Muy pronto los robots se convertirán en una parte cercana de vida publica. Quizás limpien las calles, quizás construyan casas. Mientras tanto, el campo de la robótica se desarrolla activamente y es prometedor. Seguimos de cerca cómo les va a nuestros amigos mecánicos y creemos que nos echarán una mano en el mundo de la tecnología verdaderamente alta. Únete a nosotros.
Las crías de jirafas y antílopes tienen la asombrosa capacidad de adaptarse a caminar a los pocos minutos de nacer. Les permite adaptarse inmediatamente a un entorno hostil lleno de depredadores y otros peligros. Esta característica de los cachorros ha inspirado durante mucho tiempo a biólogos e ingenieros a crear extremidades robóticas que pueden adaptarse rápidamente a su entorno mediante prueba y error. Parece que los técnicos de la Escuela de Ingeniería de Viterbi finalmente han conseguido hacerlo.
Los paleontólogos de todo el mundo están intentando aprender todo lo posible sobre el mundo animal del pasado lejano. Están tratando de descubrir cómo eran los animales, qué comían y cómo se movían. Científicos de Suiza y Alemania han dado un gran paso adelante en este asunto: han creado un esqueleto robótico de un lagarto que vivió hace más de 300 millones de años. Para recrear movimientos realistas utilizaron modelado por computadora y datos recopilados durante las excavaciones. El resultado es muy interesante y se muestra en el vídeo.
Hoy en día, las clases de robótica se están volviendo muy populares. Estas lecciones ayudan a los escolares a formar y desarrollar el pensamiento crítico y a aprender a abordar creativamente el proceso de resolución de problemas. varios niveles dificultades, así como adquirir habilidades de trabajo en equipo.
Nueva generación
La educación moderna avanza hacia una nueva etapa de su desarrollo. Muchos profesores y padres buscan una oportunidad para que los niños se interesen por la ciencia, inculquen el amor por el aprendizaje y les carguen el deseo de crear y pensar de forma innovadora. Las formas tradicionales de presentar material hace tiempo que perdieron su relevancia. La nueva generación no es como sus antepasados. Quieren aprender de una manera animada, interesante e interactiva. Esta generación navega fácilmente por las tecnologías modernas. Los niños quieren desarrollarse de tal manera que no sólo estén al día con las tecnologías en rápido desarrollo, sino que también participen directamente en este proceso.
A muchos de ellos les interesa: “¿Qué es la robótica? ¿Dónde puedes aprender esto?
Educación y robots
Este disciplina académica Incluye materias como diseño, programación, algoritmos, matemáticas, física y otras disciplinas relacionadas con la ingeniería. La Olimpiada Mundial de Robótica (Olimpíada Mundial de Robótica - WRO) se celebra anualmente. EN esfera educativa es una competencia masiva que permite a quienes se enfrentan por primera vez a un tema de este tipo aprender mejor qué es la robótica. Brinda a participantes de más de 50 países la oportunidad de probarlo. A la competición asisten unos 20 mil equipos formados por niños de 7 a 18 años.
El principal objetivo de WRO: desarrollo y popularización de la CTT (creatividad científica y técnica) y la robótica entre jóvenes y niños. Estas Olimpiadas son una herramienta educativa moderna del siglo XXI.
Nuevas oportunidades
Para que los niños comprendan mejor qué es la robótica, se necesitan habilidades teóricas y prácticas adquiridas en las clases como parte del trabajo del club y currículum escolar para el estudio de las ciencias naturales y las ciencias exactas. La pasión por la disciplina robótica se convierte gradualmente en un deseo de aprender más profundamente sobre ciencias como las matemáticas, la física, la informática y la tecnología.
WRO es oportunidad unica para que sus participantes y observadores no sólo aprendan más profundamente qué es la robótica, sino también desarrollen la creatividad y pensamiento crítico, que son tan necesarios en el siglo XXI.
Educación
El interés por la disciplina educativa de la robótica crece día a día. La base material mejora y se desarrolla constantemente, muchas ideas que hasta hace poco eran un sueño ahora son una realidad. Estudiar el tema "Fundamentos de la robótica" se ha hecho posible para gran número niños. En las lecciones, los niños aprenden a resolver problemas con recursos limitados, procesar y asimilar información y utilizarla de la manera correcta.
Los niños aprenden fácilmente. La generación joven moderna, educada con diversos aparatos, por lo general no tiene dificultades para dominar la disciplina "Fundamentos de la robótica", siempre que tenga el deseo y la sed de nuevos conocimientos.
Es necesario que incluso a los adultos les resulte más difícil volver a entrenar que enseñar las mentes puras pero sedientas de los niños. Una tendencia positiva es la enorme atención prestada a la popularización de la robótica en ambiente juvenil por agencias gubernamentales rusas. Y esto es comprensible, ya que la tarea de modernizar y atraer a jóvenes especialistas es una cuestión de competitividad del Estado en el ámbito internacional.
Importancia del tema
Hoy tema de actualidad El Ministerio de Educación introduce la robótica educativa en el círculo disciplinas escolares. ella es considerada dirección importante desarrollo. En las lecciones de tecnología, los niños deben adquirir una comprensión de esfera moderna desarrollo de tecnología y diseño, que les dan la oportunidad de inventar y construir ellos mismos. No es necesario que todos los estudiantes se conviertan en ingenieros, pero todos deberían tener la oportunidad.
En general, las lecciones de robótica son sumamente interesantes para los niños. Es importante que todos lo entiendan, tanto los profesores como los padres. Estas clases brindan la oportunidad de ver otras disciplinas desde una perspectiva diferente y comprender el significado de su estudio. Pero es el significado, la comprensión de por qué esto es necesario, lo que mueve la mente de los chicos. Su ausencia niega todos los esfuerzos de profesores y padres.
Un factor importante es que aprender robótica no es un proceso estresante y absorbe completamente a los niños. Esto no es sólo el desarrollo de la personalidad del estudiante, sino también una oportunidad para alejarse de la calle, el entorno desfavorable, el pasatiempo ocioso y las consecuencias que ello conlleva.
