Первое российское образовательное робототехническое пособие «Лунная Одиссея». Пособие предназначено для учителей и учеников 5-9 классов. Такой проект — скорее исключение из правил. Отечественные учебные пособия о робототехнике пока — редкость.

По каким учебникам учатся сегодняшние школьники-робототехники? Какие материалы в соревновательной робототехнике используют лучшие тренеры? Какими книгами пользуются учителя на уроках информатики? Мы поговорили о настоящем и будущем российских учебников с практиками робототехники.

Какой учебной, методической, научной литературой по робототехнике вы пользуетесь или пользовались?

Сергей Косаченко , тренер команд ОГБОУ «Томский физико-технический лицей» :

В нашем Томском физико-техническом лицее первоначально на учебных занятиях мы использовали знаменитую книгу «Робототехника для детей и родителей» Сергея Александровича Филиппова. В этой книге хорошо описаны базовые алгоритмы, которые изучали на элективных занятиях по робототехнике.

Однако, структура данной книги не совсем подходит под школьные уроки, поэтому когда настал момент выбора УМК (учебно-методический комплекс — прим.ред. ) для введения обязательных учебных занятий по робототехники в рамках предмета «Технология» в 5 и 6 классах, мы остановили свой выбор на учебном пособии «Первый шаг в робототехнику. 5–6 классы: практикум» Дениса Геннадьевича Копосова.

Эта книга подходила нашему лицею и по рассматриваемому в ней робототехническому конструктору (LEGO Mindstorms NXT), которым были укомплектованы наши робоклассы.

Со временем мы ввели учебные занятия и по микроэлектронике на основе контроллера Arduino, поэтому при дефиците учебной литературы, структурированной под школьные учебные занятия, мы, используя и перерабатывая информационный материал из сети интернет, например, wiki компании Амперка, написали сначала поурочные разработки (карты уроков), которые позже оформились в книги, соавтором которых я также являюсь: «Основы программирования микроконтроллеров (часть 1)» и «Основы робототехники (часть 2)» . Это стало возможным благодаря сотрудничеству с компаниями Амперка и Экзамен-ТехноЛаб. В обеих книгах рассматривается Arduino-совместимый контроллер, имеются подробные примеры его программирования. Мне также известны замечательные книги по робототехнике Олега Горнова и семьи Овсяницких (Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий), которые мы не используем в лицее из-за их ориентации на не используемые у нас робототехнические наборы.

Сергей Мустафин , эксперт РАОР, тренер всероссийской сборной по робототехнике, тренер команд-чемпионов всероссийских и всемирных состязаний роботов :

На мой взгляд, к сожалению, литературы, позволяющей ребятам заниматься, готовиться к соревнованиям, практически нет. Либо ВУЗовские учебники, либо относительно простые методички. Преимущественно используются интернет-ресурсы.

Виктор Тарапата , учитель информатики ГБОУ Школа №283, ведущий методист по образовательной робототехнике издательства Лаборатория знаний (Пилот) :

Насколько сильно дифференцированы учебники по возрастам на ваш взгляд?

Сергей Косаченко : Учебные пособия Д.Г.Копосова хорошо дифференцированы по возрастам, что отражается в их названиях. Книга С.А.Филиппова, выдержавшая уже третье издание, является, на мой взгляд, универсальной.

Сергей Мустафин : Либо простые методички либо очень сложные учебники высшей школы. Безусловно, есть несколько исключений (Филиппов, Овсяницкий…).

Виктор Тарапата : Для строгости, мы не можем говорить об учебниках, так как учебник бывает только по предмету, который есть в учебной программе. Поэтому сегодня приходится говорить, в общем, только об учебных пособиях. Их дифференцированность по возрастам имеет явный крен на пользователей робототехнических комплексов компании LEGO, а это 5-6 класс (в большинстве). В иноязычном сегменте также есть достаточно много литературы и ресурсов по платформе Arduino, и всё это потихоньку локализуется или создаётся своё в русскоязычном сегменте. Arduino — это платформа, которой дети могут начинаться заниматься с 8 классе — это оптимально, так как будет создана корреляция со школьной программой по физике, информатике, математике.

Лидия Белиовская : Я знакома с учебниками для средней школы. А вот учебников для старшеклассников, на мой взгляд, нет. Можно посоветовать книгу “Программируем микрокомпьютер NXT в Lab VIEW” + DVD.

Как по вашему мнению, в образовательной робототехнике в России достаточно учебных материалов для учащихся?

Сергей Косаченко : Я не ощущаю избытка в русскоязычных учебных материалах по робототехнике для учащихся, скорее наблюдается дефицит. Иными словами, есть темы, которые многократно повторяются в разных книгах, и есть темы, которые либо слабо освещены, либо вообще никак не адаптированы для российских школьников.

Переводы и издания интересных зарубежных книг появляются на нашем рынке на три-четыре года позже.

Сергей Мустафин : Безусловно недостаточно.

Виктор Тарапата : Несмотря на то, что издательство Лаборатория знаний сегодня является лидером по количеству выпускаемых учебных материалов по робототехнике и другие издания и интернет-ресурсы стремятся предложить всё больше материалов, всё-таки ощущается очень сильная нехватка, неинформированность об этих материалах педагогов, которые в школах ведут робототехнику.

