Проект по робототехнике «Робот друг»

Муниципальное образовательное учреждение

Специальная (коррекционная)

общеобразовательная школа-интернат №3

г. Магнитогорска

«Робот-друг»

Автор: М. А.М.,

В.А.А.

Л. М.Е.

МОУ«С(К)ОШИ №3»

Магнитогорск

2018г

Введение

Машины на службе у человека? Когда-то об этом только мечтали, а сегодня мы даже не замечаем того многообразия роботов, которое нас окружает. Роботы-слуги, роботы-няньки, роботы-игрушки. Роботы сегодня стали близкими друзьями в жизни человека. Их изготавливают на заводе. Роботы выполняют ту работу, которую нельзя делать людям (связано с радиацией или с температурой и.т.п.). Они исследуют планеты в космосе, и постепенно проникают и в дома людей, пока в основном в качестве безобидных игрушек. Однако развитие роботов не останавливается ни на минуту, и наиболее интересной задачей является создание роботов – друзей.

Мы всегда мечтали о собственном роботе. Теперь, наконец, эта мечта может осуществиться, благодаря появлению робототехнического конструктора Лего. Из него можно собрать не только разнообразные механотронные устройства, но и приборы для измерения, связи, контроля, а также фантастические человекоподобные роботы и многое другое. Конечно, наш электронный друг не сможет убрать в доме или помыть автомобиль, но зато он сможет стать постоянным собеседником и советчиком. Первый раз мы собрали робота из конструктора «Лего», и тогда задумались: «А что такое робот? Откуда появилось само это слово?» Оказывается, так называют «высокоорганизованную техническую систему, которая может самостоятельно решать поставленные перед ней задачи».

Свою работу над проектом мы начали с изучения теории создания роботов. Из статей мы узнали, кто придумал слово "Робот"; историю появления термина "Андроид"; как появился термин "Программа"; как зарождалась "Кибернетика"; изучили историю появления "Искусственного Интеллекта".

К то же такой робот?

Первые упоминания об искусственно созданных помощниках человека можно найти в Мифах Древней Греции. Например, Гефест - бог огня, покровитель кузнечного ремесла и самый искусный кузнец пользовался трудом собственноручно выкованных слуг. «… Выковал бог-кузнец из меди слуг-молотобойцев, дал им в медные руки молоты и велел им ковать молнии Зевсу. И медные слуги-кузнецы ковали…»

Первые достоверные достижения в этой области зарегистрированы в 18 веке. В то время популярными были домашние механические куклы. Например, швейцарские часовщики отец и сын Андре Дро представили широкой публике таких кукол, как музыкант и мальчик, который писал в прописи, обмакивал перо в чернильницу и стряхивал с него лишние чернила.

Такие механизмы, которые имитируют движения и внешний облик человека, стали называть андроидами.

Источником автоматов того времени является часовой механизм с заводной пружиной. Современная робототехника основана на компьютерных технологиях: без компьютеров роботы не смогли бы и десятой части того, что они могут.

С развитием технологий люди начали видеть в своих механических созданиях не просто игрушки, но и помощника.

Например, робот секретарь.

Роботы бывают разными как по своим функциям, так и по внешнему виду, своему устройству, области применения. Робот может управляться оператором, либо работать по заранее составленной программе, а также с помощью технологии искусственного интеллекта.

Итак,

Ро́бот (чеш. robot) — автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях, при относительной недоступности объекта или для другого использования.

Человекоподобный робот (после его создания) станет первым универсальным инструментом, так как сможет пользоваться широчайшим набором любых технических средств, уже сделанных человеком для себя.

Робот может управляться оператором, либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при рутинной работе, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.

Андро́ид — человекоподобный робот. Слово происходит от греческого andr-, что означает «человек, мужчина, мужской», и суффикс -eides, который означает — «подобный, схожий» (от eidos).

Мы научились собирать робота по схемам, передавать данные с компьютера на NXT, и наоборот, но это всё игрушки. Затем мы решили придумать робота, приносящего пользу людям.

Зачем нам нужен такой робот.

Мы являемся учениками коррекционной школы-интернат. В нашей школе учатся дети с ограниченными возможностями здоровья. Многие из них являются инвалидами, передвигаются с помощью взрослых, подручных средств. Им всегда нужна помощь в школе и дома.

