Робототехника что это такое


Что такое робототехника для школьников?

Сегодня занятия робототехникой становятся очень популярными. Школьникам такие уроки помогают сформировать и развить критическое мышление, научиться творчески подходить к процессу решения задач различного уровня сложности, а также получить навыки работы в команде.

Новое поколение

Современное образование переходит на новый виток своего развития. Многие педагоги и родители ищут возможность заинтересовать детей наукой, привить любовь к обучению и зарядить желанием творить и мыслить неординарно. Традиционные формы изложения материала уже давно утратили свою актуальность. Новое поколение не похоже на своих прародителей. Они хотят учиться живо, интересно, интерактивно. Это поколение легко ориентируется в современных технологиях. Дети хотят развиваться так, чтобы не только идти в ногу со стремительно развивающимися технологиями, но и непосредственно участвовать в этом процессе.

Многие из них интересуются: «Что такое робототехника? Где этому можно учиться?».

Образование и роботы

Эта учебная дисциплина включает в себя такие предметы, как конструирование, программирование, алгоритмику, математику, физику и другие дисциплины, связанные с инженерией. Ежегодно проводится World Robotics Olympiad (всемирная олимпиада по робототехнике - WRO). В образовательной сфере - это массовое соревнование, позволяющее лучше узнать, что такое робототехника для тех, кто впервые сталкивается с подобным предметом. Оно дает возможность попробовать свои силы участникам более чем из 50 стран. На соревнования съезжаются порядка 20 тысяч команд, в состав которых входят дети от 7 до 18 лет.

Основная цель WRO: развитие и популяризация НТТ (научно-технического творчества) и робототехники в молодежной и детской среде. Подобные олимпиады являются современным образовательным инструментом XXI века.

Новые возможности

Чтобы дети лучше понимали, что такое робототехника, на соревнованиях применяются теоретические и практические навыки, полученные на занятиях в рамках клубной работы и школьной программы по изучению естественно-научных предметов и точных наук. Увлеченность робототехнической дисциплиной постепенно перерастает в желание глубже узнать такие науки, как математика, физика, информатика и технологии.

WRO – это уникальная возможность для ее участников и наблюдателей не только узнать глубже что такое робототехника, но и развить в себе навыки творчества и критического мышления, которые так необходимы в XXI веке.

Обучение

Интерес к образовательной дисциплине робототехнического направления растет с каждым днем. Материальная база постоянно улучшается и развивается, многие идеи, еще недавно остававшихся мечтой – сегодня реальность. Изучение предмета «Основы робототехники» стало возможным для большого числа детей. На уроках ребята учатся решать задачи с ограниченными ресурсами, обрабатывать и усваивать информацию, а также использовать ее в правильном русле.

Дети учатся легко. Современное подрастающее поколение, воспитывающееся на различных гаджетах, как правило, не имеет трудностей в освоении дисциплины «Основы робототехники», при условии наличия желания и тяги к новым знаниям.

Нужно констатировать факт, что даже взрослых людей сложнее переучивать, чем научить чистые, но жаждущие детские умы. Положительной тенденцией есть колоссальное внимание к популяризации робототехники в молодежной среде со стороны правительственных органов России. И это понятно, так как задача модернизации инженерного образования и привлечения молодых специалистов – это вопрос конкурентоспособности государства на международной арене.

Важность предмета

Сегодня актуальным вопросом Министерства образования стоит введение образовательной робототехники в круг школьных дисциплин. Она считается важным направлением развития. На уроках технологии дети должны получать представления о современной сфере развития техники и конструирования, которые дают им возможность самим придумывать и строить. Не обязательно всем ученикам становиться инженерами, но возможность должна быть у каждого.

Вообще, уроки робототехники крайне интересны детям. Это важно понимать всем – и учителям, и родителям. Такие занятия дают возможность увидеть другие дисциплины в ином свете, понять смысл их изучения. А ведь именно смысл, понимание того, зачем это нужно, движет умами ребят. Его отсутствие сводит на нет все усилия учителей и родителей.

Важным фактором является то, что обучение робототехнике – процесс не напрягающий и всецело поглощающий детей. Это не только развитие личности ученика, но и возможность уйти от улицы, неблагоприятной обстановки, праздного времяпровождения и влекущих за ним последствий.

Происхождение

Само название робототехники происходит от соответствующего английского robotics. Это прикладная наука, которая занимается разработкой технических автоматизированных систем. На производстве она является одной из главных технических основ интенсификации.

Все законы робототехники, как и сама наука, тесно связаны с электроникой, механикой, телемеханикой, механотроникой, информатикой, радиотехникой, электротехникой. Сама робототехника подразделяется на промышленную, строительную, медицинскую, космическую, военную, подводную, авиационную и бытовую.

Понятие «робототехника» впервые в своих рассказах использовал писатель-фантаст Айзек Азимов. Это было в 1941 году (рассказ «Лжец»).