Если в среднем образовании ситуация уже меняется, то на высшем уровне, в педагогических вузах, нет ни одного широкоформатного учебного пособия по методике обучения робототехнике, что можно было бы сделать для студентов математических, физических и информационно-технических направленностей. Отсюда явная нехватка квалифицированных кадров.

С другой стороны, систематизировать преподавание робототехники или средствами робототехники довольно проблематично из-за сменяемости платформ, разрозненности развития этого направления на уровне регионов. Но радует то, что эти проблемы уже осознаны и поступательно решаются сообществом.

Лидия Белиовская : Образовательных материалов для учащихся достаточно. Для педагогов желательно разработать дополнительно методические пособия.

Сейчас в робототехнике довольно сложная ситуация с кадрами. Педагоги-профи сложно входят в робототехнику, а грамотная технически молодежь может работать со школьниками и родителями с большими трудностями.

Нужен ли единый учебник по робототехнике? Нужна ли единая учебная программа?

Сергей Косаченко : На мой взгляд, единый учебник по робототехнике, будет скорее очень вреден для перспективного развития образовательной робототехники в России. Основная причина кроется в невозможности написания единого учебника таким образом, чтобы в нем описывались практические задания под разнообразные робототехнические наборы. Это вынудит авторов такого учебника пойти на компромисс и выбрать в качестве базового какой-то один робототехнический набор. К сожалению, сегодня идеального робототехнического набора для учебных занятий в школе по робототехнике на рынке не существует.

Напротив, единая учебная программа по робототехнике в статусе рекомендованной с подробным учебно-тематическим планированием, без упоминаний в названиях тем конкретных брендов и робототехнических наборов в настоящий момент очень необходима для школьных педагогов, и, по моему, она оказала бы значимую помощь при введении учебных занятий робототехники в российских школах.

Сергей Мустафин : На мой взгляд это невозможно. Робототехника — собирательная наука с множеством разделов и направлений. Изучение сильно завязано на оборудовании, которое невозможно и не нужно стандартизировать.

Виктор Тарапата : Как я уже говорил ранее, единый учебник возможен при появлении такого предмета как Робототехника. Поэтому вопрос, скорее, а нужен ли такой предмет, прежде всего, в школе? Ответ здесь не может быть однозначным. Так как сетка часов в школе и так довольно загружена, а значит, придется пожертвовать урочными часами каких-то предметов. Сделать это непросто, начиная с центральной линии государства и минобрнауки, заканчивая нагрузкой педагогов-предметников. Добавлять такой предмет без потерь, а с увлечением учебной нагрузки — снова проблема, родители будут против, да и квалифицированных педагогов, опять же, нет.

Когда-то, в 80-ых, подобная полемика была и с Информатикой. Теперь, как видно, это полноценный развитый предмет, имеющий большую популярность среди выпускников.

Лидия Белиовская : Единый учебник не нужен, нужны вариативные курсы. Числом поболее, содержанием поразнообразнее. Вместо программы — перечень компетенций (решений задач по робототехнике).

Нужна бальная шкала оценки успехов ребят и возможность учитывать высокие результаты школьника при поступлении в ВУЗ.

Что прочесть/изучить какой материал должен каждый, кто хочет добиться успеха в робототехнике?

Сергей Косаченко : Если определить успех, как некоторую сумму знаний, необходимых для понимания основ робототехники (механика, электроника, программирование), то можно изучить книги, упомянутые выше, и изучить дополнительные источники информации, например, специализированные форумы, wiki робототехнических сообществ и т.д. Если же для человека успех - это интерес для профессионального становления, как практическое создание и эксплуатация роботов, то в этом случае советую читать учебники, ориентированные на студентов ВУЗов, читать материалы, желательно на английском языке, современных научных конференций и форумов, посвященных робототехнике.

Сергей Мустафин : Успех в робототехнике очень субъективное понятие. Если говорить о создании проектов, то читать скорее необходимо физику, изучать программирование и математику. В спортивной робототехнике тоже есть свои особенности: приходится детальнее погружаться в особенности работы сенсоров, контролеров, протоколов, разбираться в механике и мехатронике.

Виктор Тарапата : Успех возможен только если пройти три уровня: делай, как я; делай с моей помощью, делай сам.

На первом уровне — серия РОБОФИШКИ, она полностью отвечает потребностям данного уровня, а также уже сейчас есть издания, дающие выход и на второй уровень.

Для второго уровня нашим издательством готовится принципиально новая серия, которая расширит границы робототехники и покажет, что это не просто создание работающих механизмов, а целые ответвления в различные области деятельности и наук, которые необходимо изучить и ими овладеть. Плюс для этого уровня сеть Интернет — в ней можно найти различные сообщества и видеоматериалы, которые позволят робототехнику «прокачать скиллы» в робототехнике.

Для третьего уровня — уже сам человек, который достаточно знает на прикладном уровне и готов претворять в жизнь свои самые смелые фантазии как на ступени индивидуального интереса, так и на ступени профессиональной жизни.