Origen
El nombre de robótica en sí proviene del correspondiente inglés robótica. Este ciencia aplicada, que desarrolla sistemas técnicos automatizados. En producción es uno de los principales. fundamentos técnicos intensificación.
Todas las leyes de la robótica, como la ciencia misma, están estrechamente relacionadas con la electrónica, la mecánica, la telemecánica, la mecanotrónica, la informática, la ingeniería de radio y la ingeniería eléctrica. La robótica en sí se divide en industrial, de construcción, médica, espacial, militar, submarina, de aviación y doméstica.
El concepto de “robótica” fue utilizado por primera vez en sus historias por un escritor de ciencia ficción en 1941 (la historia “Mentiroso”).
La palabra "robot" fue acuñada en 1920 por escritores checos y su hermano Josef. Fue incluido en la obra de ciencia ficción "Rossum's Universal Robots", que se representó en 1921 y disfrutó de un gran éxito de audiencia. Hoy se puede observar cómo la línea trazada en la obra se ha desarrollado ampliamente a la luz de la cinematografía de ciencia ficción. La esencia de la trama: el propietario de la planta está desarrollando y poniendo en marcha la producción de una gran cantidad de androides que pueden trabajar sin descanso. Pero estos robots acaban rebelándose contra sus creadores.
Ejemplos historicos
Curiosamente, los inicios de la robótica aparecieron en tiempos antiguos. Prueba de ello son los restos de estatuas en movimiento que fueron realizadas en el siglo I a.C. Homero escribió en la Ilíada sobre doncellas creadas de oro que podían hablar y pensar. Hoy en día, la inteligencia de la que están dotados los robots se llama inteligencia artificial. Además, al antiguo ingeniero mecánico griego Arquitas de Tarento se le atribuye el diseño y la creación de la paloma voladora mecánica. Este evento se remonta aproximadamente al año 400 a.C.
Hay muchos ejemplos de este tipo. Están bien tratados en el libro de I.M. Makarov. y Topcheeva Yu.I. "Robótica: historia y perspectivas". Habla de forma popular sobre los orígenes de los robots modernos y también describe la robótica del futuro y el correspondiente desarrollo de la civilización humana.
tipos de robots
En la etapa actual, las clases más importantes de robots de uso general son los móviles y manipulativos.
Mobile es una máquina automática con chasis móvil y accionamientos controlados. Estos robots pueden caminar, desplazarse, rastrearse, gatear, nadar o volar.
Un manipulador es una máquina automática estacionaria o móvil, que consta de un manipulador con varios grados de movilidad y control de programa que realiza funciones motoras y de control en la producción. Estos robots vienen en forma de suelo, de portal o suspendidos. Están más extendidos en las industrias de fabricación de instrumentos y maquinaria.
Formas de moverse
Los robots con ruedas y orugas se han generalizado. Mover un robot andante es un problema dinámico desafiante. Estos robots aún no pueden tener el movimiento estable inherente a los humanos.
Respecto a los robots voladores, podemos decir que la mayoría de los aviones modernos son solo eso, pero están controlados por pilotos. Al mismo tiempo, el piloto automático puede controlar el vuelo en todas las etapas. Los robots voladores también incluyen su subclase: misiles de crucero. Estos dispositivos son livianos y realizan misiones peligrosas, incluido disparar a las órdenes del operador. Además, existen dispositivos de diseño capaces de disparar de forma independiente.
Hay robots voladores que utilizan las técnicas de propulsión que utilizan los pingüinos, las medusas y las mantarrayas. Este método de movimiento se puede ver en los robots Air Penguin, Air Ray y Air Jelly. Son fabricados por Festo. Pero los robots RoboBee utilizan métodos de vuelo de insectos.
Entre los robots rastreros, hay una serie de desarrollos que se parecen en movimiento a gusanos, serpientes y babosas. En este caso, el robot utiliza fuerzas de fricción sobre una superficie rugosa o la curvatura de la superficie. Este tipo de movimiento es útil para espacios estrechos. Estos robots son necesarios para buscar personas bajo los escombros de los edificios destruidos. Los robots con forma de serpiente son capaces de moverse en el agua (como el ACM-R5 fabricado en Japón).
Los robots que se mueven a lo largo de una superficie vertical utilizan los siguientes enfoques:
- similar a una persona que trepa por una pared con repisas (robot Capuchino de Stanford);
- similar a los geckos equipados con ventosas (Wallbot y Stickybot).
Entre los robots nadadores, existen muchos desarrollos que se mueven según el principio de imitar a los peces. La eficiencia de dicho movimiento es un 80% mayor que la eficiencia del movimiento con hélice. Diseños similares tienen nivel bajo ruido y alta maniobrabilidad. Por eso son de gran interés para los investigadores submarinos. Estos robots incluyen modelos de la Universidad de Essex: Robotic Fish and Tuna, desarrollados por el Field Robotics Institute. Siguen el modelo del movimiento característico del atún. Entre los robots que imitan el movimiento de una raya se conoce el desarrollo de la empresa Festo: Aqua Ray. Y el robot que se mueve como una medusa es Aqua Jelly del mismo desarrollador.
trabajo de club
La mayoría de los clubes de robótica están dirigidos a principiantes y escuela secundaria. Pero también los niños edad preescolar no están privados de atención. El papel principal aquí lo juega el desarrollo de la creatividad. Los niños en edad preescolar deben aprender a pensar libremente y traducir sus ideas en creatividad. Por eso las clases de robótica en clubes para niños menores de 6 años están dirigidas a uso activo cubos y juegos de construcción sencillos.
Sin duda, el plan de estudios escolar se está volviendo más complicado. Le brinda la oportunidad de familiarizarse con diferentes clases de robots, probarse en la práctica y profundizar en la ciencia. Las nuevas disciplinas revelan el potencial del niño para adquirir habilidades y conocimientos profesionales en el campo de la ingeniería elegido.