Само слово «робот» придумали в 1920 году чешский писатели Карел Чапек и его брат Йозеф. Оно вошло в научно-фантастическую пьесу «Россумские универсальные роботы», которая была поставлена в 1921 году и пользовалась большим зрительским успехом. Сегодня можно наблюдать, как линия, обозначенная в пьесе, получила широкое развитие в свете научно-фантастической кинематографии. Суть сюжета: хозяин завода занимается разработкой и наладкой выпуска большого числа андроидов, способных работать без отдыха. Но эти роботы в итоге восстают против создателей.

Исторические примеры

Интересно, что зачатки робототехники появились ещё в античные времена. Об этом свидетельствуют останки движущихся статуй, которые были изготовлены в I веке до н.э. Гомер писал в «Илиаде» о сотворенных из золота служанок, способных говорить и мыслить. Сегодня разум, которым наделяют роботов, получил название – искусственный интеллект. Кроме того, древнегреческому инженеру-механику Архиту Тарентскому приписывают разработку и создание механического летающего голубя. Это событие датируется приблизительно 400 годом до н.э.

Таких примеров большое множество. Они хорошо раскрыты в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы». В ней в популярной форме рассказано об истоках современных роботов, а также очерчена робототехника будущего и соответствующее развитие человеческой цивилизации.

Типы роботов

На современном этапе важнейшими классами роботов широкого назначения являются мобильные и манипуляционные.

Мобильный — это автоматическая машина с движущимся шасси и управляемыми приводами. Эти роботы могут быть шагающими, колёсными, гусеничными, ползающими, плавающими, летающими.

Манипуляционный — это автоматическая стационарная или передвижная машина, состоящая из манипулятора с несколькими степенями подвижности и программным управлением, выполняющим двигательные и управляющие функции в производстве. Такие роботы бывают в напольном, портальном или подвесном виде. Наибольшее распространение они получили на приборостроительных и машиностроительных производствах.

Большое распространение получили колёсные и гусеничные роботы. Перемещение шагающего робота представляет нелегкую задачу динамики. Такие роботы пока не могут иметь устойчивого движения, присущего человеку.

Относительно летающих роботов можно сказать, что большинство современных самолётов как раз ими являются, но управляются они пилотами. В то же время автопилот может контролировать полёт на всех стадиях. К летающим роботам относятся беспилотники (БПЛА) и их подкласс – крылатые ракеты. Такие аппараты имеют небольшой вес и выполняют опасные миссии, вплоть до ведения огня по команде оператора. Кроме того, есть проектные аппараты, способные к самостоятельному ведению огня.

Существуют летающие роботы, использующие методы движения, которые используют пингвины, медузы и скаты. Этот способ перемещения можно увидеть у роботов Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Их производит компания Festo. А вот роботы RoboBee используют методы полёта насекомых.

Среди ползающих роботов есть ряд разработок, подобных по перемещению червям, змеям и слизням. При этом робот использует силы трения на шероховатой поверхности или кривизну поверхности. Подобное перемещение полезно для узких пространств. Такие роботы нужны для поиска людей под обломками разрушенных зданий. Змееподобные роботы способны к перемещению в воде (такие, как ACM-R5 производства Японии).

Перемещающиеся по вертикальной поверхности роботы, используют такие подходы:

  • подобные человеку, который взбирается на стену с выступами (Стэнфордский робот Capuchin);
  • подобные гекконам, снабжённых вакуумными присосками (Wallbot» и Stickybot).

Среди плавающих роботов существует много разработок, перемещающимся по принципу подражания рыбам. Эффективность такого движения на 80% превосходит эффективность движения с гребным винтом. Подобные конструкции имеют низкий уровень шума и высокую маневренность. Этим они вызывают большой интерес у исследователей подводного пространства. К таким роботам относятся модели Эссекского университета - Robotic Fish и Tuna, разработанный институтом Field Robotics. Они смоделированы по движению, характерному для тунца. Среди роботов, имитирующих движение ската известна разработка фирмы Festo: Aqua Ray. А робот, движущийся как медуза, – это Aqua Jelly от того же разработчика.

Кружковая работа

Большинство кружков по робототехнике ориентированы на начальную и среднюю школу. Но и дети дошкольного возраста не обделены вниманием. Главную роль здесь играет развитие творчества. Дошкольники должны научиться мыслить свободно и воплощать свои идеи в творчестве. Именно поэтому занятия по робототехнике в кружках для детей до 6 лет направлены на активное использование кубиков и простых конструкторов.

Школьная программа, безусловно, усложняется. Она дает возможность познакомится с различными классами роботов, попробовать себя на деле, углубиться в науку. Новые дисциплины раскрывают потенциальные возможности ребенка для получения профессиональных навыков и знаний в выбранной области инженерии.