Лидия Белиовская : Чтобы добиться успехов, нужен классный педагог и команда единомышленников. Одному в робототехнике трудно добиваться успехов. Советую изучать различные проекты в интернете, работать на форумах — и вам помогут.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Институт проблем машиноведения

Серия «Шаги в кибернетику»

С. А. Филиппов

Робототехника для детей и родителей

Под редакцией д-ра техн. наук, проф. А. Л. Фрадкова

Издание 3-е, дополненное и исправленное

Санкт-Петербург «НАУКА»

УДК 621.86/.87 ББК 32.816

Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2013. 319 с.

ISBN 978-5-02-038-200-8

Уже много лет мы читаем в книгах и газетах, слышим по радио и из телевизора, что скоро нас будут окружать умные, добрые и интересные роботы. Однако в реальной жизни роботов все нет и нет. Лишь несколько лет назад знаменитая датская компания Lego сделала роскошный подарок любителям мехатроники, роботов и других кибернетических игр и игрушек: выпустила робототехнический конструктор Lego Mindstorms NXT, который с успехом используется как дома, так и в учебе.

Эта книга одна из первых на русском языке поможет не только самому строить и программировать разнообразных роботов из Lego, но и научить этому других школьников, студентов. В ней рассматриваются основы конструирования, программирования на языках NXT-G, Robolab и RobotC, а также элементы теории автоматического управления.

В третьем издании добавлены описания усовершенствованых конструкций роботов, а также рассмотрены новые задачи: прохождение лабиринта, роботыманипуляторы, инверсная линия и др. По-прежнему большое внимание уделено алгоритмам управления: от П- и ПД-регулятора для движения по линии до ПИДрегулятора для балансирующего робота-сигвея.

Предназначена для преподавателей кружков робототехники школ и вузов, для широкого круга читателей.

Рецензент д-р техн. наук, проф. Б. Р. Андриевский

Предисловие..............................................................................................................
Глава 1. Знакомство с конструктором................................................................
Как он может попасть к Вам в руки.....................................................................
Наборы для школы и дома...................................................................................
Основной состав набора: что мы купили?...........................................................
Электроника................................................................................................................
Детали для конструирования.....................................................................................
Что потребуется еще? .................................................................................................
Обзор дополнительных возможностей................................................................
Программное обеспечение...................................................................................
Зарубежные разработки..............................................................................................
Отечественные разработки.........................................................................................
Глава 2. Конструирование....................................................................................
Способы крепления деталей................................................................................
Различия принципов конструирования RIS и NXT..................................................
Первая игра: фантастическое животное....................................................................
Высокая башня............................................................................................................
Механический манипулятор......................................................................................
Механическая передача.......................................................................................
Передаточное отношение...........................................................................................
Волчок..........................................................................................................................
Редуктор.......................................................................................................................
Глава 3. Первые модели........................................................................................
Моторы вперед!....................................................................................................
NXT Program................................................................................................................
NXT-G..........................................................................................................................
Robolab 2.9...................................................................................................................
RobotC ..........................................................................................................................
Тележки................................................................................................................
Одномоторная тележка...............................................................................................
Полноприводная тележка...........................................................................................
Тележка с автономным управлением........................................................................
Тележка с изменением передаточного отношения...................................................
Робот-тягач..................................................................................................................

Шагающие роботы...............................................................................................
.........
Четвероногий пешеход...............................................................................................
Универсальный ходок для NXT 2.0...........................................................................
Маятник Капицы..................................................................................................
Двухмоторная тележка.........................................................................................
Трехточечная схема....................................................................................................
Простейшая тележка...................................................................................................
Программирование без компьютера..........................................................................
Компактная тележка...................................................................................................
Полный привод............................................................................................................
Глава 4. Программирование в NXT-G ................................................................
Введение...............................................................................................................
Знакомство с NXT-G............................................................................................
Новая программа.........................................................................................................
Интерфейс NXT-G ......................................................................................................
Ветвления.....................................................................................................................
Циклы...........................................................................................................................
Переменные.................................................................................................................
Robo Center...........................................................................................................
TriBot..........................................................................................................................
RoboArm.....................................................................................................................
Spike ...........................................................................................................................
Alpha Rex ...................................................................................................................
Глава 5. Программирование в Robolab.............................................................
Введение.............................................................................................................
Режим «Администратор» ...................................................................................
Режим «Программист».......................................................................................
Основные окна..........................................................................................................
Готовые примеры программ.....................................................................................
Взаимодействие с NXT.............................................................................................
Типы команд......................................................................................................
Команды действия..............................................................................................
Базовые команды.......................................................................................................
Продвинутое управление моторами........................................................................
Моторы NXT .............................................................................................................
Команды ожидания............................................................................................
Ожидание интервала времени..................................................................................
Ожидание показаний датчика..................................................................................
Ожидание значения контейнера..............................................................................
Ожидание значения таймера....................................................................................

