Что такое робототехника простыми словами
Что такое робототехника и чем она полезна для детей?
Доброго времени суток, мои любимые читатели. Если ещё тройку десятков лет тому назад о роботах мы могли прочитать разве что в книгах продвинутых писателей-фантастов, то сегодня этими «существами» никого не удивишь. Сегодня они, умеющие «стирать — полы подметать — готовить», стали полноправными членами семьи, а в промышленности даже готовы заменить на 100% живую рабочую силу.
По причине стремительной популярности появилась и куча кружков для детей, в которых техники-гении готовы за приличную сумму родительских денежек вовлечь ребёнка в мир роботов. Однако мало, кто из родителей действительно понимает, что такое робототехника.
Большинство с должным скептицизмом считает, что такие курсы – лишь времяубивание, не более того. Потому-то и решила сама изучить эту тему и вам рассказать, а вы уж решите, нужно ли вам это.
Зачем робототехника детям
Если сказать про робототехнику сухим техническим языком, у нас получится «прикладная наука, которая занимается разработкой и эксплуатацией автоматизированной техники». Направлений у неё основных три – электроника, программирование и конструирование, и все они так или иначе между собой взаимосвязаны. Зачем она нужна нашим детям?
Да, многие родители считают робототехнику занятием для ботаников либо гениев. Прочие относятся к ней как к средству развлечения, не видя в ней никакой практической пользы, — хобби, которое со временем пройдёт. Но если копнуть глубже, то в этой отрасли можно найти много чего интересного и нужного для развития детей.
Логика и мышление
На занятиях робототехникой строят роботов. Всяких. Для чего изучают, что есть датчики, гусеницы и прочие технические детали и куда их нужно приладить, чтобы всё заработало.
Для всего этого нужна математика и интуиция, а на логике и творческом воображении построен весь процесс в принципе. А не мы ли всё ищем способы, как развивать ту самую логику и воображение, которыми переполнена школьная программа?!
Самостоятельность
Как делают робототехнику? Чаще не по инструкции. И это для многих на первых порах – настоящая проблема. Боязнь отойти от заданных параметров – бич многих детей. И такие занятия учат читать сквозь строки и принимать правильное решение самостоятельно, без подсказки.
Командная работа
Нередко работать приходится не только одному, строить иногда нужно и командой, а не все дети готовы к командной работе.
Здесь же отрабатываются сложные навыки совместного труда, когда не приветствуется подавление других за счёт перетягивания инициативы на себя и не разрешается ленивое наблюдение со стороны. Вместе ищем проблему и вместе её решаем.
Усидчивость и внимательность
Работа руками в робототехнике требует повышенной усидчивости и внимательности, ведь не туда прикрученный винтик сможет стать причиной провала. Да и мелкая моторика скажет вам за такие занятия большое спасибо.
Практическое применение знаний
Такие занятия помогают увидеть практическое применение скучных физических формул в практических опытах, математических теорем – в схемах, информатических алгоритмов – в движениях созданных изобретений.
А ещё тут учат программированию и активно для этого пользуются английским, проводят эксперименты, создают технические шедевры и на презентациях доказывают их нужность в практике.
Как понять, что будет интересно
Не стоит сразу бежать и записывать своего ребёнка на курсы робототехники, не изучив его пристрастия. В первую очередь, специалисты рекомендуют проверить интерес и склонность к точным наукам, купив обычный конструктор для домашних занятий.
Убедившись, что Ваше чадо готово просидеть хоть полчасика за сбором фигурок из многочисленных деталек, можно задуматься: «А не заняться ли этим процессом более профессионально?»
Когда стартовать
Есть, конечно, робототехнические кружки и для дошкольников, однако технари не советуют профессионально посвящать детей в роботизированный мир ранее 8-12 лет. Для этой сферы важны математические и физические основы, умения проектировать, чертить схемы и составлять алгоритмы.