Робототехнические комплексы

Современное развитие робототехники находится в такой стадии, что, кажется, вот-вот произойдет мощный рывок в робототехнологиях. Это так же, как с видеосвязью и мобильными гаджетами. Еще недавно все это казалось недоступным для массового потребления. А сегодня – это обыденность, переставшая удивлять. Зато каждая выставка робототехники показывает нам фантастические проекты, которые захватывают дух человека от одной только мысли об их внедрении в жизнь общества.

В системе образования позволяют реализовать программу с применением проектной деятельности именно комплексные установки из роботов, среди которых популярны:

  • Mechatronics Control Kit.
  • LEGO Mindstorms.
  • Festo Didactic.
  • Fischertechnik.

Управление

По типу управления системы бывают:

  • биотехническими (командные, копирующие, полуавтоматические);
  • автоматические (программные, адаптивные, интеллектуальные);
  • интерактивные (автоматизированные, супервизорные, диалоговые).

К основным задачам управления роботами относятся:

  • планирование движений и положений;
  • планирование сил и моментов;
  • идентификация динамических и кинематических данных;
  • анализ динамической точности.

Большое значение в сфере робототехники имеет развитие методов управления. Это важно для технической кибернетики и теории автоматического управления.

fb.ru

Что такое образовательная робототехника сегодня

Кратко о себе:

Я не являюсь специалистом в области педагогики и образования, к детям отношусь сугубо как личностям в начале жизненного пути, а не к «цветам жизни» и преследую цель заинтересовать их и передать им свой опыт. В робототехнике работаю уже несколько лет и имею неподдельный интерес к этой сфере.

Кружков робототехники в России становится всё больше, однако мало кто из родителей понимает, что именно из себя представляет это направление. Большинство относится к нему скептически, считая что всё завязано на обычном LEGO, в которое можно поиграть и дома или же считают что это оторванный от жизни предмет, на который можно отправить ребенка ради его развлечения и отдыха. С другой стороны, некоторые считают это занятие уделом гениев или ботаников. Ну, или что оно способно сделать гения из их ребенка. На самом же деле, образовательная робототехника не является ни заумным предметом, ни профессией будущего, ни беззаботным развлечением. А является она базой для серьезного изучения прикладных технических навыков, необходимых для будущего технаря уже сейчас. Безусловно, это занятие не для всех — многие дети не горят желанием изучать «скучную» теорию вместо того чтобы, условно, порезвиться в спортивной секции. Однако, тех, кто любит всё время что-то создавать своими руками, интересуется компьютерной техникой или просто проявляет интерес к любой технике, образовательная робототехника способна обучить многим навыкам, например:
  • Самостоятельному проектированию конструкций
  • Пониманию принципов работы различных механизмов
  • Основам компьютерной грамотности
  • Принципам программирования
  • Оптимизации процессов и поисках альтернативных решений
  • Применению английского языка (стандарт в технической отрасли)
  • Пониманию «для чего нужна математика»
  • Взаимодействию программной части с конструкцией
  • Работе в составе команды и общей социализации
Конечно, всё это при условии достаточной оснащенности отдельно взятого кружка, профессиональной подготовке преподавателя и живому интересу с его стороны, а также некоторых других индивидуальных факторов.

Самое главное — не стоит нацеливаться на конкретные результаты, вроде занятия призовых мест на различных соревнованиях по робототехнике. Они нужны в первую очередь для социализации, созданию интереса к отрасли и духа соревнования. Это тот самый случай, когда во всех смыслах участие важнее победы. Здесь робототехника ближе к художественной школе с её выставками, где главное — на других посмотреть, да себя показать.В качестве результата обучения можно рассматривать постепенное увеличение сложности создаваемых проектов (как в кружке, так и дома), однако тут всё индивидуально.

Перейдем к наиболее часто задаваемым вопросам:

Чем мы занимаемся на робототехнике?

Строим роботов, конечно! Интересных и разных. Из LEGO. Изучаем, что такое датчики, шестеренки, гусеницы, для чего это нужно и как это использовать. Воспроизводим некоторые приборы из «взрослого мира», вроде парктроника или охранной системы, а еще строим всякие гусеничные вездеходы.

Для всего этого нам часто приходится использовать математику и банальную интуицию. А логическое мышление — вообще наше всё.

Почему «LEGO»?

Образовательные наборы LEGO Mindstorms EV3 являются международным стандартом для образовательной робототехники, так как ни один другой набор не обладает таким уровнем стандартизации, простоты использования и глубины проработки. Выпущенное в 2013-м году третье поколение образовательного робототехнического набора от LEGO, EV3 (в народе «Ева») обладает поистине необъятной широтой возможностей, заложенных в программное обеспечение и аппаратную составляющую, а совместимость с любыми другими наборами LEGO даже 40-летней давности дает очевидную возможность использовать любые детали для строительства конструкций. Кстати, у LEGO в наборах есть шикарно реализованные механические узлы (дифференциалы, элементы различных типов передач, элементы подвески и тд) и даже внятная пневматика. Ни один другой набор не имеет ничего подобного на том же уровне реализации. Есть еще fischertechnik но он относительно редко мне встречался, а цена та-же.

