Функциональное разнообразие роботов
Предмет: Технология, 5 класс
Автор: Резанов Леонид Владимирович

Планируемые образовательные результаты

.
Предметные результаты:

В области познавательной культуры:

знания основных технологических понятий;

знания о назначении и технологических свойствах материалов;

В области нравственной культуры:

способность проявлять инициативу, творчество, креативность при организации совместных действий, доброжелательное и уважительное отношение к партнерам, независимо от особенностей их здоровья, физической и технической подготовленности;

способность проявлять дисциплинированность и уважительное отношение к другим учащимся в процессе учебной и трудовой деятельности.

В области трудовой культуры:

Способность планировать работу с учетом имеющихся ресурсов и условий;

Способность самостоятельно организовывать индивидуальную и коллективную трудовую деятельность в зависимости от индивидуальной ориентации на будущую профессиональную деятельность.

В области коммуникативной культуры:

Способность интересно и грамотно излагать знания о технологической культуре;

Способность формулировать цели и задачи деятельности, аргументировано вести диалог по основам ее организации и реализации.

В мотивационной сфере:

оценивание своей способности и готовности к труду в конкретной предметной деятельности;

оценивание своей способности и готовности к предпринимательской деятельности;

выбор профиля технологической подготовки в старших классах полной средней школы или профессии в учреждениях начального профессионального или среднего специального обучения;

выраженная готовность к труду в сфере материального производства или сфере услуг;

согласование своих потребностей и требований с потребностями и требованиями других участников познавательно-трудовой деятельности;

осознание ответственности за качество результатов труда;

В физиолого-психологической сфере:

Метапредметные результаты:

Понимание технологических процессов как основы современного производства и современной постиндустриальной культуры;

Понимание влияния технологических процессов на окружающую среду, здоровье человека как важнейшего условия саморазвития и самореализации, осознание свободы выбора профессиональной деятельности;

Бережное отношение к собственному здоровью и здоровью окружающих, проявление доброжелательности и отзывчивости к людям, имеющим ограниченные возможности здоровья;

добросовестное выполнение учебных заданий, осознанное стремление к освоению новых знаний и умений, качественно повышающих результативность выполнения заданий;

владение культурой речи, ведение диалога в доброжелательной форме, проявление к собеседнику внимания, уважения;

Личностные результаты:

Владение знаниями об основных технологических понятиях, видах, приемах и последовательности выполнения технологических операций;

Владение знаниями о влиянии различных технологий обработки материалов и получения продукции на окружающую среду и здоровье человека;

Владение знаниями о профессиях и специальностях, связанных с обработкой материалов;

Текст

Вспомните, в какой момент обычное управляемое устройство становится роботом? Что возникает у человека в представлении, когда звучит термин «робот»? Какой вообще вид могут иметь устройства, относящиеся к роботам? Как в зависимость от внешнего вида будут отличаться их функциональные возможности?

Давайте обсудим, какие вообще бывают роботы.

Рассмотрим две большие группы роботов: стационарные роботы на фундаменте и мобильные роботы, выполняющие работы всюду, куда смогут добраться.

В какой же области деятельности могут использоваться роботы, и какие они могут быть?

Стационарные и мобильные роботы

Давайте разберем, какие вообще бывают роботы.

Все роботы можно разделить на две большие группы (рис.10.14):

стационарные роботы на фундаменте, которые обычно используются в промышленности, на линиях сборки и сварки кузовных деталей автомобилей.

мобильные роботы, которые могут перемещаться, как робот-пылесос всюду, и выполнять работу везде, куда смогут добраться.

В свою очередь, мобильные роботы можно разделить по способу передвижения на следующие виды: передвигающиеся на колесах или гусеницах, шагающие роботы, плавающие и летающие роботы.

Рис.10.14. Различные виды роботов

Промышленные роботы
Промышленные роботы - это, как правило, мощные роботы-манипуляторы, установленные на неподвижный фундамент и способные выполнять действия в радиусе, равном длине их «руки». На конвейере их ставят в ряд сразу несколько штук, и каждый выполняет несколько операций (рис. 10.15): таких, как сварка, резка, диагностика события.

Рис. 10.15. Сборочная линия с промышленным роботами.

Для разработки таких роботов нужны знания в области механики, теории машин и механизмов и силовой электрики, так как захваты деталей у них срабатывают от пневматического или гидравлического привода.