Complejos robóticos
El desarrollo moderno de la robótica se encuentra en tal etapa que parece que está a punto de ocurrir un gran avance en la tecnología robótica. Esto es lo mismo que ocurre con las videollamadas y los dispositivos móviles. Hasta hace poco, todo esto parecía inaccesible al consumo masivo. Pero hoy es algo común y ha dejado de sorprender. Pero cada exposición de robótica nos muestra proyectos fantásticos que capturan el espíritu de una persona con solo pensar en su implementación en la vida de la sociedad.
En el sistema educativo permiten la implementación de un programa utilizando actividades del proyecto a saber, instalaciones complejas de robots, entre las que destacan las siguientes:
Control
Por tipo de sistemas de control existen:
- biotécnico (comando, copia, semiautomático);
- automático (software, adaptativo, inteligente);
- interactivo (automatizado, de supervisión, interactivo).
Las principales tareas del control de robots incluyen:
- planificar movimientos y posiciones;
- planificación de fuerzas y momentos;
- identificación de datos dinámicos y cinemáticos;
- análisis de precisión dinámica.
El desarrollo de métodos de control es de gran importancia en el campo de la robótica. Esto es importante para la cibernética técnica y la teoría del control automático.
Los escritores de ciencia ficción de los años 50 imaginaron el año 2000 con coches voladores y robots conviviendo con los humanos.
Como vemos, esto aún no ha sucedido, sin embargo, el campo de la robótica se ha desarrollado gradualmente a lo largo de las décadas, a veces rápidamente, luego su desarrollo disminuyó, pero ahora ha reanudado un crecimiento sin precedentes. Cada mes se producen miles de robots industriales diferentes, se desarrollan humanoides y androides, científicos de todo el mundo trabajan en la creación de inteligencia artificial y todo esto es solo el comienzo.
La robótica no es una industria independiente; en primer lugar, es una sinergia de todos los últimos avances en ciencias técnicas, naturales y tecnologías de la información.
Cuando decimos "robot", la gente está lejos de la tecnología y la imagina como en las películas de ciencia ficción soviéticas con brazos y piernas de hierro. Por supuesto, le damos a este concepto un significado mucho más amplio.
Se distinguen los siguientes grupos de robots:
1. Industrial: cuando dicen "robótica", se refieren, en primer lugar, al desarrollo de esta área.
2. El ejército es el único tipo que se ha desarrollado en Rusia; también puede incluir robots para solucionar diversos accidentes y desastres naturales.
3. Espacio: estos incluyen satélites, rovers y robots antropomórficos que ayudan a los astronautas.
4. Hogar: limpiadores, robots de cocina, robots de compañía.
5. Androides, humanoides: varios robots antropomórficos, cuyo objetivo es mejorar la "humanidad" de los robots para diversos fines sociales.
historia de la robótica
La automatización y robotización de la producción en el mundo capitalista comenzó en los años 50 del siglo XX. Fue en esa época cuando se puede atribuir la aparición de los primeros robots industriales. Realizaron el montaje de equipos y las operaciones más sencillas y monótonas.
El primer robot de este tipo fue desarrollado por el inventor autodidacta George Devol en 1954. El brazo robótico pesaba dos toneladas y estaba controlado por un programa grabado en un tambor magnético. El sistema recibió el nombre de Unimate, se concedió una patente para el nuevo dispositivo y en 1961 el inventor fundó la empresa Unimation.
El primer robot se instaló en la planta de General Motors (en la fundición) en 1961. Luego, el nuevo producto fue probado por las fábricas de Chrysler y Ford,
El sistema Unimate se utilizó para trabajar con piezas de metal fundido que el manipulador extraía de los moldes de fundición. El dispositivo de agarre estaba controlado por un accionamiento hidráulico.
El robot tenía 5 grados de libertad y un dispositivo de agarre con dos “dedos”. La precisión del trabajo fue muy alta hasta 1,25 mm. Y ahi estaba más eficiente que un humano- trabajó más rápido y con menos defectos.
En 1967 llegaron a Europa manipuladores industriales. Ya están ampliando su funcionalidad, dominando la profesión de soldador y pintor. El robot adquiere “visión técnica” a través de cámaras de vídeo y sensores, aprende a determinar las dimensiones de los productos y su ubicación.
En 1982, IBM desarrolla un lenguaje oficial para programar sistemas robóticos. En 1984, Adept presentó el primer robot eléctrico, Scara.
El nuevo diseño hizo que los robots fueran más simples y confiables, manteniendo al mismo tiempo una alta velocidad.
En los años 90 apareció un controlador con una interfaz de control intuitiva que podía ser controlado por el operador, podía cambiar parámetros y ajustar el modo de funcionamiento. Desde entonces, las capacidades de controlar robots y sus funciones solo se han desarrollado, su complejidad, velocidad y número de ejes han aumentado, se han comenzado a utilizar diversos materiales, las posibilidades de desarrollo y control se han ampliado, y los primeros confiados Se han dado pasos hacia la inteligencia artificial.
Al mismo tiempo, en la URSS era un líder en robótica. Todo empezó allá por los años 30. En 1936, Vadim Matskevich, un escolar soviético de 16 años, creó un robot que podía levantar mano derecha. Para ello, trabajó durante 2 años en los talleres de torneado de la Universidad Politécnica de Novocherkassk. Anteriormente, cuando tenía 12 años, creó un pequeño vehículo blindado radiocontrolado que disparaba fuegos artificiales. Las autoridades llamaron la atención sobre el "robot" de Matskevich y en 1937 lo presentó en la Exposición Mundial de 1937 en París.
A finales de los años 30 y 40. Siglo XX En la URSS también aparecieron líneas automáticas para procesar piezas de rodamientos, ya finales de los años 40. Siglo XX Por primera vez en la práctica mundial, se creó una producción integral de pistones para motores de tractores con la automatización de todos los procesos, desde la carga de materias primas hasta el embalaje de productos terminados.