У скептицизма в сторону LEGO есть две причины:

1. Поверхностное знакомство с этим набором. Многие преподаватели из кружков робототехники (даже ВУЗовских!) грешат тем, что плохо знают то, на чем они работают. Будучи не сильно знакомы с основами конструирования механизмов и программирования, они не в состоянии оценить все возможности инструмента, а тем более задействовать их в образовательных целях.

2. Высоко задранный нос у адептов «старой школы». Это о тех, кто заявляет, что те, кто занимаются на LEGO не знают ни о транзисторах-резисторах, и вообще мы тут из готовых блоков всё делаем и блоками-же программируем. Всё они верно говорят. Не знаем. Только робототехника не про электронику и пайку, а про решение практических задач и автоматизацию. Есть еще вариация с «крутыми программистами», которые сходу занимаются программированием микроконтроллеров и миганием светодиодами, напрочь забывая про механическую часть.

В реальности у LEGO Mindstorms всего 2 существенных минуса:

  • Низкая жесткость больших конструкций
  • Большой размер и вес главного модуля и двигателей (миниатюрных сервоприводов в наборе нет)
Но для образовательного процесса это редко бывает помехой.
Для какого возраста подходит робототехника?
Примерно от 6-7 и до 67 лет :) На самом деле всё очень индивидуально. В возрасте 5-6 лет большинство детей еще остаются в фазе «игра — основа обучения». В этом возрасте главное — приобрести навык созидания, то есть научиться собирать из конструктора самостоятельно, без инструкций и подсказок, по своему разумению. Примерно с 5,5 лет я беру детей на занятия, где у них, по сути, проходят «прописи» — мы собираем из кубиков машинки, самосвалы, самолёты и вертолеты, и оснащаем эти постройки двигателями, чтобы у них крутились колёса и винты (занимаемся на LEGO WEDO 2.0). Программирование даю только тем, кто сам тянется узнать «как оно там происходит».

С 7 лет обычно ребёнок достаточно созревает, чтобы осознанно вникать в сложные вещи без потери интереса. В этом возрасте занимаемся уже на «Еве», осваивая такие понятия как «градус угла, процент, десятичная дробь» (ну а как иначе, тут мы уже с датчиками вплотную работаем). Обычно ни у кого особенных проблем с этим не возникает, если есть интерес к познанию. Проблемы возникают только тогда, когда нам уже нужно что-нибудь делить-умножать, а в школе этого еще не проходили.

10-14 лет — самый эффективный возраст для обучения, поскольку отношение к предмету обычно более серьезное, интерес более профессиональный, и нет страха перед математикой уровня шестого класса. К тому же можно рассказать, для чего нужны эти пресловутые синусы-косинусы, прикладной смысл которых в школе остаётся неизученным.

Также, спустя год обучения, можно перейти с LEGO на свободную элементную базу (одноплатные компьютеры и датчики из китая + алюминиевые профили из строительного магазина).
А что, если купить такое LEGO домой и заниматься самим?
Это вполне здравая идея, если: Вы обладаете хотя бы минимальными знаниями о механизмах и программировании и способны изучить набор в полной мере самостоятельно. У вас есть лишние ~40 т.р. на покупку набора и некоторых дополнительных модулей. Однако даже в этом случае лучше параллельно учиться в кружке, развивая дома те идеи, которые пришли в голову после изучения новой темы.
Почему мы не используем инструкции?
Инструкции — от лукавого :) Когда ребенок что-то строит по инструкции, он просто повторяет, не вникая в суть того, для чего та или иная деталь или узел нужен. Безусловно, купить дорогой набор LEGO Tehnic с кучей механики, пневматикой, и не построить предлагаемые модели по инструкции хотя бы ради изучения принципа работы — плохая идея. Эти модели очень сложные и интересные для изучения. Однако у нас в кружке главное — реализовать какой-либо принцип. А вот каким путем — уже проблема учащегося, которую он должен решить, используя свою голову. Пусть даже неправильно, с ошибками, но — сам. Инструкции у нас используются только когда мы собираем модель с очень сложной механикой и/или программой для изучения принципа работы. Если в кружке собирают по инструкциям постоянно — это свидетельство профессиональной некомпетентности преподавателя. Такое часто наблюдается в кружках по франшизе и при школах. Исключением можно считать книжки — сборники разнообразных механических узлов из LEGO (и не только). Такая шпаргалка очень полезна при проектировании.

Как происходит процесс программирования?
Для LEGO Mindstorms EV3 есть несколько вариантов:
  1. Встроенная среда для программирования прямо в главном модуле. Оттуда можно программировать простые линейные алгоритмы типа «сначала едь вперед до стены, потом поверни ровно налево». С этого мы начинаем. Это позволяет нам отложить изучение программирования с компьютера, и сосредоточиться на основах.
  2. Специальное программное обеспечение для компьютеров и планшетов, основанное на «взрослой» системе визуального программирования LabView. Программа собирается из блоков-функций. Это позволяет избежать проблем с изучением синтаксиса и по функционалу ничем не уступает взрослому текстовому программированию. Правда, выглядит громоздко, да. Но зато наглядно. Циклы, условные операторы, переменные, функции и всё вот это вот — в наличии. Это наш основной инструмент.
  3. При желании можно использовать Си или другой язык программирования, но если встал такой вопрос, то для этого лучше использовать Arduino и вообще это уже совсем другая история.

