Ғылыми жұмыс, Робот-көмекші

Мазмұны

1. Кіріспе..................................................................................................................2

2. Негізгі бөлім

   1. Роботтар туралы.............................................................................................3

   2. Робототехника тарихы...................................................................................5

   3. Робот техникасын қолдану саласы...............................................................7

   4. Lego Mindstorms EV3 және оның бағдарламалау ортасы..........................9

   5. Lego Mindstorms EV3 конструкторы негізінде роботты жинау...............11

   6. Роботтың бағдарламасын жазу және тестілеу...........................................15

Қорытынды.............................................................................................................16

Қолданылған әдебиеттер тізімі.............................................................................17

1. КІРІСПЕ

Тазалық орнату ең қызықты нәрсе емес екені ешкімге құпия емес. Көптеген ұлдар мен қыздар, тіпті үлкендер де тазалауды ұнатпайды. Заттарды жинастыруға уақыт жете бермейді, бірақ заманауи технологиялар көмекші роботтарды құруға мүмкіндік береді. Роботтар бұрыннан біздің өмірімізге еніп, оны жеңілдетуге көмектеседі.

Жоба тақырыбын ойланған кезде, бізде көптеген қызықты идеялар пайда болды. Роботтар бізге қайда көмектесе алады? Дүкенде, үйде, мектепте, жұмыста. Ия, барлық жерде дерлік. Адам қызметінің түрлі салаларындағы роботтардың рөлі туралы ойланып, біз жемістерді сұрыптайтын көмекші роботқа тоқтауды шештік.

Біздің жоба өзекті деп есептейміз, өйткені қазіргі әлемде үнемі жетіспейтін уақыт бағаланады, ал біздің робот-көмекші адамдарды монотонды жұмыстан босатып, ол жұмыстарды орындай алады. Жобаның жаңалығы-робототехниканың үнемі дамып отыруы. Алдағы уақыттарда неғұрлым дамыған роботтар адамдардың таптырмайтын көмекшілеріне айналады және өркениет қажеттілігінің көп бөлігін қамтамасыз етуді өзіне алады.

Жобаның мақсаты: Робототехника негіздеріне оқыту және бағдарламаланатын роботтың қолданыстағы моделін құру.

Жобаның міндеттері:

• Роботтар тарихын зерттеу

• Жемістерді сұрыптаушы қызметін атқаратын роботтың үлгісін құрастыру

• Жемістерді сұрыптайтын робот үшін бағдарлама жасау

• Біздің жұмысымыздың нәтижесін ұсыну

Зерттеу жұмысы жүргізілген орын: Өскемен қаласы әкімдігінің «№6 орта мектебі» КММ

Зерттеу нысаны: Робототехниканы пайдалана отырып, жемістерді сұрыптаушы роботын құру.

Зерттеу пәні: LEGO Mindstorms EV-3 роботы

Гипотеза: роботтарсыз адам өмірі мүмкін емес

Зерттеудің ғылыми болжамы:

Зерттеудің негізгі кезеңдері: бірінші кезең зерттеу тақырыбы және оның мақсаты мен міндеттері анықталды. Зерттеу тақырыбына байланысты ғылыми еңбектермен танысып, материалдар жинақтап, теориялық талдау жасалынды, олар бойынша қорытындылар мен тұжырымдамалар берілді. Екінші кезең тәжірибе жұмыстары жасалынды. Зерттеу нәтижелері айқындалып, қорытынды жасалып, ғылыми тұрғыдан тұжырымдалды.

Зерттеудің дереккөздері:

Зерттеудің әдістері: зерттеу барысында төмендегідей әдістер жүйесі қолданылды: болжамдар жасау, салыстыру, сараптау, түйіндеу, тәжірибелік

Жұмыстың өзектілігі: Қазақстан Республикасында өнеркәсіптің жеделдетіле индустрияландырылуы, жаңа технологиялардың қарқынды дамуы өскелең ұрпақты жоғарғы білікті техникалық сала мамандары ретінде даярлауды талап етеді. Осы талапқа сай тұру үшін робот құрастырудағы алдыңғы елдер қатарында тең тұруымыз керек.