En 1966 se inventó en Vorónezh un manipulador para colocar láminas de metal; en 1968 se desarrolló en Leningrado un robot submarino "Manta" con un dispositivo de agarre sensible, que posteriormente fue mejorado; En 1969, el TsNITI del Ministerio de Industria de Defensa comenzó a desarrollar el robot industrial Universal-50. Posteriormente activo en estamos en problemas sistemas automatizados para grandes producciones.
En 1985, ya se utilizaban 40.000 robots industriales, cifra que superaba varias veces el número utilizado en Estados Unidos. En AvtoVAZ en los años 80 las líneas automatizadas estaban en pleno funcionamiento e incluso fueron atacadas por trabajadores “hackers”.
Había grandes militares y desarrollos espaciales. Un logro único en ese momento fue el avión de reconocimiento no tripulado DBR-1, que fue adoptado por la Fuerza Aérea de la URSS en 1964. Un dispositivo de este tipo podría realizar misiones de reconocimiento en todo el territorio de Europa occidental y central.
Uno de los logros más notables de la robótica y la ciencia domésticas fue la creación de la Oficina de Diseño que lleva su nombre. Lavochkin "Lunokhod-1". Fue el aparato soviético el que se convirtió en el primer rover planetario del mundo que completó con éxito su misión en la superficie de otro cuerpo celeste.
En 1983, la Armada de la URSS adoptó el exclusivo complejo antibuque P-700 "Granit". Su peculiaridad era que durante el lanzamiento de una salva, los misiles podían formar de forma independiente una formación de batalla e intercambiar información entre sí durante el vuelo, distribuyendo objetivos de forma independiente. En este caso, uno de los misiles del complejo podría desempeñar el papel de líder, ocupando un escalón de ataque superior.
También se desarrollaron "robots humanoides": en 1962 apareció el primer robot guía, Rex, que realizó excursiones para niños en el Museo Politécnico. Dicen que todavía "trabaja" allí.
En la Unión Soviética se produjeron más de 100 mil unidades de robótica industrial. Reemplazaron a más de un millón de trabajadores, pero en los años 90 estos robots desaparecieron.
En el futuro, el desarrollo de la robótica avanza a un ritmo acelerado, porque se están desarrollando industrias clave: la física, la química, la ingeniería eléctrica y, lo más importante, la electrónica. Los tubos de vacío fueron reemplazados por electrónica de potencia, luego por microcircuitos y luego por microcontroladores... Están apareciendo nuevos materiales, nuevos métodos de automatización y métodos de programación.
Pero esto ya no se aplica a Rusia y la CEI. En primer lugar, el desarrollo tiene lugar en los EE.UU., en El sudeste de Asia y Europa occidental.
Se están introduciendo líneas robóticas controladas en la producción; los manipuladores robóticos se utilizan en todas las industrias, en la agricultura, la medicina, el espacio y, por supuesto, en la vida cotidiana.
En algunas industrias, hasta el 50% del trabajo lo realizan robots industriales; por ejemplo, en la industria automotriz, pueden soldar, pintar y trasladar piezas a otra área de ensamblaje, donde otros robots se encargarán de ellas.
Incluso hay fábricas 100% automatizadas. Hay una fábrica en Japón donde los robots ensamblan ellos mismos los robots. E incluso preparan comida para 2.000 personas: el centro de oficinas que atiende a esta planta.
En los años 90 hubo cierto declive. La introducción en la producción de robots que utilizan tecnologías existentes no produjo los beneficios esperados y se suspendió la financiación de algunos proyectos a gran escala. Por diversas razones, tanto económicas como sociales, el auge esperado no se produjo; siguieron siendo productos de nicho para las plantas de ensamblaje de automóviles y otras industrias.
Sólo a mediados de la década de 2000 se produjo un salto brusco y esta evolución continúa. En primer lugar, debido al hecho de que los militares se interesaron por la robótica...
Es imposible detener el desarrollo y todos los países que quieran estar a la vanguardia de la industria global tienen que aceptarlo y ponerse al día.
Diseño de robots y tareas de robótica.
Hay seis tareas comunes robótica:
- Movimiento: movimiento en cualquier entorno.
- Orientación: ser consciente de su ubicación
- Manipulación: manipular objetos libremente. ambiente
- Interacción: contacto con otras personas como usted
- Comunicación: comunicarse libremente con una persona.
- Inteligencia artificial- el robot debe decidir de forma independiente cómo ejecutar un comando humano
El movimiento más óptimo de un robot sobre ruedas y una plataforma con orugas. Son estos métodos los que proporcionan la mayor estabilidad y maniobrabilidad.
Para las plataformas con ruedas, la permeabilidad es más difícil: la rueda no puede superar un obstáculo mayor que su radio. Se mejoran constantemente los diseños de las ruedas, se utilizan potentes servomotores, se desarrollan suspensiones independientes y se utilizan neumáticos con tacos.
Los robots cuadrúpedos e insectomorfos son estables (es decir, con forma de insecto, con varias “patas”, generalmente 6). Estos dispositivos se utilizan a menudo con fines militares.
Al robot le llevó mucho tiempo aprender a caminar sobre dos piernas. De todos los existentes, sólo el humanoide ASIMO de Honda se adapta bien a esto; no sólo puede caminar con paso firme, sino también subir escaleras; la empresa lo ha estado desarrollando durante más de 25 años;
La mayoría de los robots humanoides todavía se mueven sobre una plataforma.
Además de caminar sobre el suelo, ciertos modelos pueden gatear, nadar y volar.
El robot se orienta en el espacio mediante sensores y cámaras de vídeo y tiene la capacidad de "ver" en el rango de infrarrojos, detectar vibraciones ultrasónicas y percibir radiación térmica.
El operador también puede controlarlo; puede estar en la misma habitación o a varios kilómetros de distancia.
Todos los problemas planteados por la robótica se están resolviendo en un grado u otro. El robot se vuelve más perfecto, sabe cooperar con otros robots, aprende a comunicarse con una persona y a comprenderla mejor.