Инвалидность — это состояние, при котором человек вследствие своего физического или психического состояния утрачивает способность выполнять обычные функции.

Дети с ограниченными возможностями нуждаются не только в физическом уходе, но и в человеческом внимании к ним, в ласке, причем нуждаются можно сказать, физически. Они сияют, когда к ним общаются люди, и они, порой, «бьются головой», в отчаянии, когда человек, проявивший к ним внимание, должен от них отойти. Без этого человеческого участия они не могут развиваться.

Очень часто в семьях с такими детьми родителям приходится много работать, а дети порой остаются с нянями, сиделками или даже соседками. Посторонние люди выполняют только «физическую» работу: поменяют белье, накормят, дадут лекарство, а поговорить с ребенком, почувствовать его настроение или просто приласкать им некогда.

Поэтому мы хотим предложить робота – друга, который всегда может быть рядом и не дать ребенку с ограниченными возможностями скучать.

Идеи, которые мы использовали для создания нашего робота.

Emys (сокращенно «emotive head system») – робот, разработанный польскими специалистами из Вроцлавского технологического университета в Польше. Робот является частью масштабного европейского проекта LIREC, цель которого - разработка интерактивных роботов для помощи людям в их повседневной жизни, сообщает IEEE Spectrum.

Emys отличается от других устройств своей эмоциональностью. Он способен реагировать на человека и изменения окружающего пространства. Подобные дружелюбные роботы могут выступать, например, в качестве сиделок или гидов.

Р обот предназначен для лечения детей, больных аутизмом. В сообщении газеты Daily Mail робота называют «…первым роботом, способным развивать эмоции и общаться на эмоциональном уровне с людьми». При исследовании использовались специальные программные продукты, которые способны распознавать разные части человеческого лица и определять по ним текущее эмоциональное состояние.

Наплечный робот-друг TEROOS

Исследовательская группа из токийского университета Keio University представила довольно интересную разработку. Система получила названиеTEROOS. Она позволяет человеку издалека управлять камерой, которая крепится на плечо другому человеку и таким образом представляет собой «вторую голову».

Изучив данные проекты мы создали человекоподобного робота, который умеет говорить, слышать и даже испытывать эмоции.

Робот, созданный нами, носит название Duo и предназначен для общения с детьми с ограниченными возможностями здоровья.

Описание проекта

Порядок работы над проектом:

1 этап. Подготовка.

Разработка концепции проекта – создание робота – друга. Определение целей и задач проекта.

2 этап. Создание модели.

3 этап. Написание программы.

4 этап. Обобщение полученных результатов.

«Робот – друг для детей с ограниченными возможностями здоровья»

Основная идея:

робот способен реагировать на человека и изменения окружающего пространства, способен реагировать на эмоции детей.

Цель работы:

создание автономного роботизированного механизма, который в перспективе сможет общаться на эмоциональном уровне с детьми.

Задачи:

Изучить потребности детей с ограниченными возможностями здоровья.

Проанализировать возможности датчиков lego.

Составить программы работы механизма.

Разработать и собрать модель робота.

Практическая значимость:

общение с детьми с ограниченными возможностями здоровья.

определение эмоционального состояния ребенка и дальнейшее поведение робота в зависимости от настроения ребенка.

Технические характеристики:

использование конструкторов Лего (NXT,RCX, ресурсный набор)

ультразвуковой датчик для глаз

сенсорный датчик под нос

звуковой датчик в ухо

датчик света

Т ехнология сбора машины:

Сначала мы собрали конструкцию, которая приподнимает шляпу или парик;

следующий этап – сборка рта;

на третьем этапе мы собрали конструкцию с ультразвуковым и сенсорным датчиками («глаза» и «нос»)

на последнем этапе все детали мы собрали вместе и присоединили к блоку NXT.

После сборки модели мы приступили к созданию программы, которая смогла бы запустить нашего «друга» в действие.

Принцип работы машины:

Полноразмерная человеческая голова. Выполняет следующие действия: когда боится или раздражен, его брови двигаются вверх и вниз, а шляпа приподнимается. Если вы приблизились к нему слишком близко, он увидит вас и поздоровается, а если вы подойдете еще ближе, он нахмурится и закричит «Берегись!». Робот различает свет и сильный шум. При ударе по носу, шляпа приподнимется, и наш робот скажет «Ой!».

