Роботы становятся хорошими помощниками человеку, заметно облегчая его труд. Робототехника — это новая наука, которая не только интересна детям и взрослым, но и полезна, потому что помогает развивать инженерное мышление и искать новые способы для достижения целей. В статье рассмотрены виды роботов и проанализирован рынок доступных роботов для населения России, также рекомендован к применению в саду самостоятельно разработанный вид робота для сбора урожая яблок и груш в саду.
Ключевые слова: робототехника, роботы, конструирование, моделирование, проектирование, творчество, инженерное мышление, сельское хозяйство, урожай, сад, UBTech, Lego.
Стремительное развитие в области науки и техники привело к тому, что сейчас роботы применяются не только в военном деле, исследовательской деятельности и т. п., а используются и в быту граждан. Таким образом, цель, которую преследуют современные инженеры-проектировщики и разработчики в области робототехники: сократить физические и временные затраты человека на каждом этапе его жизнедеятельности, везде, где это возможно. Сейчас без труда можно найти роботов для решения вопросов по хозяйству внутри дома: робот для мойки окон, пылесос с сухой и влажной уборкой, но применение роботов в саду пока недоступно. Вместе с тем, работа в саду требует высоких затрат физических сил и времени на каждом этапе проведения сельскохозяйственных работ. Этим определяется актуальность настоящей статьи.
Объект исследования: автоматизация процесса сбора урожая в саду.
Предмет исследования: проектирование робота для сбора урожая в саду.
Цель исследования — разработать и экспериментально обосновать применение робота для сбора яблок и груш в саду.
Задачи исследования:
1) проанализировать существующие виды роботов;
2) проанализировать возможности самостоятельного проектирования роботов школьниками;
3) разработать и собрать робота для сбора яблок и груш;
4) провести эксперимент и оценить эффективность использования робота в саду.
Гипотеза: использование роботов в сборе яблок и груш в саду может способствовать не только снижению трудовых и временных затрат, но также позволяет привлекать детей различных возрастов к данному процессу и укреплять связь поколений, через оказание помощи взрослым.
Для решения поставленных задач применялись следующие общенаучные методы: анализ, обобщение, эксперимент.
Практическая значимость исследования: спроектированного робота могут использовать как дети, так и взрослые в своем саду.
Существует несколько видов роботов в зависимости от сферы их использования. Так выделяют бытовые (например, пылесос, для мытья окон), сервисные (в магазинах и операторы по телефону), медицинские (протезы, которые помогают частично выполняют функции утраченных рук или ног), военные (сапёры), промышленные, космические, развлекательные (игрушки) и обучающие роботы.
Первое появление слова «робот» относится к 1920 году, когда чешский писатель Карел Чапек употребил его в фантастической пьесе «Rossumovi univerzální roboti (R. U. R)». Там оно обозначало искусственно созданного человека, чей труд использовался на тяжелых и опасных производствах взамен человеческого (robota в переводе с чешского — каторга).
История создания роботов тесно переплетается с развитием механики и логически из нее проистекает. Еще в Древней Греции появились автоматические устройства, созданные для выполнения практических задач и развлечения. Например, описанная Филоном Византийским механическая женщина-слуга, которая наливала из кувшина вино во вставленный в ее руку стакан. Древнегреческий математик и изобретатель Архит Тарентский еще в 5 веке до н. э. изобрел деревянного голубя, который запускался в небо с помощью паровой катапульты. В конце 2 тысячелетия до н. э., в Древнем Египте жрецы изготовили статую, которая поднятием руки указывала на наследника фараона во время религиозных церемоний. В Китае примерно в это же время мастера создавали первые прототипы роботов, приводимые в действие силой пороховых взрывов. Мудрец Лао-Цзы упоминал о механическом человеке, разработанном для императора на рубеже 1 и 2 тысячелетия до н. э.
И все же именно Древнюю Грецию можно считать родиной робототехники, потому как здесь были не просто построены многие автоматические устройства, но принципы их создания и функционирования были оформлены в теорию. Что актуально и в настоящее время.