Un esquema interesante para entrenar un robot-satélite espacial probablemente se utilice el mismo principio para configurar otros sistemas robóticos. " Aprendizaje emocional", como lo llaman los desarrolladores. Su esencia es que contiene un "aparato emocional" que le dice al compañero qué es "bueno" y qué es "malo" para él. Es bueno: si apunta a un objeto determinado, esto aumenta. la calificación, mala: si se desvía de ella, la calificación se reducirá y así sucesivamente hasta que el dispositivo se convierta en un "bueno" estable.
Esto podría resultar útil, por ejemplo, para los telescopios espaciales. La formación se lleva a cabo con la ayuda de un operador y dura unos 20 minutos, el resultado se muestra en la base de conocimientos.
Este dispositivo particular descrito por un astronauta puede ser lanzado a espacio abierto: El satélite realizará el resto de acciones por sí mismo. El concepto ha desarrollado un modelo del sistema nervioso, que lógicamente se deriva de las condiciones en las que opera el sistema nervioso de todos los organismos vivos.
La robótica del futuro podrá recopilar nuevos conocimientos de forma independiente, analizarlos y aplicarlos en la práctica.
Un robot es programable. Dispositivo mecánico, capaz de realizar tareas e interactuar con el entorno externo sin asistencia humana. La robótica es la base científica y técnica para el diseño, producción y aplicación de robots.
La palabra "robot" fue utilizada por primera vez por el dramaturgo checo Karl Capek en 1921. Su obra Rossum's Universal Robots trataba sobre una clase de esclavos, sirvientes humanoides creados artificialmente que luchaban por su libertad. La palabra checa "robota" significa "esclavitud forzada". La palabra "robótica" fue utilizada por primera vez por un autor famoso. ciencia ficción Isaac Asimov en 1941.
Componentes básicos del robot
Componentes del robot: cuerpo/bastidor, sistema de control, manipuladores y chasis.
Cuerpo/bastidor: El cuerpo o estructura del robot puede tener cualquier forma y tamaño. Inicialmente, el cuerpo/bastidor proporciona la estructura del robot. La mayoría de la gente está familiarizada con los robots humanoides que se utilizan para hacer películas, pero en realidad, la mayoría de los robots no tienen nada que ver con forma humana. (La Robonaft de la NASA, presentada en la sección anterior, es una excepción). Normalmente, el diseño de un robot se centra en la funcionalidad más que en la apariencia.
Sistema de control: El sistema de control del robot es el equivalente al sistema nervioso central humano. Está diseñado para coordinar el control de todos los elementos del robot. Los sensores reaccionan a la interacción del robot con el entorno externo. Las respuestas del sensor se envían a UPC(UPC). La CPU procesa datos mediante software y toma decisiones basadas en la lógica. Lo mismo sucede cuando ingresas un comando personalizado.
Manipuladores: Para completar una tarea, la mayoría de los robots interactúan con el entorno externo y con el mundo que los rodea. A veces es necesario mover objetos. ambiente externo sin participación directa de los operadores. Los manipuladores no son un elemento del diseño básico del robot, como su cuerpo/estructura o sistema de control, es decir, el robot puede funcionar sin manipulador. Este curso se centra en el tema de los manipulativos, especialmente la Unidad 6.
Chasis: Aunque algunos robots pueden realizar tareas asignadas sin cambiar su ubicación, a menudo se requiere que los robots puedan moverse de un lugar a otro. Para realizar esta tarea, el robot necesita un chasis. El chasis es un medio motriz de movimiento. Los robots humanoides están equipados con patas, mientras que el tren de rodaje de casi todos los demás robots se realiza mediante ruedas.
Aplicaciones y ejemplos de robots.
Hoy en día, los robots tienen muchas aplicaciones. Las aplicaciones se dividen en tres categorías principales:
- robots industriales;
- robots de investigación;
- robots educativos.
Robots industriales
En la industria, se requiere alta velocidad y precisión para realizar una gran cantidad de trabajos. Durante muchos años, la responsabilidad de la implementación trabajos similares llevado por personas. Con el desarrollo de la tecnología, el uso de robots ha hecho que muchos procesos de producción sean más rápidos y precisos. Esto incluye embalaje, montaje, pintura y paletizado. Inicialmente, los robots sólo realizaban tipos especiales trabajos repetitivos que requerían el cumplimiento de un conjunto simple de reglas. Sin embargo, con los avances tecnológicos, los robots industriales se han vuelto mucho más ágiles y ahora son capaces de tomar decisiones basadas en retroalimentación compleja de sensores. Hoy en día, los robots industriales suelen estar equipados con sistemas de visión. A finales de 2014, la Federación Internacional de Robótica predijo que el uso de robots industriales en todo el mundo superaría los 1,3 millones de unidades.
Los robots se pueden utilizar para realizar tareas complejas y peligrosas o tareas que los humanos no pueden realizar. Por ejemplo, los robots son capaces de desactivar bombas, servir reactores nucleares, explora las profundidades del océano y llega a los confines más lejanos del espacio.
robots de investigación
Los robots tienen una amplia gama de aplicaciones en el mundo de la investigación, ya que a menudo se utilizan para realizar tareas que los humanos no podemos realizar. Los entornos más peligrosos y complejos se encuentran debajo de la superficie de la Tierra. Con el fin de estudiar el espacio exterior y los planetas. sistema solar La NASA tiene un historial de uso de naves espaciales, módulos de aterrizaje y vehículos móviles con funciones robóticas.
Robots Pathfinder y Sojourner
Para la misión Pathfinder a Marte, se desarrolló una tecnología única para llevar un módulo de aterrizaje y un rover robótico equipado, Sojourner, a la superficie de Marte. Sojourner fue el primer rover enviado al planeta Marte. El rover Sojourner pesa 11 kg (24,3 lb) en la superficie de la Tierra y aprox. Pesa 9 libras y es comparable en tamaño a un cochecito de bebé. El vehículo todoterreno tiene seis ruedas y puede moverse a velocidades de hasta 0,6 metros (1,9 pies) por minuto. La misión fue lanzada a la superficie de Marte el 4 de julio de 1997. Pathfinder no sólo completó su misión directa, sino que también regresó a la Tierra con Una gran cantidad recopiló datos y superó su vida útil.