В дальнейшем, мы хотим продолжить работу над созданием роботов-помощников для детей с ограниченными возможностями и планируем соединить вместе робота Duo с роботом, который поможет самостоятельно передвигаться детям-инвалидам по школе.

«Робот – помощник для детей – инвалидов».

Основная идея:

робот самостоятельно движется по школе согласно расписанию для определенного учащегося, помогая доставить ребенка в нужный кабинет, перевозит все школьные принадлежности по месту, а в конце учебного дня отвозит ученика в медпункт для обязательного приема лекарств.

техническая установка, позволяющая перемещать детей-инвалидов по школе, согласно расписанию, переносить школьные принадлежности и вещи ученика,

Цель работы:

создание автономного роботизированного механизма, который в перспективе сможет избавить детей-инвалидов от необходимости пользоваться помощью нянь и родителей в учебное время, а также создать возможность для посещения школы детьми со сложной структурой дефекта, которые ранее обучались на дому.

Задачи:

Изучить потребности детей-инвалидов и детей со сложной структурой дефекта.

Разработать механизмы для перемещения детей по школе, согласно режиму дня в коррекционной школе на основе конструктора LEGO (модель NXT).

Проанализировать возможности датчиков lego.

Составить программы работы механизма.

Разработать и собрать модель робота.

Протестировать модель, устранив дефекты и неисправности.

Разработать и собрать макет окружающей среды (поле-школа, двери кабинетов, лестница в медпункт)

Практическая значимость:

служба перемещения по школе;

адаптация детей-инвалидов со сложной структурой в общий процесс обучения;

перенос вещей в указанное место;

соблюдение режима коррекционной школы.

Схема проекта с разделением на модули:

робот-стул – развозит учащихся по кабинетам по заданной схеме;

поле для передвижения (план школы);

3 двери с механизмом открывания по звуковому сигналу;

лестница для подъема на второй этаж;

робот-медсестра (автоматизированная выдача таблеток)

Технические характеристики:

использование конструкторов Лего (NXT,RCX, ресурсный набор)

Принцип работы машины:

Это интеллектуальное кресло для перемещения детей-инвалидов по школе. Оно движется по траектории, улавливает настроение ребенка и предлагает свои услуги: массаж, беседа, песенка.

Проблемы, которые возникли при создании машины

1. Хотелось бы уйти от езды по черной линии. Не хочется разлиновывать в школе пол. Но другой вид навигации предполагает использование дополнительных датчиков, например датчика-компаса, которых мы в своем распоряжении пока не имеем.

2. В NXT недостаточно памяти для программирования искусственного интеллекта, так как подгружается много аудио файлов.

Заключение

Цель проекта достигнута. Командой создан комплекс моделей роботов из деталей конструктора «Lego» и микрокомпьютеров RCX, NXT и дополнительных материалов.

В этом проекте мы использовали не только микрокомпьютеры и моторы, а мы постарались в наших моделях задействовать весь спектр имеющихся датчиков и сложных деталей из наборов конструкторов NXT 1.0 и RCX, а также детали ресурсного набора. Также мы использовали элементы радиоэлектроники.

В программировании использовались многозадачность, условия, циклы, подпрограммы, мы научились делать приложения, выгрузку файлов в Word.

Программы написаны в двух средах программирования – LabVIEW, Роболаб 2.9

Наша команда и далее будет продолжать работу над этим и другими проектами.

Мы смогли разработать концепцию большого проекта - комплекса роботов-помощников, робота - друга для детей с ограниченными возможностями здоровья. В дальнейшем мы планируем усовершенствовать все модели, добавить им запланированные функции.

Список литературы

Азимов, А. Я, робот. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2002.

Белиовская, Л.Г., Белиовский, А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. М: ДМК Пресс, 2010.

Канивец, В. История робототехники: факты. 2008. http://www.liveinternet.ru

Филиппов, С.А. Робототехника для детей и родителей. -СПб.: Наука, 2011. 263 с.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82

http://www.prorobot.ru/

http://robosport.ru/

http://robotics.ru/

http://robot.paccbet.ru/

http://www.roboclub.ru/

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/404502-proekt-po-robototehnike-robotdrug