Возрастные рекомендации связаны и с тем, что к возрасту 8-9 лет дети легче запоминают разные технические «примочки» типа светодиодов и резисторов и их предназначение. В подростковом возрасте они уже активно применяют теорию из математики, информатики и физики, наконец-то понимая, для чего они учили синусы-косинусы.
Хотя, как показывает практика, и среди дошкольников есть немало ребятишек, готовых в конструировании посоперничать с теми, кто уже давно учится в школе.
Куда пойти
Можно устроить робототехнический кружок дома. Для этого сегодня есть все возможности, но это вовсе не значит, что будет дешевле. Конструкторы и платформы имеются в наличии и зарубежные, и отечественные, и ценовая категория у них разная.
Для дошкольников и детей 8-11 лет обычно специалисты советуют всем известные Lego и Fischertechnik. Так, в Lego яркие детали и они легки в сборке. Конструкторы Fischertechnik уже посерьёзнее, так как в их комплекты входят проводочки со штекерами, дающие возможность познакомиться со сферой робототехники значительно ближе.
После 13-ти лет можно попробовать силы и поработать с базами ТРИК либо Arduino и Raspberry. Они от пользователей потребуют основ программирования.
Однако, нужно иметь ввиду, что при домашнем конструировании обойтись без помощи взрослых не удастся. Потому родителям придётся тоже вникнуть в суть дела, поискать что-то из серии «Занимательная робототехника» либо он-лайн обучение и начинать с нуля вместе с ребёнком, если вы с роботами «на Вы».
И всё-таки, специфика робототехники, при желании освоить все её азы и стать докой, предполагает помощь специалистов-практиков, которые могли бы поделиться опытом. Потому при наличии явного интереса к технике рекомендуют отдать ребёнка на кружок в «надёжные знающие руки».
Там вам и куча единомышленников, разговаривающих между собой на одном языке, и участие в соревнованиях, и проектная деятельность.
При выборе курсов стоит обратить внимание на то, что ведёт их знаток робототехники, ею болеющий, а не тот, который лишь молча выдаёт задания и технику для их выполнения. Важна и материально-техническая база, которая должна позволять не только конструировать, но и обучать написанию программ, созданию проектов, давать основы механики и электроники.
Если в секции у каждой пары свой комплект, да ещё с шестерёнками, колёсами да каркасами, будьте уверены – тут занимаются серьёзно и готовятся к соревнованиям. Обычно в таких кружках по 6-8 человек, не больше. Когда сбор роботов происходит в командах, в секцию ходит человек 20, то скорее всего, всё ограничится поверхностными знаниями на уровне хобби.
Не вижу результата!
Для каждого амбициозного родителя сразу важен результат. Зачем же тогда водить ребёнка в кружок и платить за это бешеные деньги, если спустя энное количество времени понимаешь, что измерить пользу от занятий не удаётся.
Изучение робототехники – это как раз тот случай, когда трудно измерить результат сразу, так как он расплывается по навыкам и умениям. Чтобы понимать, что «стало лучше», нужно всё, чему научили, сложить в комплекс. А это не за неделю-месяц. Так, если вы не входите в число терпеливых родителей, вам туда не надо: останутся одни негодования от «зря потраченных денег».
Цель занятий робототехники – не вырастить технического гения (хотя это тоже получается!) и не удовлетворить родительские амбиции (он в 8 лет конструирует электромобиль!), а научить по максимуму пользоваться навыками и мышлением.
Так, кто-то приходит в кружок с боязнью всё делать не по инструкции, а спустя время расширяет планки самостоятельности. Заметно это сразу? Конечно, нет! У некоторых не получается работать в команде, но через несколько занятий ребёнок вполне сносно приспосабливается делать всё сообща.
Увидите вы это изменение дома после первого занятия? Навряд ли! Вообще, специалисты обещают первые заметные перемены в поведении детей после полугодичных регулярных занятий.
Быть робототехником – значит, владеть набором знаний в области электроники и электротехники, информатики и физики, радио- и телемеханики, а также прочих иных, с ними тесно связанных. Потому у занимающихся в таких кружках есть преимущество: они могут рассчитывать на поступление в один из престижных технических ВУЗов страны.