Vehículos todo terreno Espíritu y Oportunidad
Los Mars Exploration Rovers (MER) Spirit y Opportunity fueron enviados a Marte en el verano de 2003 y aterrizaron en enero de 2004. Su misión era examinar y clasificar grandes cantidades de rocas y suelos para descubrir rastros de agua en Marte, con la esperanza de enviar una misión humana al planeta. Aunque la duración prevista de la misión era de 90 días, en realidad superó los seis años. Durante este tiempo se recopilaron innumerables datos geológicos sobre Marte.
Brazo robótico de una nave espacial.
Cuando los diseñadores de la NASA comenzaron a diseñar la nave espacial, se enfrentaron al desafío de lograr una entrega segura y eficiente a espacio un volumen enorme, pero, afortunadamente, ingrávido de carga y equipo. El Sistema de Manipulación Remota (RMS), o Canadarm (Canadian Remote Manipulator), realizó su primera caminata espacial el 13 de noviembre de 1981.
La mano tiene seis articulaciones móviles que simulan mano humana. Dos articulaciones se encuentran en el hombro, una en el codo y tres más en la mano. En el extremo de la mano hay un dispositivo de agarre capaz de agarrar o enganchar la carga requerida. En gravedad cero, el brazo es capaz de levantar 586.000 libras de peso y colocarlo con una precisión asombrosa. peso total manos en la superficie de la Tierra es de 994 libras.
RMS se ha utilizado para lanzar y buscar satélites y también ha demostrado ser una ayuda invaluable para los astronautas durante el proceso de reparación. telescopio espacial Hubble. ultima mision Canadarm como parte de la nave espacial se lanzó en julio de 2011 y se convirtió en la nonagésima misión de este robot.
Sistemas de servicios móviles
El Sistema de Servicio Móvil (MSS) es un sistema similar al RMS y también se conoce como Canadarm 2. El sistema fue diseñado para instalación internacional. estación Espacial como manipulador de objetos. El MSS está diseñado para mantener equipos e instrumentos instalados en la Estación Espacial Internacional, así como para ayudar en el transporte de alimentos y equipos dentro de la estación.
diestro
Dentro Misión espacial STS-123 en 2008, la nave espacial Endeavor llevó la última parte del brazo flexible proposito especial Dexter.
Dextre es un robot equipado con dos brazos pequeños. El robot es capaz de realizar tareas de montaje de precisión que antes realizaban los astronautas durante los paseos espaciales. Dextre puede transportar objetos, operar herramientas e instalar o retirar equipos en la estación espacial. Dextre también está equipado con iluminación, equipo de vídeo, una base para herramientas y cuatro portaherramientas. Los sensores permiten que el robot "sienta" los objetos que manipula y responda automáticamente a movimientos o cambios. El equipo puede monitorear el trabajo usando cuatro cámaras instaladas.
El diseño del robot se parece a una persona. Parte superior su cuerpo puede girar a la altura de la cintura y sus hombros están sostenidos por brazos ubicados a ambos lados.
robots en la educación
La robótica se ha convertido en una herramienta divertida y accesible para enseñar y apoyar enfoques STEM, diseño y resolución de problemas. En robótica, los estudiantes tienen la oportunidad de realizarse como diseñadores, artistas y técnicos al mismo tiempo, utilizando sus propias manos y cabezas. Esto abre enormes posibilidades para la aplicación de principios científicos y matemáticos.
EN sistema moderno educación, teniendo en cuenta las restricciones financieras, secundaria y escuelas superiores Buscan constantemente formas rentables de enseñar programas complejos que combinen tecnología con múltiples disciplinas a los estudiantes para prepararlos para actividad profesional. Los profesores ven inmediatamente las ventajas de la robótica y de esta formación, ya que implementan un método interdisciplinar que combina varias disciplinas. Además, la robótica ofrece las soluciones más asequibles y adecuadas. reutilizar equipo.
Hoy, más que nunca, las escuelas utilizan programas de robótica para dar vida al aula. cursos de formación y garantizar el cumplimiento de una amplia gama de estándares académicos requeridos para los estudiantes. La robótica no sólo proporciona una base única y amplia para la enseñanza de una variedad de disciplinas técnicas, sino también un campo de tecnología que tiene un impacto significativo en el desarrollo de la sociedad moderna.
¿Por qué es importante la robótica?
Como se puede ver en la sección “Aplicaciones y ejemplos de robots”, la robótica es NUEVA Área tecnología utilizada en muchas áreas de la vida humana. Un factor importante en el desarrollo de la sociedad es la educación de todos sus miembros en términos de tecnologías existentes. Pero ésta no es la única razón de la creciente importancia de la robótica. La robótica combina de manera única los fundamentos de las disciplinas STEM ( Ciencias Naturales, tecnología, ingeniería y matemáticas). Durante el aprendizaje en el aula, los estudiantes exploran diferentes disciplinas y sus relaciones utilizando herramientas modernas, tecnológicamente avanzadas y atractivas. Además, representación visual Los proyectos que se requieren de los estudiantes los alienta a experimentar y ser creativos para encontrar soluciones estéticamente agradables y viables. Al combinar estos aspectos del trabajo, los estudiantes llevan sus conocimientos y capacidades al siguiente nivel.
La robótica es una de las áreas más prometedoras en el campo de las tecnologías de Internet y hoy en día no es necesario explicar que el sector de TI es el futuro. Además, la robótica puede parecer más interesante que cualquier otra cosa: diseñar un robot significa casi crear una nueva criatura, aunque sea electrónica, que, por supuesto, es atractiva. Sin embargo, también en este sector todo puede resultar complicado, sobre todo al principio. Junto con los expertos, intentaremos descubrir por qué se necesita la robótica y cómo abordarla.