Медицинские роботы

Уже с две тысяча первого года медицинские роботы для хирургических операций используются в реальных условиях.

Такие роботы выполняют свои функции, используя манипуляторы, через систему дистанционного слежения. Это позволяет лишний раз не касаться тканей больного человека во время операции, а значит - меньше травмировать больной орган.

Так же к разряду медицинских роботов можно отнести и экзоскелеты, которые помогают людям с проблемами в опорно-двигательной системе передвигаться по полу, шагая ногами (рис. 10.17).

Рис. 10.17. Человек, использующий экзоскелет

Они могут быть использованы в качестве протезов рук — брать предметы, управлять такими электронными мышцами сейчас уже возможно, снимая датчиками сигналы с мышц человеческого тела. Наука, занимающаяся подобными проблемами, называется бионика.

Подводные роботы

Подводные роботы используются в морском деле для проведения аварийно-спасательных работ и различных исследований на дне моря (рис. 10.18).

Рис.10.18. Подводный робот

Работа таких роботов осложняется тем, что ими невозможно управлять дистанционно, по радио-каналу. Как известно, радиоволны очень плохо распространяются в водной среде, поэтому таких автономных роботов надо заранее тщательно программировать, чтобы они смогли выполнить поставленную задачу и вернуться на базу самостоятельно.

Сельскохозяйственные роботы

Такие роботы могут быть очень актуальными в наших российских условиях. Поскольку в нашей стране много земли и мало людей, приходящихся на один квадратный километр, то при выращивании на больших площадях различных растений без автоматических помощников никак не обойтись (рис. 10.19).

Рис. 10.19. Роботы, используемые в растенееводстве

Преимущество робота перед человеком в том, что он не устает при обработке большого количества насаждений и может работать круглые сутки — пока не кончится заряд в батареях. Такие роботы могут с большой аккуратностью распылять и удобрять почву прямо под корнями растений, экономя при этом ресурсы и оберегая сами растения, не заставляя людей дышать вредными испарениями.

Строительные роботы

Для строительства жилых домов в мире начинают использовать метод 3D-печати. Однако если изготовить на 3D-принтере пластмассовую поделку не составит особого труда, то для строительства больших объектов — таких как здания, необходимо решить массу технических, технологических и инженерных проблем.

Одна из самых актуальных задач – это подбор строительного материала: он должен быть пластичным, чтобы легко формировался при монтаже и быстро сохнущим, чтобы не деформировался, когда на первый слой будет наноситься второй. Консистенция такого материала должна напоминать зубную пасту.

Кроме того, дом из такого материала не должен разрушаться от внешних воздействий — ветра, солнца, дождя, снега, он должен хорошо защищать от жары и холода.

Сейчас такие материалы придумываются и защищаются патентами, в скором времени мы, возможно, увидим бум строительства домов – по технологии 3D-прототипирования. При этом будут использоваться строительные роботы (рис. 10.20).

Космические роботы

Первым космическим роботом можно считать Луноход, отправленный на Луну еще во времена СССР - в далеком 1970 году (рис.10.21)

Рис. 10.21. Советский луноход

В 2011 году американцами к Марсу был направлен робот «Кьюриосити» (рис. 10.22), название которого переводится на русский язык как «любознательность». При его отправке и высадке на Марс пришлось решать очень много технических и инженерных проблем, с которыми разработчики справились блестяще. Была разработана специальная платформа на реактивных двигателях, которая подлетев к поверхности Марса, «зависла» над ней, и марсоход очень бережно на лебедке сам с нее спустился на поверхность.

Рис. 10.22. Американский марсоход «Кьюриосити»

Робот был отправлен и к комете Чурюмова-Герасименко. Этот межпланетный агрегат — тоже полноценный робот проводит исследования поверхности в точки высадки, берет пробы грунта и анализирует их прямо на месте, передавая на Землю в цифровом виде данные о составе почвы и поверхности, на которой он работает.

Сервисные роботы

Сервисные роботы помогают нам в повседневной жизни. Именно к сервисным роботам можно отнести робот-пылесос, который помогает чистить пол в доме в отсутствие хозяев. Бывают сервисные роботы телеприсутствия, которые на выставках или в местах большого скопления людей они помогают сориентироваться, подсказывают, куда сейчас стоит сходить, и отвечают на вопросы посетителей.