На этом я закончу, спасибо за чтение!

Теги:
  • робототехника
  • образование
  • lego mindstorms

habr.com

Робототехник (роботехник)

Робототехник (Чешск. robot, от robota - подневольный труд и rob - раб) — специалист по разработке роботов и их обслуживанию.  Профессия подходит тем, кого интересует физика, математика, черчение и информатика (см. выбор профессии по интересу к школьным предметам).

Особенности профессии

Робототехника (роботехника) – это прикладная научная отрасль, посвященная созданию роботов и автоматизированных технических систем. Такие системы также называют робототехническими системами (РТС). Ещё одно название – роботостроение. Так называют процесс создания роботов, по аналогии с машиностроением. Роботы особенно нужны там, где человеку работать слишком тяжело или опасно, и там, где каждое действие должно выполняться с нечеловеческой точностью. Например, робот может взять пробы грунта на Марсе, обезвредить взрывное устройство или провести точную сборку прибора.

Конечно, для каждого вида работы нужен специальный робот. Роботов-универсалов пока не существует. Всю робототехнику можно разделить на промышленную, строительную, авиационную, космическую, подводную, военную. Кроме этого существуют роботы-помощники, роботы для игр и т.д.

Робот может работать по заранее разработанной программе либо под управлением оператора. Роботов с самостоятельным мышлением и мотивацией, со своим эмоциональным миром и мировоззрением пока тоже нет. Оно и к лучшему.

Робототехника находится в родстве с мехатроникой.

Мехатроника – это дисциплина, посвящённая созданию и эксплуатации машин и систем с программным управлением. Часто мехатроникой называют электромеханику и наоборот.

К мехатронике относятся заводские станки с программным управлением, беспилотные транспортные средства, современная офисная техника и пр. Иными словами, приборы и системы, предназначенные для выполнения какой-то конкретной задачи. Например, задача офисного принтера – печать документов.

А что такое робот по своей сути?

Как видно из самого названия, робот изначально представлялся как подобие человека. Но прагматизм берёт верх. И чаще всего роботу отводится роль технического приспособления, для которого внешность не имеет большого значения. По крайней мере, промышленные роботы на людей совсем не похожи.

Однако у роботов есть признак, который объединяет их со всеми живыми существами – движение. И способ движения порой довольно чётко копирует то, что встречается в природе. Например, робот может летать, подобно стрекозе, бегать по стене, словно ящерица, ходить по земле, словно человек и пр.

(См. ролик внизу страницы.)

С другой стороны, некоторые роботы специально рассчитаны на душевный отклик людей. Например, роботы-собаки скрашивают жизнь людям, у которых нет времени на настоящую собаку. А плюшевые «младенцы» облегчают депрессию.

Не за горами то время, когда среди прочей бытовой техники у нас появятся роботы, помогающие по хозяйству. Лично я предпочла бы слугу в виде улыбчивого пластикового кокона на колёсах. Но кому-то наверняка захочется, чтобы их роботы-мажордомы были как настоящие люди. В этом направлении уже сделаны потрясающие успехи.

Создание робота –  это то, чем занимается робототехник. Точнее, инженер-робототехник. Он исходит из того, какие задачи робот будет решать, продумывает механику, электронную часть, программирует его действия. Такая работа – не для одиночки-изобретателя, инженеры-робототехники работают в команде.

Но робота нужно не только изобрести и разработать. Его нужно обслуживать: управлять работой, следить за «самочувствием» и ремонтировать. Этим также занимается робототехник, но специализирующийся на обслуживании.

В основе современной робототехники находятся механика, электроника и программирование. Но, как подсказывают фантасты, со временем для изготовления роботов будут широко использовать био- и нанотехнологи. В результате получится киборг, т.е. кибернетический организм – что-то среднее между живым человеком и роботом. Чтобы не слишком радоваться по этому поводу, можно посмотреть фильм «Терминатор», любую его часть.

Начало истории роботов

Слово «робот» придумал Карел Чапек в 1920 г. и использовал его в своей пьесе «R.U.R.» («Россумские Универсальные Роботы»). Позже, в 1941 г., Айзек Азимов использовал слово «робототехника» в научно-фантастическом рассказе «Лжец».

Но видимо, одним из первых робототехников в истории человечества можно считать арабского изобретателя Аль-Джазари, жившего в XII веке. Остались свидетельства, что он создал механических музыкантов, которые развлекали публику, играя на арфе, флейте и бубнах. Леонардо да Винчи, живший в XV–XVI веках, оставил после себя чертежи механического рыцаря, способного двигать руками и ногами, открывать забрало своего шлема.  Но эти выдающиеся изобретатели вряд ли могли представить, каких вершин достигнут технологии через несколько столетий.

