Началось все с того, что мы со Светозаром захотели построить шалаш. Мы собрали во дворе длинные веточки, нарвали траву. Но шалаш не получался. Ветки все время падали, а трава рассыпалась. Потом мы решили построить воздушный шар и отправиться в путешествие, стали собирать во дворе веревки, но и шар у нас тоже не получался.
И тогда Светозар сказал «Давай сделаем робота, и он нам все построит»
А кто такой робот? Наверно это такой железный человек с красными светящимися глазами! «И с лазерным пистолетом!» -говорит Светозар. «Давай построим доброго робота!» сказала я и работа началась.
А с чего начать, может как Леонардо да Винчи с чертежей? Симпатяга, но неподвижный рис1.
Зачем ему ноги, мы же не хотим, чтобы он быстро бегал, пусть работает, Сделаем ему побольше рук и вместо ног колеса! рис2.
Смотрим внимательно на чертежи- в первом случае робот имеет голову, глаза, руки, ноги- очень похож на человека- такой робот называется андроид. Во втором случае робот больше похож на машину- промышленный робот. Мы пока еще не решили, чем будет заниматься наш робот, но глядя на чертежи возникает вопрос: 1 Как же он будет шевелиться? Гипотеза 1- робот будет подвижный, если его сделать из мягкого гнущегося материала. Для этого подойдет снег? Нет -снег тает. Попробуем пластилин! Эксперимент1 Робот действительно получился подвижный. Руки свободно перемещаются. Испытаем руку многократным движением. Вверх-вниз. Вверх-вниз. Рука робота оторвалась. Вывод: Материал должен быть твердый, не вязкий. Может для образца просто взять свою руку? Понаблюдаем за своей рукой- Сгибается-разгибается. Рука состоит как бы из трех частей, имеющих соединение, в котором и происходит сгиб! Гипотеза 2 –робот будет подвижный, если сделать его из твердых частей, соединив их между собой. Возьмем картон, ножницы и проволоку рис3. Проанализируем объект. Проверяем модель – руки ноги двигаются. Движения можно производить неограниченное количество раз! Цель достигнута –модель получилась. Наблюдение: Если мы бы сделали больше мелких деталей, наш робот был бы подвижнее! И тут возникает вопрос: 2.Но зачем его делать подвижнее? Может достаточно ему делать именно эти движения? Мы не поставили ему задачу- для чего он, что будет делать? Пусть делает что-то очень простое- например перекладывает скрепки из одной коробки в другую! А для этого достаточно одной руки! Теперь нам необходимо четко отработать его движения и решить из скольки частей должна состоять его рука? Рука должна вращаться вправо-влево Первый сгиб движение вверх-вниз -это как плечо, тянет за собой всю руку. Второй сгиб -как локоть движение вверх-вниз позволяет ближе подойти к скрепке, для ее дальнейшего перемещения Третий сгиб- как ладонь движение вверх-вниз подходит очень близко к скрепке Четвертый сгиб- как пальцы движение вперед-назад –схватить скрепку (наблюдение- достаточно двух пальцев) Пальцы схватили скрепку, руке достаточно просто повернуть плечо и разжать пальцы, с помощью движений 1 и 5 и наша задача выполнена- Скрепка перемещена в другую коробку. Обратившись к руководителю проекта, мы узнаем что: Такой робот в виде одной руки называется манипулятором! Наука, изучающая движение называется – кинематикой! Одна неподвижная часть руки -называется сегмент или звено! Два звена соединенных между собой в подвижную пару – называется кинематической парой! Если таких соединенных звеньев много и они соединены, чтобы выполнить одну задачу по перемещению, они образуют кинематическую цепь! И наш манипулятор ничто иное, как кинематическая цепь! А самая главная часть любого робота, любой машины –это рабочий орган, которым выполняется полезная для нас работа, а все остальные части существуют для того, чтобы рабочий орган мог выполнять движения, чтобы выполнить свою работу. Рис.4 Но тут у нас возникает вопрос 3. Но почему, же наш робот не двигается сам? В случае с картонной моделью -Его приводят в движение наши руки! Мы уже не маленькие по нашим наблюдениям знаем: Для того, чтобы заработал фен у мамы его надо включить в розетку. Для того, чтобы заработала мясорубка, ее надо включить в розетку! Фен и мясорубка крутятся, когда их включают в розетку, а почему же тогда не крутятся настольная лампа или утюг когда их включают в розетку? Потому что у них нет двигателя! А вот часы они работают от розетки а если отключить от розетки и вставить батарейку они тоже будут идти. Значит, для нашего робота необходим ток (питание) и двигатель. В качестве эксперимента возьмем и соберем готовую модель робота купленную в магазине. Эксперимент 2
рис5.