Стоит ли говорить о том, что профессия робототехника становится всё более востребованной, и такие узкие специалисты вполне могут рассчитывать в ближайшем будущем на прилично оплачиваемую, а главное – интересную работу, сделав её смыслом жизни.
Ну, кто готов заняться робототехникой? А может вы уже занимаетесь и даже достигли определенных высот в роботостроении? Рассказывайте в комментариях.
И не забывайте подписываться на новости блога, чтобы не пропустить новые инстересные статьи!
Что такое робототехника? Классификация, история и области применения роботов
Робототехника — отдел прикладной науки, который занимается проектированием, производством и применением автоматизированных технических систем — роботов. Робот — это программируемое механическое устройство, способное действовать без помощи человека.
Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком либо животными. При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.
Роботы бывают манипуляционными и мобильными:
Навигация по материалу:
Классификация мобильной робототехники по типу перемещения
Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными.
Робототехника может перемещаться по любой поверхности, в воде и в воздухе. Так, по типу передвижения роботы бывают:
Лидерами в производстве роботов на данный момент являются компании FANUC (Япония), KUKA (Германия) и ABB (Швеция, Швейцария).
Пример устройства робота — элементы и конструкция
Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:
Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.
На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.
Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.
Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.
Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.
Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.
Основные компоненты робототехники
Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:
Внутренний контроллер. Каждый робот оснащен контроллером — компьютерной операционной системой. Контроллер — это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.
Источник энергии. Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.
Дистанционное управление. Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли.
Сенсоры света и звука. С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.
Датчики давления. Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров два назначения: они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.
Приводы — это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух. Перечислим все основные варианты приводов для робототехники:
Области применения робототехники
Применяются роботы самых различных сферах, но основными являются следующие:
В сфере промышленности роботы позволяют выполнять большой объем работ с высокой скоростью и точностью. Они позволяют решать такие задачи, с которыми невозможно справиться человеческими силами.
Очень многие места нашей планеты и за ее пределами не исследованы по той причине, что делать это человеку невозможно. Например, о том, что творится в океанных глубинах и в космосе мы знаем благодаря роботам-исследователям.
Рост инновационных технологий позволяет оптимистически смотреть в будущее. Робототехника стремительно развивается, открывая человечеству новые возможности.
Какие знания необходимы для создания робототехники?
Современная робототехника строится на знаниях из области программирования, механики, мехатроники, электротехники, электроники и автоматического управления.
Для освоения робототехники на базовом уровне достаточно школьных знаний по математике и физике. Без понимания физики движения и принципов работы механизмов и электродвигателей сложно собрать функционирующего робота.
Затем идут информатика и проектирование. Так как программирование необходимо в робототехнике не меньше математики, важно разбираться в компьютерных науках и информационных системах. Проектирование поможет создавать удобные продукты. Но знания из других инженерных дисциплин тоже будут полезны.
Основные направления в изучении робототехнике :
История развития робототехники за последние 100 лет
Краткая история становления и развития робототехники с указанием самых значимых событий и разработок:
Где можно получить образование по робототехнике?
GeekUniversity совместно с Mail.ru Group открыли первый в России факультет Искусственного интеллекта преподающий программирование для робототехники.
Для учебы достаточно школьных знаний. У вас будут все необходимые ресурсы и инструменты + целая программа по высшей математике. Не абстрактная, как в обычных вузах, а построенная на практике. Обучение познакомит вас с технологиями машинного обучения и нейронными сетями, научит решать настоящие бизнес-задачи.
После учебы вы сможете работать по специальностям:
Особенности обучения в GeekUniversity
Через полтора года практического обучения вы освоите современные технологии Data Science и приобретете компетенции, необходимые для работы в крупной IT-компании. Получите диплом о профессиональной переподготовке и сертификат.