В школе такие роботы телеприсутствия могут тем помочь ребятам, которые болеют и не могут прийти в школу на занятия, почувствовать себя в Рис.10.24. Робот на уроке в школе, в коллективе, побродить на переменке по коридорам, пообщаться с друзьями, получить задания на дом (рис. 10.24).

Бывают роботы-музыканты. Они не играют на своих музыкальных инструментах под фонограмму, а реально извлекают музыкальные звуки, ударяя палочками по барабанам, дотрагиваясь до струн гитар и нажимая клавиши своих инструментов. Такое шоу роботов в настоящее гастролирует по миру, бывает в России, и всегда пользуется огромной популярностью.

Еще один проект, который можно отнести к сервисным роботам, — это обучающийся робот-колобок (рис. 10.25). Он может быть полезен не только как забавная игрушка для ребенка, но и как способ совместного обучения. Такой робот задает вопросы и запоминает ответы, и может вести с каждым разом беседы на все более сложные темы.

Рис. 10.25. Обучающий робот колобок

Шагающие роботы

По способу перемещения сервисных роботов можно разделить на колесные, или гусеничные, и шагающие.

Самым известным из шагающих роботов являются японский робот Асимо. Такие роботы уже используются в некоторых кафе как разносчики заказанной еды.

Компании Бостон Динамик создала робота, которого называют шагающий мул. Эта компания продала свою разработку компании Гугл за несколько миллиардов долларов. И теперь такой шагающий четырехногий робот стал использоваться для переноса тяжестей через пересеченную местность. Такой переносчик не устает даже после перехода в 70 км, для его работы достаточно только подзарядить батарейки.

Рис.10.26. Робот – шагающий мул

Круиз-контроль

К сервисным роботам можно отнести и систему круиз-контроля на автомобилях. Причем, если раньше такие системы только поддерживали определенную скорость при движении по трассе, то сейчас, появились значительно более интеллектуальные системы круиз-контроля, которые определяют еще и расстояние до идущего впереди автомобиля и позволяют двигаться со скоростью задаваемой лидером в колонне. Следующим этапом развития такой технологии становится способ управления группой транспортных средств в езде за лидером. Таким образом, колонну автомобилей ведет водитель, сидящий в первой машине, а водители в ведомых автомобилях могут не следить внимательно за дорожной обстановкой, а заниматься чем-либо другим (рис. 10.27): пить кофе, проверять почту, слушать музыку или читать книгу.

Рис. 10.27. Использование круиз-контроля в автомобилях

Такая система уже создана европейским сообществом, испытана на треках компании Вольво и сейчас уже запускается в коммерческую эксплуатацию. Называется эта система по имени философа — Сартр.

Конечно, для разработки таких систем нужны знания по механике, электрике, гидравлике, электронике, программированию, протоколам связи. В связи со сложностью решения такого рода задач, над их решением трудятся большие коллективы.

Основные понятия и термины:

роботы стационарные, роботы мобильные, роботы промышленные, роботы медицинские, роботы подводные, роботы сельскохозяйственные, роботы строительные, роботы космические, роботы сервисные, роботы шагающие, круиз-контроль.

Вопросы и задания

1. Какую систему классификации вы можете предложить для роботов?

2. Каких роботов целесообразно использовать для работы на конвейере автомобильного предприятия (шагающих, стационарных, мобильных)? Объясните, почему вы сделали такой выбор.

3. Какими должны быть подводные роботы: управляемые по программе (автономных) или управляемые дистанционно? Почему?

4. Как называется наука о применении в технических устройствах принципов организации, функций и структур живой природы?

5. Что можно считать первым космическим роботом? Какие еще космические роботы вам известны?Задание 1. Выберите один из типов роботов и подготовьте доклад о роботах данного типа.

Практическая работа

Мы познакомились с мобильными роботами, применение которых всё больше находит своё применение в быту, в медицине, в образовании и сфере услуг. Заполните приведённую ниже таблицу

Название мобильного робота по способу передвижения

Сфера использования

Специальные требования к созданию робота

Шагающий

Плавающий

Летающий

Самостоятельная работа

Выберите один из типов роботов и подготовьте доклад о роботах данного типа.

Вопросы

1. На какие группы можно разделить всех существующих роботов?

2. Для чего используются роботы в промышленности?

3. Приведите примеры мобильных роботов. В чём их особое предназначение?

4. Что такое экзоскелет?

5. Для чего необходимо использовать роботов в сельском хозяйстве?

6. Приведите пример первого советского робота. Где он был испытан?