Рабочее место

Робототехники работают в конструкторских бюро авиации и космонавтики.  Например, в НПО им. С.А.Лавочкина. В научно-исследовательских центрах разной направленности (космос, медицина, нефтедобыча и пр.). В компаниях, специализирующихся на роботостроении.

Оплата труда

Важные качества

Профессия робототехник предполагает интерес к точным наукам и инженерному делу, аналитический склад ума, хорошо структурированное мышление в сочетании с богатым воображением.

Знания и навыки

По существу, робототехник – это универсальный специалист: инженер, программист, кибернетик в одном лице. Ему необходимо знание механики, программирования, теории автоматического управления, теории проектирования автоматических систем. Очень важны навыки конструирования, умение работать руками, например, пользоваться паяльником.

 

www.profguide.io

Что такое робототехника для школьников?

Автор: Евгения Климкович

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!

Успехов вам!

ШколаЛа:)

shkolala.ru

Что такое робот? Робот является автоматическим устройством.

Робот является автоматическим устройством. Он действует по заложенной в него программе. Робот сделан по подобию живого организма и получает информацию от сенсоров (датчиков). Впервые слово робот ввел в употребление чешский писатель Карел Чапек и его брат Йозеф в 1920 году для пьесы «Россумские универсальные роботы». Означает оно подневольный труд и происходит от чешского слова «robota» или «robot».

Ранее в переводе на русский язык оно звучало как «роботарь», но в наше время мы его уже практически не услышим.

Для чего нужны роботы?

Робот нужен для того, чтобы заменить человека в тяжелых производственных или опасных условиях. Робот работает по заложенной в него программе, на основе получения информации от внешних устройств – сенсоров или по другому датчиков. Фактически любой робот копирует живые организмы и органы чувств людей, животных.  То есть использует принципы такой прикладной науки как бионика.

Роботы могут работать автономно или управляться оператором, то есть человеком, который отдает команды. В промышленности обычно используются стационарные роботы, которые совсем не похожи на людей. Это различного вида

  • станки
  • производственные линии
  • манипуляторы и прочее.

Роботы, похожие на людей, называются андроидами. Сейчас их больше используют как бытовые игрушки или как помощника по дому с очень ограниченным функционалом.

Роботов разделяют по категориям на много групп. Каждая классификация неполная и можно придумать много других.

Какие бывают типы роботов:

Промышленные роботы

– выполняют различные производственные задачи. Всегда есть устройство управления – контроллер, может включать в себя манипулятор, сервопривод, различные сенсоры, пневмоцилиндры и многое другое. Все зависит от того, что делают на этом производстве. Например — склады, логистика здесь требуются конвейеры, штабелеры и т.д. Выполняют различные технологические операции, перемещение предметов, обработку материалов.

Медицинские роботы

– наиболее известный хирургический робот «Да Винчи». Он управляется несколькими операторами хирургами. При его помощи проводят высокоточные операции. По своей сути это управляемый манипулятор. Обычно медицинские роботы совсем не похожи на людей. Также есть роботы, которые выполняют отдельные функции, например, массаж или внутривенные инъекции, терапевтические функции и прочее. Для более точечных операций идет разработка нано-роботов. Они смогут вводиться внутрь человеческого организма.

Бытовые роботы

– облегчают жизнь человеку. Это роботы, выполняющие функции секретаря, уборки помещений, роботы животные. Например робот-собачка, способная выполнять некоторые команды, роботы-пылесосы и другие.

Робот, которые обеспечивают безопасность.

— широко используются силовыми структурами. Это системы контроля доступом, автоматические устройства пожаротушения. МЧС и полиция используют беспилотники-дроны, подводных роботов для предотвращения пожаров и глубоководных работ.

Боевые роботы

-  являются как правило дистанционно управляемыми и предназначены для замены человека в особо опасных и боевых ситуациях. Это роботы-минеры, роботы-саперы, роботы разведчики. Автономные боевые роботы пока находятся в стадии разработки.

Роботы учёные

– постепенно начинают использоваться для научных исследований и разработок. Для них используют все более совершенные алгоритмы управления. Роботы уже в состоянии проводить научные эксперименты, опыты, анализировать различные процессы, делать прогнозы и выдвигать теории.  Эти роботы могут работать без перерыва, у них нет амбиций, они не могут обманывать и утаивать информацию. Также роботы лишены субъективной оценки своей работы.

Робот учитель

– может выполнять многие задачи, которые выполняет современный учитель. Он может читать вслух, общаться на многих языках, выдавать задания. Но пока не может распознавать эмоции человека, думать, как человек. Такой робот-учитель лишен индивидуального подхода к учащимся. У него сложности с мотивацией учеников и управлением классом.

