Кибер-рука из Lego Mindstorms Ev3

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Гимназия №1»

Проектно - исследовательская работа

Кибер-рука из Lego Mindstorms Ev3

Выполнил: Оськин Егор,

ученик 7 класса.

Руководитель: Родькина Раиса

Анатольевна, учитель физики.

2017 г

Содержание стр.

Введение. Цель и задачи. Актуальность. 2

1.История, теория и практика роботостроения 3

2.Разнообразие  игр конструктора ЛЕГО 3

3.ЛЕГО-конструирование – модная игра или серьёзное занятие? 4

4.Кибер-рука из Lego 4-5

Заключение 6

Литература 7

Введение

Робототехника является одним из самых перспективных и динамично развивающихся направлений прикладной науки и техники, в котором тесно переплетаются проблемы механики, электроники, информационных технологий, искусственного интеллекта. Роботы широко и эффективно используются в промышленности, транспорте, медицине, образовании и многих других сферах человеческой деятельности.

Цель проекта: исследовать возможности использования набора Lego Mindstorms EV3 для изготовления адаптивного робота, создать механическую руку похожую на человеческую с помощью набора Lego Mindstorms Ev3.

Задачи:

1.Изучить литературу о человеческой руке и роботах.

2.Сконструировать руку с помощью конструктора Lego Mindstorms EV3

Актуальность работы: Роботостроение и программирование в XXI веке являются одними из самых перспективных направлений развития науки, техники, они находят применение во всех сферах жизни человека. Изучить основы этих отраслей знания необходимо любому человеку, особенно вступающему в жизнь.

Практическим результатом выполнения работы стало конструирование робота. Данный проект, подтвержденный демонстрацией опытного образца, может послужить основой для дальнейшей работы по совершенствованию конструкции и расширению ее функций на основе новых программ.

Методы: теоретические, практические

1.История, теория и практика роботостроения

Идея создания роботов появилась очень давно. Человек всегда мечтал получить себе помощника в разных видах деятельности. Сейчас нас окружают уже много роботов, и вскоре мы не будем представлять свою жизнь без них. В настоящее время роботостроение находится на переднем крае науки и техники. Особенно необходимо использование роботов там, где человек находиться не может – например, на далеких космических объектах.

2.Разнообразие  игр конструктора ЛЕГО

Сегодня игрушки Лего – это множество направлений, предназначенных для самых разных детей – от младенцев, до юных любителей высоких технологий.

Три кита, на которых стоит Lego, — это серии «Город», «Замок» и «Космос».

Есть серия  Duplо – это конструктор  крупных размеров для детей дошкольного возраста, и серия  Technic для сборки более сложных строений для подростков и старших детей. Существует целая серия,  придуманная специально для девочек, которая комбинирует обычные строительные части Лего с модными принадлежностями, кукольной семьей.

Очень часто серии создаются по мотивам известных фильмов и мультиков: «Звездные войны», «Бэтмен», «Гарри Поттер», «Индиана Джонс» и десятки других.

         В 2009 году в продаже появились даже настольные игры Lego. Правда, игровое поле сначала нужно построить, зато в процессе игры его можно перестраивать как угодно.

К 50-летию изобретения конструктора была выпущена коробочка с шестью разноцветными кубиками 2х4, то есть с восемью шпеньками каждый, которые можно соединить между собой 915 103 765 способами. Это ведь почти миллиард комбинаций! Один из основных принципов компании – все наборы должны быть совместимыми между собой. Инструкции Лего дают лишь базовую установку, и следовать им совсем не обязательно.

В конце семидесятых появились интегрированные в конструкторы электродвигатели, позже начало развиваться так называемое «компьютерное Лего» - собственноручно построенных роботов можно было программировать на выполнение различных действий.

Роботы Лего бывали даже в космосе. В условиях невесомости на Международной Космической станции робот Lego в рамках испытания выполнял различные задания астронавтов. 

На Западе конструкторы Lego уже давно используются в школах как учебный материал и активно внедряются в школьную программу. В России же ученикам позволено играть в конструктор лишь на дополнительных занятиях после уроков. Что, правда, не мешает ребятам быть в курсе «леговских» новинок.

         Так же существует электронная версия конструктора ЛЕГО.

3.ЛЕГО-конструирование – модная игра или серьёзное занятие?

В нашей школе нет такого предмета как Лего-конструирование, а есть кружок «Робототехника», где я охотно занимаюсь. Лего-конструирование развивает детские  творческие способности, фантазию, память. Работая  с конструктором, можно строить модели и при этом обучаться, играя и получая удовольствие. Этот конструктор побуждает работать в равной степени и голову, и руки.