Собираем робота для запуска мыльных пузырей. В конструкторе представлены схемы и детали. Вот неподвижные части. Вот двигатель. Двигатель будет вращать каркас, через который надуваются пузыри. Через проводки двигатель присоединяется к батарее питания. Робот готов! Но для того, чтобы он работал необходимо еще ему сделать сырье для его работы. Смешиваем мыльный раствор, наливаем включаем. Двигатель работает, каркас крутится, мыльные пузыри надуваются. Из опыта делаем вывод: Для того чтобы привести в движение подвижные части робота- кинематические пары необходимы двигатель и питание. Вернемся теперь к рис .4 Вот мы построили робот манипулятор, все части свободно двигаются, приводятся в движение двигателями , решили вопрос о питании робота. Но включив его видим, что рабочий орган перемещается в другую сторону, не вовремя захватывает скрепку, поднимается над коробкой то выше, то ниже. Вывод: Рабочий орган не знает, куда ему ехать, не знает положение скрепки в пространстве. Роботу нужны мозги! Эксперимент3. Завяжем глаза Алине. На стол положим яблоко. Пусть рука Алины рабочий орган. Задача -схватить яблоко Алина начинает выполнять команды «Шаг вперед!»,«Налево!», «Рука вверх» ,«Вперед», «Разжать пальцы!» «Сомкнуть» Цель достигнута! Яблоко в руках! Эксперимент 4. Завяжем глаза Светозару. Светозар должен найти яблоко. Светозар долго пытается найти яблоко. Но у него не получается. Вывод- Роботу нужна программа, четкое описание положения точки в пространстве. Эксперимент 5.Спрячем яблоко. Напишем на бумаге программу «влево 1шаг», «вправо 2 шага»,«поднять руку», «взять яблоко».Светозар заходит в комнату. Даем ему программу. Светозар ищет, но не находит яблоко. Вывод: для того чтобы программа была выполнима Светозару необходимо встать на то место, откуда он будет вести отсчет шагов. Необходимо задать точку отсчета.
Гипотеза 3 Для определения положения предмета в пространстве достаточно точки отсчета
Эксперимент 6 Положим яблоко на пол в середине комнаты. Мелом на полу Обозначим точку отсчета. Попробуем описать положение яблока от точки. Алина встает на точку. Считаем до яблока «2 шага». Сдвинем яблоко немного в сторону. Считаем до яблока «2 шага» Алина идет из точки отсчета, но она
повернулась в сторону яблока на пол оборота. Если бы Алина шла прямо, как
раньше, ей бы пришлось дойти до места, где лежало яблоко и сделать шаг в сторону. Вывод: Для определения положения предмета недостаточно задать точку отсчета
Обратимся к руководителю проекта.
Эксперимент 7 От точки отсчета на полу мелом рисуем две прямые –оси,
И обозначаем одну ось-X. другую Y. На свободное поле кладем яболко.
Теперь можно определить положение яблока. Алина идет «три шага по оси Х,
Два шага по оси Y». Сдвигаем яблоко. Светозар идет «два шага по оси Х.
Два шага по оси Y».
А теперь меняем задачу: Алины в комнате нет. Даем Светозару яблоко в руки
и задаем программу «Х=3; Y=4». Светозар кладет яблоко на заданное место.
Алина заходит в комнату. По осям Алина высчитывает положение яблока.
«Х=3; Y=4».
Эксперимент 8 Кладем яблоко на стол. Светозар идет по осям «Х=3; Y=1. ?»
« И я бы прошел вверх два шага!» Эта ось называется «Z».
Эксперимент 9 Светозар –«рабочий орган робота» ему необходимо в комнате выкрутить лампочку. Пишем программу «Х=3; Y=2; Z=5» Цель достигнута!
(По оси Z=5 встаем на табурет.)
Попробуем понять положение осей при помощи кубиков.
Рис.6
Закрепляем полученные навыки на бумаге.
Фото рис 7.
Обратимся к руководителю проекта
Выводы:
Отрезок на оси характеризующий положение точки (предмета) называется
координатой по этой оси
Положение точки (предмета) в пространстве можно описать с помощью осей которые называют «оси координат»
Рабочий орган робота всегда показывает направление оси Z.
Обрабатываемый предмет- то к чему должен подъехать рабочий орган,
Всегда лежит на оси Х. А направление этих осей можно определить, если правую расположить по направлению движения рабочего органа.
Рис .7
Перемещение рабочего органа робота, к обрабатываемому предмету,
называют позиционированием
А программы перемещения с помощью которых робот находит нужное положение называют программами позиционирования.
Теперь мы хотим сами написать такую программу.
Рис.9
Рис.8.
В завершение нашей работы можем сделать такие выводы
Робот это сложное устройство и чтобы его построить необходимо:
1. Четко определить задачу -Что он будет делать
2. Построить его тело состоящее из соединенных между собой звеньев, обеспечивающих свободное движение для достижения поставленной задачи
3. Чтобы привести робота в движение, необходимы двигатели.
4. Для работы двигателя необходимо питание от сети (розетки) или батарейки или от чего-то другого
5. Необходима правильно написанная программа. И устройство для ее ввода
и обеспечения связи с роботом.
Нам еще много надо учиться, чтобы построить Робота!