Управляющие структуры...................................................................................
Задачи и подпрограммы...........................................................................................
Ветвления...................................................................................................................
Прыжки......................................................................................................................
Циклы.........................................................................................................................
События.....................................................................................................................
Модификаторы...................................................................................................
Модификаторы-константы.......................................................................................
Контейнеры........................................................................................................
Операции с выражениями........................................................................................
Интерфейс NXT..................................................................................................
Библиотеки пользователя...................................................................................
Глава 6. Программирование в RobotC..............................................................
Введение.............................................................................................................
Firmware.....................................................................................................................
Hello, world!...............................................................................................................
Структура программы...............................................................................................
Управление моторами........................................................................................
Состояние моторов...................................................................................................
Встроенный датчик оборотов..................................................................................
Режим импульсной модуляции................................................................................
Зеркальное направление...........................................................................................
Датчики..............................................................................................................
Настройка моторов и датчиков................................................................................
Тип датчика...............................................................................................................
Задержки и таймеры...........................................................................................
Задержки....................................................................................................................
Таймеры.....................................................................................................................
Параллельные задачи.........................................................................................
Управление задачами................................................................................................
Работа с датчиком в параллельных задачах............................................................
Параллельное управление моторами.......................................................................
Графика на экране NXT............................................................................................
Массивы.....................................................................................................................
Операции с файлами.................................................................................................
Глава 7. Алгоритмы управления.......................................................................
Релейный регулятор...........................................................................................
Движение с одним датчиком освещенности...........................................................
Движение с двумя датчиками освещенности.........................................................
Пропорциональный регулятор...........................................................................

Описание....................................................................................................................
Управление мотором................................................................................................
Синхронизация моторов...........................................................................................
Взять азимут..............................................................................................................
Следование за инфракрасным мячом......................................................................
Движение по линии с двумя датчиками..................................................................
Движение вдоль стенки............................................................................................
Пропорционально-дифференциальный регулятор............................................
Движение вдоль стенки на ПД-регуляторе.............................................................
Движение по линии...................................................................................................
Кубическая составляющая.................................................................................
Плавающий коэффициент..................................................................................
ПИД-регулятор...................................................................................................
Формат RAW.............................................................................................................
Элементы теории автоматического управления в школе..................................
Глава 8. Задачи для робота.................................................................................
Управление без обратной связи.........................................................................
Движение в течение заданного времени вперед и назад.......................................
Повороты...................................................................................................................
Движение по квадрату..............................................................................................
Управление с обратной связью..........................................................................
Обратная связь...........................................................................................................
Точные перемещения................................................................................................
Кегельринг..........................................................................................................
Танец в круге.............................................................................................................
Не упасть со стола.....................................................................................................
Вытолкнуть все банки...............................................................................................
Не делать лишних движений....................................................................................
Движение по спирали...............................................................................................
Движение вдоль линии.......................................................................................
Один датчик...............................................................................................................
Два датчика................................................................................................................
Слалом........................................................................................................................
Инверсная линия.......................................................................................................
Путешествие по комнате....................................................................................
Маленький исследователь........................................................................................
Защита от застреваний..............................................................................................
Дополнительный датчик...........................................................................................
Объезд предметов..............................................................................................
Новая конструкция....................................................................................................
Поворот за угол.........................................................................................................
Фильтрация данных..................................................................................................

Роботы-барабанщики.........................................................................................
Предыстория..............................................................................................................
Калибровка и удар.....................................................................................................
Управление с помощью датчика..............................................................................
Создаем свой ритм....................................................................................................
Барабанщик с двумя палочками...............................................................................
Барабанщик на П-регуляторе...................................................................................
Запоминание ритма...................................................................................................
Лабиринт............................................................................................................
Виртуальные исполнители.......................................................................................
Полигон......................................................................................................................
Робот для лабиринта.................................................................................................
Известный лабиринт.................................................................................................
Правило правой руки................................................................................................
Удаленное управление.......................................................................................
Передача данных.......................................................................................................
Кодирование при передаче.......................................................................................
Дополнительный режим джойстика........................................................................
Передача данных в RobotC.......................................................................................
Роботы-манипуляторы.......................................................................................
Стрела манипулятора................................................................................................
Манипулятор с захватом..........................................................................................
Три степени свободы................................................................................................
Шестиногий робот.............................................................................................
Заключение...........................................................................................................
Литература............................................................................................................
Приложения..........................................................................................................
	Названия деталей......................................................................................
	Правила состязаний..................................................................................
Регламент соревнований роботов «Кегельринг»....................................................
П.3. Интернет-ресурсы по Lego Mindstorms NXT............................................
Языки и среды программирования для Lego Mindstorms NXT.............................
Правила состязаний роботов....................................................................................
Неофициальный гид изобретателя Lego Mindstorms NXT....................................

Предисловие

Уже много лет мы читаем в книгах и газетах, слышим по радио и из телевизора, что скоро нас будут окружать умные, добрые и интересные роботы. Однако в реальной жизни роботов все нет и нет. И так же часто в научно-технических журналах мы читаем о мехатронике - удивительной науке на стыке механики, электроники, компьютеров и теории управления (кибернетики). Однако и мехатронными устройствами ученые тоже что-то не торопятся нас окружить.

И вот несколько лет назад знаменитая датская компания Lego сделала роскошный подарок любителям мехатроники, роботов и других кибернетических игр и игрушек: выпустила робототехнический конструктор Lego Mindstorms. Из него можно собрать не только фантастические человекоподобные и другие роботы, не только разнообразные мехатронные устройства, но и приборы для измерения, связи, контроля и т.п. Главное же, этот конструктор позволяет легко и с удовольствием научиться самому строить такие штуковины и учить этому молодежь, начиная с возраста 8-10 лет. Следующее поколение киберконструктора, Lego Mindstorms NXT, обладает новыми возможностями: общение по протоколу Bluetooth, богатый набор бортовых датчиков, включая видеокамеры. Неужели скоро мы сами сможем окружить себя кибернетическими помощниками?