2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

2.1. Роботтар туралы

Робот (чех. robot, robota — еріксіз еңбек, rob — құл; чех жазушысы К. Чапек ойлап шығарған сөз, ол алғашқы ұғымында “жұмысқа шебер адам” мағынасында қолданылды) — антропоморфтық (адам тәрізді) әрекеттер, қимылдар жасайтын машина; адам жүрісі мен қимылын еліктететін автоматтандырылған кұрылғы.[1]

Робот ev3

Робот қоршаған әлеммен әрекеттескен кезде адамның (жануарлардың) қызметтері мен іс-әрекеттерін ішінара немесе толық атқарады. Алғашқы роботтар адамның қозғалысы мен сырт пішінін қайталады. Олар ойын-сауық мақсаттарында пайдаланылды. Қазіргі кезде тұрмыстағы көптеген қызметтерді атқаратын, қадағалайтын, мүгедектер мен сәбилерге көмекші, көңілін аулайтын, т.б. роботтар жасалынды, интеллектуалдық роботтар да пайда бола бастады. Робот техниканың дамуы барысында адамдарды бір сарынды ауыр жұмыстардан, жоғары радиациялы, жоғары немесе төмен температура жағдайларындағы және адам қатынауы қиын жерлердегі (су астында, ғарышта) жұмыстардан босататын автоматтық құрылғылар мен механизмдертүрінде жасалып, олар үнемі жетілдіріле түсуде. Мұндай құрылғылар мен механизмдер өнеркәсіптік роботтар деп аталады. [2]

Tesla Motors компаниясының автомобильді зауытындағы роботтар

Өнеркәсіптік роботтар – өндіріс процесінде адамның қозғалу және басқару сияқты іс-әрекеттерін (өндіріс заттарының орнын ауыстыру т.с.с.) және технологиялық құралдардың (айла-тетіктердің) қызметтерін орындайтын автоматтық машина. Адамның қатысуынсыз бір немесе бірнеше технологиялық операцияны, өңделетін бұйымды тиеу мен түсіруді қоса алғанда автоматты түрде орындайтын технологиялық өңдеуші машиналардың, өндірістік машиналардың, тасымалдау және көмекші жабдықтардың жиынтығын робот-техникалық кешен деп атайды. Робот-техникалық кешеннің, әдетте, электрондық есептеу машинасы (ЭЕМ) немесе микроконтроллер негізіндегі бағдарламалық басқару жүйесі болады. Робот-техникалық кешен “адамсыз технологияны” енгізудің негізі болып табылатын икемді өндіріс жүйелерінің бастапқы буыны болып табылады. Робот-техникалық кешенді пайдалану жұмыс күшінің тапшылығы жағдайында өте маңызды.

2.2. Робототехника тарихы

1464 ж.

Леонардо да Винчи 12 жасында адам тәрізді бірнеше қимыл жасауға мүмкіндігі бар гуманоид автоматының жобасын құрған болатын.[2]

Гуманоид автомат жобасы

1833 ж.

Чарльз Бэббидж аналитикалық машинаны құрастырды. Бұл жобаға қатысқан Ада Ловелас ең бірінші компьютерлік программист болып есептеледі.

Ч.Бэббидждің аналитикалық машинасы

1921 ж. – Rossum’s Universal Robots (R.U.R.) – Россумның Әмбебап роботтары пайда болды. Бұл Карел Чапектың чех тіліндегі фантастика туындысы.

Аталмыш туынды ағылшын тіліне «робот» ұғымын енгізді.

Спектаклден үзінді

1949 ж. Уильям Грей Уолтер «Тасбақа» деп аталатын алғашқы автономды роботын құрастырды. [2]

Роботтың түрі мен баяу қозғалуына байланысты оны «Тасбақа» деп атады.

«Тасбақа» роботы

1942 жылы ғылыми-фантастикалық мәнерде жазатын жазушы Айзек Азимов робототехниканың үш заңын ойлап табады. 1948 жылы Норберт Винер тәжірибелік робототехниканың негізін құрайтын кибернетиканың қағидаларын тұжырымдаған. Толығымен автономды роботтар XX ғасырдың екінші жартысында ғана пайда болды. Ең бірінші сандық басқаруы бар бағдарламанатын робот Unimate болған. Ол робот ыстық темір бөлшектерді балқыту машинасынан көтеріп, жинауға арналған. Қазіргі таңда коммерциялық және индустриалдық роботтар кеңінен тараған. Ол роботтар адамдарға қарағанда жұмысты арзанырақ, жинақы және нық орындайды. Сол салада қолданылатын роботтардың кейбір жұмыстары адам үшін лас, қауіпті және жалықтыратын болып табылады. Роботтар кеңінен құрастыру, жинақтау, жеткізу, жер және ғарыш зерттеулері үшін, медициналық оталар, жарақ ретінде, зертханалық зерттеулер, қауіпсіздік үшін қолданылады.