Мы видим что различных типов роботов достаточно много и тому что такое робот можно дать много определений. Но пока у всех роботов отсутствует эмоциональная составляющая, пока это только управляемые программируемые механизмы. Этот перечень роботов далеко не полный. Каждый тип роботов также подразделяется на множество видов. С каждым годом мир роботов становится все больше и разнообразнее.

legoteacher.ru

Что такое образовательная робототехника сегодня

Данная статья — «лонгрид» для тех, кто интересуется данной сферой. Людям, совсем далеким от техники будет сложно понять, о чем идет речь.

Кратко о себе:

Я не являюсь специалистом в области педагогики и образования, к детям отношусь сугубо как личностям в начале жизненного пути, а не к «цветам жизни» и преследую цель заинтересовать их и передать им свой опыт. В робототехнике работаю уже несколько лет и имею неподдельный интерес к этой сфере.

Кружков робототехники в России становится всё больше, однако мало кто из родителей понимает, что именно из себя представляет это направление. Большинство относится к нему скептически, считая что всё завязано на обычном LEGO, в которое можно поиграть и дома или же считают что это оторванный от жизни предмет, на который можно отправить ребенка ради его развлечения и отдыха. С другой стороны, некоторые считают это занятие уделом гениев или ботаников. Ну, или что оно способно сделать гения из их ребенка.

На самом же деле, образовательная робототехника не является ни заумным предметом, ни профессией будущего, ни беззаботным развлечением. А является она базой для серьезного изучения прикладных технических навыков, необходимых для будущего технаря уже сейчас. Безусловно, это занятие не для всех — многие дети не горят желанием изучать «скучную» теорию вместо того чтобы, условно, порезвиться в спортивной секции. Однако, тех, кто любит всё время что-то создавать своими руками, интересуется компьютерной техникой или просто проявляет интерес к любой технике, образовательная робототехника способна обучить многим навыкам, например:

# Самостоятельному проектированию конструкций

# Пониманию принципов работы различных механизмов

# Основам компьютерной грамотности

# Принципам программирования

# Оптимизации процессов и поисках альтернативных решений

# Применению английского языка (стандарт в технической отрасли)

# Пониманию «для чего нужна математика»

# Взаимодействию программной части с конструкцией

# Работе в составе команды и общей социализации

Конечно, всё это при условии достаточной оснащенности отдельно взятого кружка, профессиональной подготовке преподавателя и живому интересу с его стороны, а также некоторых других индивидуальных факторов.

Самое главное — не стоит нацеливаться на конкретные результаты, вроде занятия призовых мест на различных соревнованиях по робототехнике. Они нужны в первую очередь для социализации, созданию интереса к отрасли и духа соревнования. Это тот самый случай, когда во всех смыслах участие важнее победы. Здесь робототехника ближе к художественной школе с её выставками, где главное — на других посмотреть, да себя показать.

В качестве результата обучения можно рассматривать постепенное увеличение сложности создаваемых проектов (как в кружке, так и дома), однако тут всё индивидуально.

Перейдем к наиболее часто задаваемым вопросам:

Чем мы занимаемся на робототехнике?

Строим роботов, конечно! Интересных и разных. Из LEGO. Изучаем, что такое датчики, шестеренки, гусеницы, для чего это нужно и как это использовать. Воспроизводим некоторые приборы из «взрослого мира», вроде парктроника или охранной системы, а еще строим всякие гусеничные вездеходы.

Для всего этого нам часто приходится использовать математику и банальную интуицию. А логическое мышление — вообще наше всё.

Почему «LEGO»?

Образовательные наборы LEGO Mindstorms EV3 являются международным стандартом для образовательной робототехники, так как ни один другой набор не обладает таким уровнем стандартизации, простоты использования и глубины проработки. Выпущенное в 2013-м году третье поколение образовательного робототехнического набора от LEGO, EV3 (в народе «Ева») обладает поистине необъятной широтой возможностей, заложенных в программное обеспечение и аппаратную составляющую, а совместимость с любыми другими наборами LEGO даже 40-летней давности дает очевидную возможность использовать любые детали для строительства конструкций. Кстати, у LEGO в наборах есть шикарно реализованные механические узлы (дифференциалы, элементы различных типов передач, элементы подвески и тд) и даже внятная пневматика. Ни один другой набор не имеет ничего подобного на том же уровне реализации. Есть еще fischertechnik но он относительно редко мне встречался, а цена та-же.

У скептицизма в сторону LEGO есть две причины:

1. Поверхностное знакомство с этим набором. Многие преподаватели из кружков робототехники (даже ВУЗовских!) грешат тем, что плохо знают то, на чем они работают. Будучи не сильно знакомы с основами конструирования механизмов и программирования, они не в состоянии оценить все возможности инструмента, а тем более задействовать их в образовательных целях.

