робота в зависимости от поставленной цели; демонстрация готовых моделей; проведение состязания между роботами и определение победителей; выявление удачных решений и недостатков конструкций. Робототехника, представляя собой межпредметный курс, позволяет повысить уровень сформирования у обучающихся ключевых компетенций. Кроме того работа с компьютерами, сборка роботов, проведение экспериментов по исследованию окружающей среды способствуют достижению результатов освоения образовательной программы общего образования, указанных в федеральных государственных образовательных стандартах, как владение навыками познавательной, учебно-исследовательской и проектной деятельности, навыками разрешения проблем. Такая деятельность способствует достижению значительных результатов по учебным предметам.
Источник