Робототехника қандай да роботтарды зерттеп әзірлемесе да, ол роботтар Айзек Азимовтың үш заңына бағынуы тиіс. Ол заңдарды 1942 жылы жазылған «Хоровод» атты әңгімесінде баяндаған. Ол заңдар мынадай оймен жазылған:

• Бір де бір робот адамға залал келтіре алмайды, немесе әрекетсіздігімен залал келуіне жол бермейді.

• Бірінші заңға қарсы келмесе, робот адамның барлық бұйрықтарын -орындауға тиіс.

• Бірінші және екінші заңдарға қайшы келмесе, робот өз қауіпсіздігін қамтамасыз ету керек роботехника.[3]

«Мен, Робот» кітабының алғашқы

басылымының мұқабасы

2.3. Робот техникасын қолдану саласы

Робототехника (робот және техника; ағылш. robotics - роботика) - роботтардың құрылысымен, жұмысы мен қолдануымен айналысатын, оған қоса олардың басқару, сезіну мен мәлімет өңдеумен айналысатын механикалық, электр және электронды инженерия мен компьютер ғылымдарының біріккен саласы.
Робототехника роботтардан басқа автоматтандырылған техникалық жүйелер мен өндірістік үдерістердің ең жаңа техникалық жиынтықталуын әзірлеу мен қолдану жолдарын зерттейтін ғылым.

Автоматтандырылған машиналар, басқа сөзбен айтқанда роботтар, адамдардың орнына қауіпті жерлерде, немесе зауыттағы құрастыру үдерістерінде жұмыс істей алады. Роботтар сыртқы келбеті бойынша, жүріс-тырысы мен танымы бойынша адамдарға өте ұқсас болуы әбден мүмкін. Қазіргі таңда ғалымдар гуманоид роботтарды барынша адамдарға ұқсас қылуға тырысып жатыр.

Жақында біз Ұлыбритания робот хирург табысты бүйрек трансплантациялау операция жасалды қалай туралы айтып берді. Міне, тағы да Альбион үлкен жаңалық. Осы уақытта робот адам көз ішіндегі тікелей күрделі операцияны жүзеге асыру үшін алды. Операция сәтті өтті, және пациент қазірдің өзінде көз жанарынан айырылды қайтару үшін басталды. Британдық хирург Мұндай жетістіктер мұндай операцияларды болашақта көптеген адамдарға жаңа өмір бере алады, өйткені, өте перспективалы болып көрінетін.

Операция Оксфорд университетінің кәсіби дәрігерлер өткізді. Процесінде олар аттас Нидерланды компаниясы, қашықтықтан басқарылатын робот медициналық Preceyes тартылды. Робот пайдалану қажеттілігі көз сияқты күрделі органның жағдайда қозғалыстардың адам дәлдігі, себебі, ол жеткілікті болар еді пайда болды. Үлкен құралдар немесе дұрыс қадам, бір қатені және науқас үшін орын жоқ елеулі қайтымсыз зақым алуға болады жоқ.

Көзге ота жасайтын робот

Автономды түрде жұмыс істейтін роботтар туралы мәлімет көне кезден бастап ойлана бастаған, алайда сол тақырыптағы зерттеулер XX ғасырға дейін басталмаған. Ертегі кезеңнен бастап, роботтар бір күні адамдардың жүріс-тұрысына еліктейді және де адамдар сияқты адамдардың жұмыстарын істей алады деп болжалған. Қазіргі таңда робототехника тез дамып келе жатқан сала. Технология қалай тез дамыса, робототехника да солай тез дамиды, өйткені робототехника технологиямен тығыз байланыста. Технология дамыған сайын зерттеулер, әрлендер өзгеріп дамиды, соның арқасында роботтардың қолдану аймағы да ұлғаяды. Қазіргі таңда роботтар үйде, кәсіпорындар мен әскери салада қолданылады. Көптеген роботтар миналар мен бомбаларды залалсыздандыру сынды адамдарға тікелей зардап алып келетін жағдайларда қолданылады.

2.4. Lego Mindstorms EV3 және оның бағдарламалау ортасы

Қазіргі таңда бағдарламалау жаһандық деңгейге жетті, себебі ол адам өмірі және тұрмысының барлық саласына енді. Барлық автоматтандырылған құрылғылар мен құралдар сыртқы ортаға орай әрекет ететін, белгілі бір іс-қимыл алгоритмін орындайтын бағдарламалар кодымен жабдықталған. Бұның мысалдары: кір жуу машинасы, ұялы телефондар, көшедегі жарықтандыру және тағы басқалар.

Алгоритмдерді орындау, бағдарламалау, робототехника негіздері мен принциптерін оқыту міндеті тұрған кезде, осы мақсаттар үшін ең қолайлы құрал Lego MINDSTORMS Education EV3 жиынтығы болып табылады.