La robótica es una de las áreas más prometedoras en el campo de las tecnologías de Internet y hoy en día no es necesario explicar que el sector de TI es el futuro. La robótica es algo fascinante: diseñar un robot es casi crear una nueva criatura, aunque sea electrónica.
Desde los años 60 del siglo pasado, los dispositivos automatizados y autogestionados que realizan algún trabajo para una persona comenzaron a utilizarse en la investigación y en la producción, luego en el sector servicios, y desde entonces, cada año se han consolidado más firmemente en su lugar en la vida de las personas. Por supuesto, no se puede decir que en Rusia todo se lleve a cabo mediante mecanismos enteramente independientes, pero sí se perfila un cierto vector en esta dirección. Sberbank ya planea sustituir a tres mil abogados por máquinas inteligentes.
Junto con los expertos, intentaremos descubrir por qué se necesita la robótica y cómo abordarla.
¿En qué se diferencia la robótica para niños de la robótica profesional?
En definitiva, la robótica para niños está orientada al estudio de una materia, mientras que la robótica profesional está orientada a resolver Tareas específicas. Si los especialistas crean manipuladores industriales que realizan diversas tareas tecnológicas, o plataformas con ruedas especializadas, los aficionados y los niños, por supuesto, hacen cosas más sencillas.
Tatyana Volkova, empleada del Centro de Robótica Inteligente: “Como regla general, aquí es donde todos comienzan: descubren los motores y obligan al robot a simplemente avanzar y luego girar. Cuando el robot ejecuta comandos de movimiento, ya puedes conectar un sensor y hacer que el robot se mueva hacia la luz o, por el contrario, “huya” de ella. Y luego viene la tarea favorita de todos los principiantes: un robot que recorre una línea. Incluso se organizan varias carreras de robots”.
¿Cómo puedes saber si tu hijo tiene predilección por la robótica?
Primero debe comprar un juego de construcción y ver si a su hijo le gusta armarlo. Y luego puedes dárselo al círculo. Las clases lo ayudarán a desarrollar la motricidad fina, la imaginación, percepción espacial, lógica, concentración y paciencia.
Cuanto antes pueda decidir la dirección de la robótica (diseño, electrónica, programación), mejor. Las tres áreas son vastas y requieren un estudio por separado.
Alexander Kolotov, destacado especialista en programas STEM de la Universidad de Innopolis: “Si a un niño le gusta montar juegos de construcción, la construcción le convendrá. Si está interesado en aprender cómo funcionan las cosas, disfrutará haciendo electrónica. Si un niño tiene pasión por las matemáticas, entonces le interesará la programación”.
¿Cuándo empezar a aprender robótica?
Lo mejor es empezar a estudiar e inscribirse en clubes desde la infancia, aunque no demasiado pronto. a los 8-12 años, los expertos dicen. antes del niño es más difícil captar abstracciones comprensibles, y más tarde, en adolescencia, puede desarrollar otros intereses y distraerse. El niño también necesita estar motivado para estudiar matemáticas, de modo que en el futuro le resulte interesante y fácil diseñar mecanismos y circuitos, y componer algoritmos.
De 8-9 años Los niños ya pueden comprender y recordar qué son una resistencia, un LED, un condensador y conceptos posteriores de fisica escolar dominar por delante del plan de estudios escolar. No importa si se convierten en especialistas en este campo o no, los conocimientos y habilidades que adquieran definitivamente no serán en vano.
A los 14-15 años es necesario continuar estudiando matemáticas, dejar las clases de robótica en un segundo plano y comenzar a estudiar programación más en serio, para comprender no solo algoritmos complejos, sino también estructuras de almacenamiento de datos. Luego viene la base matemática y el conocimiento en algoritmización, inmersión en la teoría de mecanismos y máquinas, diseño de equipos electromecánicos de un dispositivo robótico, implementación de algoritmos de navegación automática, algoritmos de visión por computadora y aprendizaje automático.
Alexander Kolotov: “Si en este momento le presentas al futuro especialista los conceptos básicos álgebra lineal, cálculo complejo, teoría de la probabilidad y estadística, cuando ingrese a la universidad ya tendrá una buena idea de por qué debería prestar atención adicional a estas materias cuando reciba educación superior”.
¿Qué diseñadores elegir?
Cada época tiene sus propios programas, constructores y plataformas educativos, que varían en grado de complejidad. Puedes encontrar productos tanto extranjeros como nacionales. Hay kits de robótica caros (alrededor de 30 mil rublos y más), también los hay más baratos y muy simples (entre 1 y 3 mil rublos).
si el niño 8-11 años, puedes comprar juegos de construcción de Lego o Fischertechnik (aunque, por supuesto, los fabricantes tienen ofertas tanto para los más pequeños como para los mayores). constructor lego para robótica tiene detalles interesantes, figuras brillantes, es fácil de montar y está equipado con instrucciones detalladas. La serie de sets de construcción para robótica de Fischertechnik te acerca al proceso de desarrollo real, aquí tienes cables, enchufes y un entorno de programación visual.
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A los 13-14 años Puedes empezar a trabajar con módulos TRIC o Arduino, que, según Tatyana Volkova, son prácticamente un estándar en el campo de la robótica educativa, al igual que Raspberry. TRIC es más complejo que Lego, pero más liviano que Arduino y Raspberry Ri. Los dos últimos ya requieren conocimientos básicos de programación.
¿Qué más necesitarás para estudiar?
Programación. Es posible evitarlo sólo en la etapa inicial, pero luego no se puede vivir sin él. Puede comenzar con Lego Mindstorms, Python, ROS (sistema operativo de robot).
Mecánica básica. Puedes comenzar con manualidades hechas con papel, cartón, botellas, lo cual es importante para la motricidad fina y el desarrollo general. El robot más simple se puede fabricar a partir de piezas individuales (motores, cables, un fotosensor y un microcircuito simple). La "Herramienta de fabricación con el padre Sperch" le ayudará a familiarizarse con la mecánica básica.