Проблема только в одном: нет пока на русском языке подходящих учебников для такого обучения. Однако предлагаемая вниманию читателя книга позволяет, кажется, решить и эту проблему. Из ее названия как раз и ясно, что она предназначена научить практической робототехнике детей и родителей. Причем учить этому, пользуясь советами опытного наставника, который сам прошел все этапы кибертворчества.

Сергей Александрович Филиппов имеет опыт руководства кружками робототехники в нескольких школах Санкт-Петербурга. Ведет семинары и мастер-классы для школьных учителей, методистов, для членов команд города на олимпиадах по роботам. Сам ездит на олимпиады и конференции со своими замечательными учениками1 . Наверное, поэтому книга получилась и увлекательной, и поучительной, и доступной. Поучительной не только для детей и родителей, купивших конструктор, но и для учителей школ, руководителей кружков и преподавателей вузов, стремящихся помочь своим ученикам сделать первые шаги в мир техники будущего, в мир робототехники и мехатроники.

1 В ноябре 2012 г. команда из Санкт-Петербурга Hand-Friend под руководством С. А. Филиппова в составе сборной России завоевала золотую медаль на Всемирной олимпиаде роботов в г. Куала-Лумпур, Малайзия, с проектом «Грета играет в ладушки». Вот имена чемпионов: Мария Муретова, Денис Никитин, Андрей Свечинский.

Удовольствие от чтения получат даже те, у кого еще пока нет киберконструктора: книга, как золотой ключик, откроет дверь в фантастическую страну кибернетических игр и игрушек, удивительно похожих на многие серьезные автоматические приборы и системы.

Мне особенно приятно, что часть описанных в книге идей и приемов родилась в ходе нашего совместного проекта «Киберфизическая лаборатория», начатого в 2008 г. физико-математическим лицеем №239

и кафедрой теоретической кибернетики математико-механического факультета СПбГУ под эгидой института проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) и поддержанного программой президиума РАН «Поддержка молодых ученых» и федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Среди других проектов отмечу Санкт-Петербургские олимпиады по кибернетике, проводимые с 1999 г. ведущими вузами города под эгидой ИПМаш РАН. Дальнейшую информацию об олимпиадах, книгах

и других наших проектах можно найти на сайте www.cyber-net.spb.ru .

Желая книге С. А. Филиппова успеха у читателей, отмечу и то, что за ней должны последовать другие, поскольку она открывает серию на- учно-популярных книг и учебных пособий «Шаги в кибернетику», предназначенную как для школьников и студентов, так и для родителей и преподавателей. Книги серии помогут выбрать будущую профессию, а тем, кто уже сделал свой выбор, помогут сделать первые шаги на пути к профессионализму, познакомиться «изнутри» с современной кибернетикой: роботами и киборгами, оптимизацией и адаптацией, искусственным интеллектом и управлением хаосом. Девиз серии «Учись играя» означает, что книги будут нацелены не только на обучение, но и на развлечение, на воспитание новых поклонников и фанатов увлекательной науки кибернетики, которой так много предстоит сделать в XXI веке.

В серии « Шаги в кибернетику» в 2011- 2013 гг. вышли следующие книги:

¾ В. Г. Быков «От маятника к роботу. Введение в компьютерное моделирование управляемых механических систем»,

¾ Р. М. Лучин «Программирование встроенных систем. От модели к

¾ С. А. Филиппов «Робототехника для детей и родителей», 2-е и 3-е

¾ «Санкт-Петербургские олимпиады по кибернетике 1999-2012».

Зав. лабораторией «Управление сложными системами» Института проблем машиноведения РАН доктор технических наук, профессор А. Л. Фрадков

Во третьем издании книги добавлено несколько тем, которые могут быть полезны начинающим робототехникам, улучшены иллюстрации, добавлены примеры на RobotC, а также исправлен ряд опечаток и ошибок.

Из нового отмечу следующие темы: улучшенная модель одномоторной тележки, робот для лабиринта, скоростной робот для движения по линии, робот-манипулятор, шестиногий шагающий робот, массивы и файлы в RobotC. Самые интересные алгоритмические примеры сосредоточены в главах «Алгоритмы управления» и «Задачи для робота».

Благодарю всех коллег и учеников, которые так или иначе приняли участие в работе над третьим изданием. Особенно рад выделить помощь Евгения Михайловича Сырова, благодаря содействию которого были выявлены многие неточности и опечатки.

Надеюсь, чтение этой книги будет интересным, а более всего принесут пользы практические опыты с роботами.

Пожелания и замечания прошу присылать по следующему адресу: [email protected] .

Заключение

В результате работы были решены следующие задачи:

1. Определена роль искусственного интеллекта в научно-техническом прогрессе. При помощи ИИ отдельно взятые люди смогут получить в свое распоряжение такие колоссальные материальные и интеллектуальные возможности, о которых до этого не могли мечтать целые государства. ИИ станет достойным преемником физической причины прогресса и сможет двигать его вперед намного эффективнее своей предшественницы. При этом поле его деятельности не ограничится Землей. Опираясь на вновь сгенерированные и уже известные изобретения он очень скоро выйдет за ее пределы.