Когда придумываешь модели сам, ощущаешь себя  профессиональным инженером, механиком, строителем или великим конструктором. И это здорово!

Модель можно переделывать, конструируя каждый раз новые формы или элементы декораций (например, гараж, депо или даже ангар). Это дает полную свободу действий. Работа является оживленной и интересной и открывает совершенно новые перспективы, где нет пределов фантазии.

Конструктор ЛЕГО помогает воплощать в жизнь свои задумки, строить и фантазировать, увлечённо работать и видеть конечный результат своей работы.

4.Кибер-рука из Lego

Гуманоидному роботу нужна рука, двигающаяся как у человека, способная совершать различные операции и выполнять работы, как рука человека. По сравнению с роботами, использовавшимися для простых работ, типа сварки в промышленности, такой робот был разработан более умным, призванным заменить человека во многих производствах.

Кибер-рука сочетает компьютерную систему и механические элементы. Компьютерная система принимает и обрабатывает замыслы владельца искусственной руки. Поэтому искусственная рука может двигаться, подчиняясь мыслям человека, например, потерявшего свою живую руку. При этом человек будет ощущать такую руку, как собственную.

Чувствительные связи, закреплённые на руке пользователя, работают как транслятор между человеком и машиной. То есть передают электрические сигналы между центральной нервной системой и искусственной рукой.

Кибер-рука может двигать пальцами независимо друг от друга, поскольку каждый палец управляется своим электромотором. Электромоторы тянут тросы, как мускулы и сухожилия у человека. При этом становятся возможными захваты объектов, а поскольку в пальцы встроены датчики давления, такая рука может поднять вещь без повреждения.

Очевидно, что технологии роботов быстро совершенствуются. Уже можно увидеть искусственную руку, делающую хирургические операции.

Почему бы не сделать такого робота?

Хоть это и не первая робо-рука из любимого всеми с детства конструктора Lego, но зато ею можно легко управлять, надев на собственную, живую руку. Для создания руки использован Lego Mindstorms EV3.Управление довольно простое: сначала руку нужно надеть, после чего нажимать на две кнопки на пульте, приводящие кисть руки в действие. Нажатие на кнопки заставляет кисть сгибаться или, наоборот, разгибаться.

В конструкции робота также имеется кнопка, которая запускает мотор, управляющий роботизированной кистью. Контроль за механической рукой происходит следующим образом: при нажатии на кнопку отправляется команда на сгиб, а при повторном нажатии кнопки – кисть руки тут же возвращается в исходное положение.

Заключение

Конструирование способствует развитию мышления, ловкости, а также интеллекта, воображения и творческих задатков. Способствует формированию таких качеств, как умение концентрироваться, способность сотрудничать с партнером, и самое главное - чувство уверенности в себе. 

Если с раннего детства стремиться к познанию, тогда оно перейдёт в умение учиться конструированию направленно и воспринимать новое с большим интересом.

Занятия конструированием не просто интересны, но и пробуждают желание к дальнейшей работе и саморазвитию.

Прототип нашей руки может стать началом создания протезов для людей. Если позволят наши ресурсы, мы сможем сделать управляемого робота, который будет похож на человека.

Литература

1. Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов\ Д. Г. Копосов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 292 с.

2. Блог-сообщество любителей роботов Лего с примерами программ [Электронный ресурс] / http://nnxt.blogspot.ru/2010/11/blog-post_21.html

3. Лабораторные практикумы по программированию [Электронный ресурс] http://www.edu.holit.ua/index.php?option=com_content&view= category&layout=blog&id=72&Itemid=159〈=ru

4. Образовательная программа «Введение в конструирование роботов» и графический язык программирования роботов [Электронный ресурс] /http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=280#program_blocks

5. Примеры конструкторов и программ к ним [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.nxtprograms.com/index2.html

6. Программы для робота [Электронный ресурс] / http://service.lego.com/en-us/helptopics/?questionid=2655

7. Учебник по программированию роботов (wiki) [Электронный ресурс] /

8. Материалы сайтов

http://www.prorobot.ru/lego.php

http://nau-ra.ru/catalog/robot
http://www.239.ru/robot

http://www.russianrobotics.ru/actions/actions_92.html

http://habrahabr.ru/company/innopolis_university/blog/210906/STEM-робототехника

http://www.slideshare.net/odezia/2014-39493928
http://www.slideshare.net/odezia/ss-40220681

http://www.slideshare.net/odezia/180914-39396539