Conceptos básicos de electrónica. Primero, aprende a recolectar circuitos simples. Para los niños menores de ocho años, los expertos recomiendan el set de construcción “Connoisseur”; luego puedes pasar al set “Conceptos básicos de electrónica”. Comenzar".
¿Dónde pueden los niños practicar robótica?
Si ves el interés de algún niño, puedes enviarlo a clubes y cursos, aunque puedes estudiar por tu cuenta. Durante los cursos, el niño estará bajo la guía de especialistas, podrá encontrar personas con ideas afines y se dedicará regularmente a la robótica.
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También es recomendable comprender de inmediato lo que quiere de las clases: participar en concursos y competir por premios, participar en actividades de proyectos o simplemente estudiar por su cuenta.
Alexey Kolotov: “Para clases serias, proyectos y participación en competiciones, es necesario elegir clubes con grupos pequeños de 6 a 8 personas y un entrenador que lleve a los estudiantes a premios en competiciones, que se desarrolle constantemente y brinde tareas interesantes. Para actividades de hobby, puedes acudir a grupos de hasta 20 personas”.
¿Cómo elegir cursos de robótica?
Al inscribirse en cursos, preste atención al profesor., recomienda el director comercial de Promobot Oleg Kivokurtsev. “Hay precedentes en los que un maestro simplemente les da el equipo a los niños y luego cualquiera puede hacer lo que quiera”, coincide Tatyana Volkova con Oleg. Estas actividades serán de poca utilidad.
Al elegir cursos, también debes prestar atención a sobre la base material y técnica existente. ¿Existen kits de construcción (no solo Lego)? ¿Es posible escribir programas, estudiar mecánica y electrónica y realizar proyectos usted mismo? Cada pareja de alumnos deberá tener su propio kit de robótica. Preferiblemente con piezas adicionales (ruedas, engranajes, elementos del bastidor) si quieres participar en competiciones. Si varios equipos trabajan con un conjunto a la vez, lo más probable es que no se espere una competencia seria.
Descubre en qué competiciones participa el club de robótica. ¿Estas competiciones le ayudan a consolidar las habilidades adquiridas y le brindan la oportunidad de seguir desarrollándose?
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Concurso Robocup 2014
¿Cómo estudiar robótica por tu cuenta?
Los cursos requieren dinero y tiempo. Si lo primero no es suficiente y no puedes ir a algún lugar con regularidad, puedes estudiar de forma independiente con tu hijo. Es importante que los padres tengan la competencia necesaria en este ámbito: sin la ayuda de sus padres, a un niño le resultará bastante difícil dominar la robótica, advierte Oleg Kivokurtsev.
Encuentra material para estudiar. Se pueden obtener en Internet, en libros solicitados, en conferencias a las que ha asistido, en la revista "Entertaining Robotics". Para autoestudio Hay cursos gratuitos en línea, por ejemplo, “Construcción de robots y otros dispositivos con Arduino: de un semáforo a una impresora 3D”.
¿Deberían los adultos aprender robótica?
Si ya te has ido infancia, esto no significa que las puertas de la robótica estén cerradas para ti. También puedes inscribirte en cursos o estudiarlo por tu cuenta.
Si una persona decide hacer esto como pasatiempo, su camino será el mismo que el de un niño. Sin embargo, está claro que es poco probable que puedas avanzar más allá del nivel amateur sin una formación profesional (ingeniero de diseño, programador e ingeniero electrónico), aunque, por supuesto, nadie te prohíbe realizar prácticas en una empresa. y roer obstinadamente el granito de una nueva dirección para ti.
Oleg Kivokurtsev: “Será más fácil para un adulto dominar la robótica, pero factor importante es hora."
Para aquellos que tienen una especialidad similar, pero quieren reciclarse, también hay varios cursos que pueden ayudarles. Por ejemplo, para los especialistas en aprendizaje automático será adecuado curso en línea gratuito en robótica probabilística “Inteligencia artificial en robótica”. También está el programa educativo Intel, el proyecto educativo Lectorium, cursos a distancia ITMO. No te olvides de los libros, por ejemplo, hay mucha literatura para principiantes (“Conceptos básicos de robótica”, “Introducción a la robótica”, “ libro de escritorio robótica"). Elija lo que sea más claro y adecuado para usted.
Debe recordarse que el trabajo serio se diferencia del hobby amateur al menos en el costo del equipo y la lista de tareas asignadas al empleado. Una cosa es montar el robot más sencillo con tus propias manos y otra muy distinta es practicar, por ejemplo, la visión por ordenador. Por lo tanto, es aún mejor estudiar los conceptos básicos de diseño, programación e ingeniería de hardware con primeros años y posteriormente, si te gustó, ingresar a una universidad especializada.
¿A qué universidades debería ir?
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Las carreras relacionadas con la robótica se pueden encontrar en las siguientes universidades:
— Universidad Tecnológica de Moscú (MIREA, MGUPI, MITHT);
— Estado de Moscú Universidad Tecnica a ellos. NE Bauman;
— Universidad Tecnológica Estatal de Moscú “Stankin”;
- Nacional universidad de investigacion"MPEI" (Moscú);
— Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo (Moscú);
— Moscú Universidad Estatal rutas de transporte del emperador Nicolás II;
— Universidad Estatal de Producción de Alimentos de Moscú;
— Universidad Estatal Forestal de Moscú;
— Universidad Estatal de Instrumentación Aeroespacial de San Petersburgo (SGUAP);
— Universidad Nacional de Investigación de Tecnologías de la Información, Mecánica y Óptica de San Petersburgo (ITMO);
— Universidad Técnica Estatal de Magnitogorsk;
— Universidad Técnica Estatal de Omsk;
— Universidad Técnica Estatal de Saratov;
— Universidad de Innopolis (República de Tartaristán);
— Sur de Rusia universidad federal(Universidad Técnica Estatal de Novocherkassk).
El más importante
Conocer los conceptos básicos de la robótica pronto puede ser útil para la gente común, y la oportunidad de convertirse en un especialista en este campo parece muy prometedora, por lo que definitivamente vale la pena al menos probar suerte en la robótica.