2. Рассмотрено использование интеллектуальных информационных систем в различных прикладных областях. Экспертная система в отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности:

адаптирована для любого пользователя;

позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что., но и знать как.;

передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

3. Рассмотрена история развития роботов. Идея роботов зародилась в глубокой древности, в Древнем Египте в 3 тыс. до н.э. Робототехника развивалась по мере того, как развивались такие науки, как физика (в т. ч. механика), логика, математика. Первый человеко-робот (андроид) был создан в 16 веке.

4. Определенно современное состояние роботизации. Роботы еще не обладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта. Любой робот, приобретенный в процессе роботизации, несмотря на то, что является простым техническим механизмом, работает не непрерывно в течение трудового дня. Перерывы обусловлены необходимостью в уборке, профилактическом контроле, перебоями с энергоснабжением и т.д. Однако, тем не менее, эти временные затраты на перерывы значительно ниже, по сравнению с работой людей. Именно поэтому будущее промышленности за роботизацией.

5. Проанализирована роль робототехники в геологоразведывательной и космической промышленности. Вместе с тем, говоря о сегодняшних достижениях космической и геологоразведывательной робототехники, нужно понимать, что мы находимся лишь в начале пути. Возрастание состава задач, выполняемых с использованием робототехнических систем космического и геологоразведывательного назначения, а также повышение требований к качеству их решения делает необходимым формирование адекватной концепции их развития.

Список литературы

1. Афонин, В.Л. Интеллектуальные робототехнические системы [Текст]: курс лекций / В.Л. Афонин, В.А. Макушкин. - М.: Интернет-Ун-т Информ. Технологий, 2009. - 199 c.

2. Григорченков, Н.И. Состояние и перспективы развития робототехники на Барнаульском заводе механических прессов [Текст] / Н.И. Григорченков // Кузнеч. - штамповоч. пр-во. 1992. - N 11/12. - С.89.

3. Гилмор, Ч. Введение в микропроцессорную технику [Текст] / Ч. Гилмор. - М.: Мир, 1984. - 314 с.

4. Ивановский, Александр Владимирович. Начала робототехники: материал технической информации [Текст] / А.В. Ивановский. Минск: Вышэйш. шк., 1988. - 219 с.

5. Интеллектуальные роботы: учеб. пособие по направлению "Мехатроника и робототехника" [Текст] / И.А. Каляев [и др.]; под общ. ред.Е.И. Юревича. М.: Машиностроение, 2007. - 360 с.

6. Соловьёв, А.В. Когнитивная психология и искусственный интеллект: науч. аналит. обзор [Текст] / А.В. Соловьев; Рос. акад. наук, Ин-т науч. информ. по обществ. наукам. М.: [б. и.], 1992. - 77 с.

7. Конюх, Владимир Леонидович. Основы робототехники: учеб. пособие для вузов по направлениям подготовки 220300 "Автоматизация технол. процессов и пр-в" и 220400 "Мехатроника и робототехника" [Текст] / В.Л. Конюх - Ростов н/Д: Феникс, 2008. - 282 с.

8. Маслов, В.А. Робототехника берет старт [Текст] / В.А. Маслов, Ш.С. Муладжанов. - М.: Политиздат, 1986. - 109 с.

9. Мацкевич, В.В. Занимательная анатомия роботов [Текст] / В.В. Мацкевич. - М.: Сов. радио, 1980. - 159 с.

10. Подураев, Юрий Викторович. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие по специальности "Мехатроника" направления подготовки "Мехатроника и робототехника" [Текст] / Ю.В. Подураев.2-е изд., стер. - М.: Машиностроение, 2007. - 255 с.

11. Попов, Е.П. Роботы и ЭВМ [Текст] / Е.П. Попов, В.С. Медведев. М.: Знание, 1985. - 190 с.

12. Попов, Е.П., Робототехника [Текст] / Е.П. Попов, Е.И. Юревич. - М.: Машиностроение, 1984. - 288 с.

13. Попов, Е.П. Управляющие системы промышленных роботов [Текст] / Е.П. Попов, И.М. Макаров, В.А. Чиганов. - М.: Машиностроение, 1984. - 168 с.

14. Робототехника, прогноз, программирование [Текст] / Ю.М. Баяковский [и др.]; предисл. чл. - кор. РАН Ю.П. Попова и проф.Г. Г. Малинецкого; Ин-т прикладной математики им. М.В. Келдыша Рос. акад. наук. - М.: URSS: Изд-во ЛКИ, 2008. - 202 с.

15. Робототехника и автоматизация производственных процессов: тез. докл. к всесоюзной конф. [Текст] / Науч. сов. АН СССР по проблеме "Роботы и робототехнические системы". Ч.2. - Барнаул, 1983. - 178 с.

16. Робототехника и автоматизация производственных процессов: тез. докл. к всесоюзной конф. [Текст] / Науч. сов. АН СССР по проблеме "Роботы и робототехнические системы". Ч.4. - Барнаул, 1983. - 184 с.

17. Тихонов, Анатолий Федорович. Автоматизация и роботизация технологических процессов и машин в строительстве: учеб. пособие для вузов по специальности "Механизация и автоматизация в стр-ве" [Текст] / А.Ф. Тихонов. - М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2005. - 460 с.