LEGO MINDSTORMS Education бірінші нұсқасы 1998 жылы шығарылды және LEGO Group және MIT (Массачусетс Технологиялық Институты), АҚШ ынтымақтастығының жемісі болды. Екінші және үшінші буыны 2006 және 2013 жж. шығарылды.

EV3 - LEGO-құрылымдау платформаларының жаңа буыны білім беру мақсаттары үшін қолданылады.

EV3 өнімдері әлемнің 800-ден астам оқытушыларымен тығыз байланыста жүргізілді. EV3 платформасы сандық нұсқада және тікелей LEGO MINDSTORMS EV3 бағдарламалық ортасына орнатылатын түрлі оқу құралдарының жиынтығын қамтиды.

Бағдарламалық қамтамасыз етуге кіріктірме электронды дәптер, оқушыларға барлық сабақтар бойына өз жетістіктерін оңай белгілеуге, ал оқытушыларға - өз оқушыларының жұмыстарын қадағалауды және атқарылған жұмысты бағалауды жүргізуге мүмкіндік береді.

LEGO Education білімдік шешімдері оқылатын тақырып бойынша білімді меңгеруге ғана емес, сонымен бірге кез-келген басқа да тақырыптарды зерделеу үшін оқу құралын меңгеруге мүмкіндік бере отырып, қойылған міндеттерді шешуді қызықты зерттеу процесіне айналдырады. EV3 платформасы шығармашылық балама шешімдерді іздестірудің бірегей құралы ретінде ойластырылған, командадағы жұмыс дағдыларын дамытуға, идеяларды және жобалау қызметін бірлесіп жүзеге асыруға ықпал етеді.

Жиынтықтармен тұрақты өзара әрекет, жиі бағдарламалау және блок-схемаларды құру, жарыс элементінің болуы – бұның барлығы балада қазіргі заманғы әлемде жұмыс үшін қажетті дағдыларды қалыптастырады.

LEGO MINDSTOMS Education EV3 бағдарламалық қамтамасыз ету (бұдан әрі БҚ) LabVIEW графикалық бағдарламалау тіліне негізделген, оларды бүкіл әлем бойынша ғалымдар мен инженерлер пайдаланады. Осы БҚ интуициялық визуалды бағдарламалауды графикалық бағдарламалық блоктардың көмегімен қамтамасыз етеді. Ол сабақта жұмыс істеу үшін оңтайландырылған және пайдаланушының интуитивті түсінікті интерфейсін құруда барлық соңғы үрдістерді ескереді.

Орнату процесінде EV3 БҚ мұғалімге немесе оқушыға арналған нұсқасын таңдау мүмкіндігі бар. Мұғалімдерге арналған нұсқада сабақта және оқытудың басқа да жағдайларында пайдалы болуы мүмкін қосымша ақпарат пен ресурстар бар, сондай-ақ редактордың кеңейтілген мүмкіндіктері бар. Барлық мұғалімдерге арналған нұсқаны орнату ұсынылады. Оқушыларға арналған нұсқада электрондық дәптерлер кіріктірілген, онда сынып оқушылары өз жетістіктерін мәтіндік түсіндірмелерді, суреттер, дыбыстық файлдар мен бейнелерді қосу арқылы тіркей алады – олар қарапайым тапсырманы шығармашылық жоба жұмысына айналдырады. Электрондық дәптерлер дайындалған жобалар, құжаттар мен жұмыстардың презентациялары туралы айрықша есептерді құруға көптеген мүмкіндіктер береді. Электрондық дәптерлердің арқасында әрбір оқушы әріптестеріне, оқытушыларға немесе ата-аналарына көрсету үшін өз портфолиосын оңай жасай алады. Сондай-ақ, олар оқушылардың жұмыстарының орындалуын тексеру және бағалау үдерісін жеңілдетуге мүмкіндік береді.

EV3 БҚ ашу кезінде басты бет (негізінен терезеде) автоматты түрде ашылады. Басты бет оңай бағдарлауға және бағдарламамен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, сондай-ақ жұмыс үшін қажеттінің барлығына қол жеткізуді қамтамасыз етеді.

Роботтарды құрастыру – бұл қызықты жұмыс, бірақ робототехникадағы ең бастысы – «оларға өмір беру», яғни оларды жылжуға және тапсырмаларды орындауға мәжбүрлеу. Бағдарламасыз робот – жай ғана «мүсін».

2.5. Lego Mindstorms EV3 конструкторы негізінде роботты жинау

LEGO® MINDSTORMS® EV3 жинағының құрамына 541 бөлшек кіреді.