Обучение проводится на основании государственной лицензии № 040485. По результатам успешного завершения обучения выдаем выпускникам диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат на портале GeekBrains и Mail.ru Group.
Проектно-ориентированное обучение
Обучение происходит на практике, программы разрабатываются совместно со специалистами из компаний-лидеров рынка. Вы решите четыре проектные задачи по работе с данными и примените полученные навыки на практике. Полтора года обучения в GeekUniversity = полтора года реального опыта работы с большими данными для вашего резюме.
Наставник
В течение всего обучения у вас будет личный помощник-куратор. С ним вы сможете быстро разобраться со всеми проблемами, на которые в ином случае ушли бы недели. Работа с наставником удваивает скорость и качество обучения.
Основательная математическая подготовка
Профессионализм в Data Science — это на 50% умение строить математические модели и еще на 50% — работать с данными. GeekUniversity прокачает ваши знания в матанализе, которые обязательно проверят на собеседовании в любой серьезной компании.
GeekUniversity дает полтора года опыта работы для вашего резюме
В результате для вас откроется в 5 раз больше вакансий:
Для тех у кого нет опыта в программировании, предлагается начать с подготовительных курсов. Они позволят получить базовые знания для комфортного обучения по основной программе.
Робототехника: все, что нужно знать о роботах
Тема: Наука
Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Слово «робототехника» (в его английском варианте «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.
Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд или rob — раб) — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма.
Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.
“Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.” И. М. Макаров, Ю. И. Топчеев. “Робототехника: История и перспективы”
Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. В настоящее время впромышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».
История
Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов — механических людей с автоматическим управлением — относятся к эллинистической эпохе.
Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега.
Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136—1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.
Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн, скорее всего, основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.
С начала XVIII века в прессе начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.
Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».
Виды роботов
Промышленные роботы
Появление станков с числовым программным управлением привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков.
Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.
Несмотря на их высокую стоимость, численность промышленных роботов в странах с развитым производством быстро растёт. Основная причина массовой роботизации такова:
«Роботы выполняют сложные производственные операции по 24 ч в сутки. Выпускаемая продукция при этом имеет высокое качество. Они… не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе, не бастуют, не требуют повышения заработной платы и пенсии. Роботы не подвержены влиянию температуры окружающей среды либо воздействию газов или выбросов агрессивных веществ, опасных для жизни человека».
Медицинские роботы
В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов.
Ещё в 1985 году робот Unimation Puma 200 был использован для позиционирования хирургической иглы при выполнении биопсии головного мозга, проводившейся под управлением компьютера.
В 1992 году разработанный в Имперском колледже Лондона робот ProBot впервые осуществил операцию на предстательной железе, положив начало практической роботизированной хирургии.
С 2000 года компания Intuitive Surgical серийно выпускает робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру.
Бытовые роботы
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.
Всё большую популярность набирают роботы-уборщики (по своей сути — автоматические пылесосы), способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.
Боевые роботы
Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п.
Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли).
В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.
В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» — мобильным роботом на гусеничном ходу).
Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.
Роботы-учёные
Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открыти.
К роботам-учёным безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентиляционные шахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты т. н. «дверки Гантенбринка» и т. н. «ниши Хеопса». Исследования продолжаются.
Система передвижения
Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot).
Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo).
Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.
Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.
Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов — змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других типах роботов бионического происхождения.
Система распознавания образов
Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).
Двигатели
В настоящее время в качестве приводов обычно используются двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы.
Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.
Математическая база
Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.
Навигация
Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).
Внешний вид
В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.
В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции — счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение — с помощью жестов и мимики.
Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.
Производители роботов
Существуют компании, специализирующиеся на производстве роботов (среди крупнейших — iRobot Corporation). Роботов также выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий: ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, World Demanded Electronic, Gostai, KUKA.
Проводятся выставки роботов, напр. самая крупная в мире International robot exhibition (iRex) (проводится в начале ноября раз в два года в Токио, Япония).
Если вы хотите получать больше статей, подобно этой, то кликните Recommend ниже.