18. Цыганков, Владимир Дмитриевич. Нейрокомпьютер и мозг [Текст] / В.Д. Цыганков; Междунар. ин-т теорет. и прикладной физики РАЕН. - М.: СИНТЕГ, 2001. - 241с.

19. Шахинпур, Мозен. Курс робототехники: материал технической информации [Текст] / М. Шахинпур; пер. с англ.С. С. Дмитриева; под ред. С.Л. Зенкевича. - М.: Мир, 1990. - 527 с.

20. Ямпольский, Л.С. Промышленная робототехника [Текст] / Л.С. Ямпольский. - Киев: Техника, 1984. - 264 с.

На видео когда робот движется по пересеченной местности, то представлять его в качестве бойца просто не позволяет здравый смысл (в этом образе, со встроенным оружием, его просто "жалко"). Если роботов в основном (а как же иначе, так и должно быть) собираются использовать в мирных целях, то... дело за развитием индустрии.
Кто-то возразит, что еще лет двадцать и роботы по пересеченной местности начнут бегать (да с оружием!), технологии же совершенствуются!
Ну так вот... суть в том, что человек (этого многострадального мира) все тщится "перехитрить" природу, возвышаясь с линейкой над физическими законами. И делает робота, наградив груду "шестеренок" с гидравлическим или иным приводом "алгоритмом управления", что так же создан по линейке: ученый-техник учит робота (в программе управления) "ходить по линейке" (этой самой). И... суть в том,.. что чем далее наука "углубляется в линейку", тем дальше она отходит от естественных принципов конструирования технических объектов.
А принципы эти основываются прежде всего не на программировании "груды шестеренок", а... спонтанно-инреверсивном подходе при [обучении] робота. То есть смысл в том, что робот должен запрограммировать себя сам, аналогично тому, как ребенок учится ходить и говорить. Это сложно? Неимоверно! Нужно создать модуль, который будет пока "полуроботом": он будет взаимодействовать с оператором-специалистом, который передаст в модуль до-робота и движение руки (начиная с пальца? - ох, з а д а ч а это наисложнейшая, определить с чего следует начинать "учить робота двигаться")... и способность целенаправленно мыслить в соответствии с имеющейся обстановкой; когда модуль-инреверс перейдет в стадию самостоятельного действия, он, фактически и станет мозгом этого робота. С модуля будет получена техническая план-карта и с остальными образцами уже пойдет проще.
Такие роботы действительно смогут не только бегать, а переплюнут фантазию любого писателя-фантаста. Они смогут по-серьезному заменить человека на сложных участках его жизнедеятельности в качестве продуктивных и эффективных помощников (например, шахта).
Только минус как бы в том, что такой робот очень трепетен к разрушению, чтобы приказать ему разрушить стену, к примеру, нужно будет пояснить (на техническом спец. языке роботов) для чего это нужно. Иначе у него в мозгу "посыпятся алгоритмы". Почему. Потому что все связи в его мозгу идеально укомплектованы естественной планировкой роботехнического [мышления].
Поэтому не так просто будет ему установить орудийное (военное) оборудование.

Те же роботы, которые программируются "линейкой" имеют предел устойчивости развития (роботехнической платформы).
Они вроде бы ходят и цепляют манипуляторами ящички... но серьезное дело такому роботу никто никогда не доверит. Вернее... начав использовать это на производстве, предпрениматель очень быстро откажется от такого "технического подарка", вернув на рабочее место уволенных людей.
Еще раз: почему это так?
Представим плоскость; на плоскости треугольник: это программная карта для движения робота. У треугольника есть центр. Смещение от центра означает равновесие. Движение граней треугольника - характер движения. Это программа (так показано для наглядности). И мы понимаем, что она никогда не усложнится настолько, чтобы соответствовать... природным или реальным условиям, в которых роботу предстоит действовать. Шевеление листьев на ветру. Как среагирует "треугольник программы"? Значит, возникнет еще один треугольник, он наложится сверху базового. Он сместится соответственно воспринятому детекторами-сенсорами движению. Но вот пролетела птица.
Еще - треугольник? Создатели не могут не учитывать, что роботу необходимо определяться самостоятельно, иначе он бесполезен. Так что он сделает, если на него сядет птица? В рамках имеющихся программ (программы: то, что видели на видео) - ничего, он не запрограммирован реагировать на что-то кроме неровностей поверхности по которой движется и коробки (ящика) который надо взять и переставить. Пока так, да,.. пока, скажет кто-то. Но в будущем...

Не будет ничего в будущем, в том-то и дело. Если продолжать следовать принципу программирования по линейке - роботов не будет у цивилизации.
Выпустят несколько партий. Их закупят, попытаются использовать на производстве; потом потребуют вернуть деньги.
И на этом эра роботов на планете Земля завершится.
А роботы миру нужны (не для военных целей, естественно; хотя, как уже говорилось, создать идеально полноценного военного робота крайне затруднительно; или же это будет не совсем робот, а автомат, управляемый оператором; но в функции движения он должен быть настоящим роботом, с естественной, а не искусственной, линеечной загрузкой алгоритмов управления - чтобы его не шатало при ходьбе). Все это выразить словами очень не просто.