2. Высоко задранный нос у адептов «старой школы». Это о тех, кто заявляет, что те, кто занимаются на LEGO не знают ни о транзисторах-резисторах, и вообще мы тут из готовых блоков всё делаем и блоками-же программируем. Всё они верно говорят. Не знаем. Только робототехника не про электронику и пайку, а про решение практических задач и автоматизацию. Есть еще вариация с «крутыми программистами», которые сходу занимаются программированием микроконтроллеров и миганием светодиодами, напрочь забывая про механическую часть.

В реальности у LEGO Mindstorms всего 2 существенных минуса:

1. Низкая жесткость больших конструкций

2. Большой размер и вес главного модуля и двигателей (миниатюрных сервоприводов в наборе нет)

Но для образовательного процесса это редко бывает помехой.

Для какого возраста подходит робототехника?

Примерно от 6-7 и до 67 лет :)

На самом деле всё очень индивидуально. В возрасте 5-6 лет большинство детей еще остаются в фазе «игра — основа обучения». В этом возрасте главное — приобрести навык созидания, то есть научиться собирать из конструктора самостоятельно, без инструкций и подсказок, по своему разумению. Примерно с 5,5 лет я беру детей на занятия, где у них, по сути, проходят «прописи» — мы собираем из кубиков машинки, самосвалы, самолёты и вертолеты, и оснащаем эти постройки двигателями, чтобы у них крутились колёса и винты (занимаемся на LEGO WEDO 2.0). Программирование даю только тем, кто сам тянется узнать «как оно там происходит».

С 7 лет обычно ребёнок достаточно созревает, чтобы осознанно вникать в сложные вещи без потери интереса. В этом возрасте занимаемся уже на «Еве», осваивая такие понятия как «градус угла, процент, десятичная дробь» (ну а как иначе, тут мы уже с датчиками вплотную работаем). Обычно ни у кого особенных проблем с этим не возникает, если есть интерес к познанию. Проблемы возникают только тогда, когда нам уже нужно что-нибудь делить-умножать, а в школе этого еще не проходили.

10-14 лет — самый эффективный возраст для обучения, поскольку отношение к предмету обычно более серьезное, интерес более профессиональный, и нет страха перед математикой уровня шестого класса. К тому же можно рассказать, для чего нужны эти пресловутые синусы-косинусы, прикладной смысл которых в школе остаётся неизученным.

Также, спустя год обучения, можно перейти с LEGO на свободную элементную базу (одноплатные компьютеры и датчики из китая + алюминиевые профили из строительного магазина).

А что, если купить такое LEGO домой и заниматься самим?

Это вполне здравая идея, если:

1. Вы обладаете хотя бы минимальными знаниями о механизмах и программировании и способны изучить набор в полной мере самостоятельно.

2. У вас есть лишние ~40 т.р. на покупку набора и некоторых дополнительных модулей.

Однако даже в этом случае лучше параллельно учиться в кружке, развивая дома те идеи, которые пришли в голову после изучения новой темы.

Почему мы не используем инструкции?

Инструкции — от лукавого :)

Когда ребенок что-то строит по инструкции, он просто повторяет, не вникая в суть того, для чего та или иная деталь или узел нужен. Безусловно, купить дорогой набор LEGO Tehnic с кучей механики, пневматикой, и не построить предлагаемые модели по инструкции хотя бы ради изучения принципа работы — плохая идея. Эти модели очень сложные и интересные для изучения. Однако у нас в кружке главное — реализовать какой-либо принцип. А вот каким путем — уже проблема учащегося, которую он должен решить, используя свою голову. Пусть даже неправильно, с ошибками, но — сам. Инструкции у нас используются только когда мы собираем модель с очень сложной механикой и/или программой для изучения принципа работы.

Если в кружке собирают по инструкциям постоянно — это свидетельство профессиональной некомпетентности преподавателя. Такое часто наблюдается в кружках по франшизе и при школах.

Исключением можно считать книжки — сборники разнообразных механических узлов из LEGO (и не только). Такая шпаргалка очень полезна при проектировании.

Как происходит процесс программирования?

Для LEGO Mindstorms EV3 есть несколько вариантов:

1. Встроенная среда для программирования прямо в главном модуле. Оттуда можно программировать простые линейные алгоритмы типа «сначала едь вперед до стены, потом поверни ровно налево». С этого мы начинаем. Это позволяет нам отложить изучение программирования с компьютера, и сосредоточиться на основах.

2. Специальное программное обеспечение для компьютеров и планшетов, основанное на «взрослой» системе визуального программирования LabView. Программа собирается из блоков-функций. Это позволяет избежать проблем с изучением синтаксиса и по функционалу ничем не уступает взрослому текстовому программированию. Правда, выглядит громоздко, да. Но зато наглядно. Циклы, условные операторы, переменные, функции и всё вот это вот — в наличии. Это наш основной инструмент.

3. При желании можно использовать Си или другой язык программирования, но если встал такой вопрос, то для этого лучше использовать Arduino и вообще это уже совсем другая история.

На этом я закончу, спасибо за чтение!

pikabu.ru


Смотрите также