С каждым годом список существующих роботов только расширяется и они все активнее используются в повседневной жизни людей на всей планете. Новый этап развития в сфере науки и техники привел к тому, что стали развиваться курсы робототехники для детей, в продажу поступают игровые наборы для самостоятельной сборки роботов по инструкции, а также комплекты для развития инженерного мышления и творчества. Это позволяет придумывать и собирать таких роботов, которых можно придумать и собрать самостоятельно.
В России представлено несколько основных марок конструкторов, которые часто между собой совместимы, но отличаются по качеству деталей и возможностям и удобству программирования. Одним из самых популярных брендов в России бесспорно можно назвать Lego, совместим с ним и UBTech Jimu. Разница в том, что программирование роботов Lego отличается в зависимости от сложности набора (по возрастам) и в категории 7–12 лет существенно ограниченно. UBTech позволяет не только использовать готовые команды, но и прописывать совершенно новые команды. Интерфейс понятен и для школьников младших классов. Если разработчик нового вида роботов сталкивается со сложностью в сборке и ему требуется раскладка по деталям и наглядная инструкция, то можно применять специальные программы, например Lego Digital Designer или LDView.
В процессе изучения литературы и ассортимента интернет-магазинов, специализирующихся на продаже бытовых и сельско-хозяйственных роботов, было выявлено, что для облегчения садовых работ их очень мало. В том числе для уборки урожая не на полях, а в частных садах и огородах.
Так, например, процесс сбора урожая яблок и груш очень трудозатратный, особенно для пожилых людей. Во-первых, необходимо наклоняться, чтобы взять плоды, а, во-вторых, поместить их в корзину и отнести к месту хранения. Для облегчения этого вида труда автором статьи был спроектирован специальный робот для сборки урожая в саду на базе UBTech.
Если взять набор для сборки UBTech Courtbot (см. рис. 1), который по задумке производителей «играет» в баскетбол, то можно, сохранив функции перемещения и манипулятора (захват предмета и перемещение его в пространстве), на его базе создать помощника по сбору и транспортировке урожая.
Так на место рычага для сброса мяча устанавливаем корзину. В домашних условиях было проведено несколько экспериментов по использованию робота по назначению. В рамках экспериментов необходимо было оценить способность робота перемещаться по неровным поверхностям (имитация земли и травы), распознавать плоды (яблоки и груши), возможность робота поднять его и опустить в корзину, грузоподъёмность.
Рис. 1. Базовая модель робота UBTech Courtbot
По итогам экспериментов над предложенным вариантом робота-помощника для сбора урожая в саду можно выделить ряд существенных преимуществ:
- робот проходим по траве и неровной поверхности и очень устойчив за счет наличия гусениц;
- способен продвигаться к предмету с заданными параметрами (размер яблока или груши) за счет инфракрасного датчика и датчика расстояния;
- поднимает и складывает плоды в корзину за счет «руки»-манипулятора;
- обладает высокой грузоподъёмностью в соотношении с массой и размерами самого робота: 400 г урожая способен увезти робот весом 300 г.
Вместе с тем, для дальнейшего использования на практике рекомендуется усилить конструкцию болтами и гайками для более надежного крепления элементов, продемонстрировать удобство и простоту управления роботом родителям и бабушкам, чтобы они могли его использовать самостоятельно, но лучше всего приехать на дачу всей семьей и помочь взрослым! Так мы, дети, не только поиграем, но сможем помочь своим близким в таком важном и сложном труде — работе в саду!
Литература:
1. Бытовая техника. Умный дом // Яндекс Маркет URL: https://market.yandex.ru/catalog--umnyi-dom-v-samare/16644753 (дата обращения: 17.02.2022).
2. Виды роботов и автономных интеллектуальных систем, применяемых в современном мире // Robotportal.ru URL: https://robotportal.ru/zanimatelnaya-robototehnika/vidy-robotov (дата обращения: 17.02.2022).