Что же... бесполезны ли все эти исследования? Далеко нет. Они и являются необходимой платформой для перехода к более продуктивным исследованиям, так ведь было всегда. Только если процесс застрянет на уровне искусственного программирования, то роботов мы не дождемся. Вернее... не мы, а дети наши и внуки. Полноценных, функционально адаптированных к самым различным задачам, роботов.

______________________
Потому что все связи в его мозгу идеально укомплектованы естественной планировкой роботехнического [мышления].
______________________
Логические связи имеются в виду; потому что когда что-то рушится, это не логично. А для робота мозг которого ювелирно тонок и прихотлив к схемам-образам (программной среды), которые определяют для него модели поведения,.. рухнувший при сносе дом должен явиться "технологическим потрясением" - до глубины его импульс-алгоритмической души.
Поэтому, в будущем на стройплощадках не будет роботов, которые специально не адаптированы к такому зрелищу.
Адаптированы, а не запрограммированы - это существенно; это именно то, что робота отличает от автомата (автоматического механизма): адаптация (техногенная), а не программа.

И неверное самое последнее.
На показанном видео у робота, что поднимает для перемещения на другое место (как заложено в программе или следуя команде) коробки, исследователь-испытатель выбивает у него коробку из манипуляторов клюшкой (палкой). Коробка падает, ИИ толкает этой клюшкой робота в корпус - машина отступает, удерживает равновесие и движется вперед, по направлению к коробке (ведь команда-задача была взять коробку и, возможно - мы не знаем условия программы-команды - перенести куда-то); подходит, то есть возвращается на то же место и ИИ... отодвигает от аппарата коробку клюшкой. Робот движется в направлении коробки, робот нагибается (за ней). Хватает, поднимает. Опять коробка выбивается человеком из захватов робота... он опять (выполняя команду-программу) движется к коробке и т.д.
А теперь вопрос.
Если человек (операционист на производстве, роль которого выполняет на видео исследователь) забирает у робота груз (рабочий слот, назовем пока так), то, даже если у робота программа (команда) перенести слот (в данном случае коробку) в определенное место,.. не должен ли он подчиниться действиям человека?.. которые обязательно должны возобладать над программой, перестроив ее исполнительный алгоритм (не базовый) на подчинение новым условиям, что диктуются человеком.
И если кто-то при этом скажет, что робот (пока еще) не распознает человека...

То это будет совсем в духе роботофобии, которой уже напичкали мир фантасты (собственно, не о фантастах, разумеется речь).
Почему. Потому что все эти нюансы на начальной стадии разработок так или иначе отразятся на будущих достижениях. Говоря иначе, для примера, те текстовые редакторы, которые возникли в самом начале эры компьютеров, совершенно точно определили вид и характер нынешних усовершенствованных для среды Windows редакторов. Вы видите панель инструментов вверху? Почему не внизу? Она могла быть внизу, понимаете? Волей... м... случая, скажем так, дабы не усложнять.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Настоящая книга является вторым переработанным изданием учебника «Основы робототехники». Ленинград. Машиностроение. Ленинградское отделение. 1985 год. Как и ее первое издание книга написана по материалам лекций, которые автор все эти годы читает в Санкт-Петербургском государственном техническом университете. Книга предназначена для студентов технических вузов как учебное пособие по общему курсу робототехники. Для студентов, специализирующихся в этой области, книга должна служить основным литературным источником для первой специальной дисциплины, за которой последует цикл спец.курсов, соответствующих основным ее главам.

ВВЕДЕНИЕ.

Предмет робототехники - это создание и применение роботов и других средств робототехники различного назначения. Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника в свою очередь породила новые направления развития и самих этих наук. Для кибернетики это связано прежде всего с интеллектуальным управлением, которое требуется для роботов, а для механики с - многозвенными механизмами типа манипуляторов. Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до сегодняшнего дня образцом для них служат физические возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых работах и породило сначала идею робота, затем первые попытки ее реализации (в средние века) и, наконец, обусловило возникновение и развитие современной робототехники и роботостроения.

На рис.В.1 показана функциональная схема робота. Она включает исполнительные системы - манипуляционную (один или несколько манипуляторов) и передвижения, если робот подвижный, сенсорную систему, снабжающую робот информацией о внешней среде, и устройство управления. Исполнительные системы в свою очередь состоят из механической системы и системы приводов. Механическая система манипулятора - это обычно кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается рабочим органом в виде захватного устройства или какого-нибудь инструмента.

Введение
Глава 1. История развития робототехники
Глава 2. Управление движением человека
Глава 3. Устройство роботов
Глава 4. Приводы роботов

Глава 5. Системы управления роботами
Глава 6. Динамика роботов
Глава 7. Проектирование средств робототехники
Глава 8. Применение средств робототехники в промышленности
Глава 9. Применение промышленных роботов на основных технологических операциях
ГЛАВА 10. Применение промышленных роботов на вспомогательных операциях
ГЛАВА 11. Особенности применения средств робототехники в немашиностроительных и в непромышленных отраслях
Глава 12. Экстремальная робототехника
Глава 13. Социально-экономические аспекты робототехники
Глава 14. Робототехника завтра Приложение
Список литературы

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Основы робототехники, Юревич Е.И. - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать файл № 1 - pdf
Скачать файл № 2 - djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.