Робототехника бойынша информатика ғылыми жұмысы

Кіріспе2

1.Робототехника тарихына шолу4

1.1 «Робототехника» сөзінің пайда болуы4

2.«Робот техникасы» пәнін оқытудағы педагогикалық тәсілдер7

2.1Робот техникасын оқытуды ұйымдастырудың нысандары мен әдістері7

2.2 Робот техникасындағы пәнаралық байланыс10

2.3 Робот техникасындағы оқу моделі14

2.4 «Робот техникасы» курсындағы «Мұғалім-оқушы» өзара әрекеттестігі16

Қорытынды18

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі20

Кіріспе

«Егер қоғам қайраткері болуға қабілетті робот құрылса, ол оның ішінде ең үздігі болар еді. Робот техникасының тұжырымдамасы бойынша, ол адамдарға зұлымдық келтіре алмас еді, зорлық-зомбылықты, параға сатып алуды, ақымақтық пен жалған сенімді білмейтін болар еді...»

Айзек Азимов «Мен, Робот» кітабынан

Робототехника — елімізде енді ғана дамып келе жатқан инновациялық сала. Ал әлемде бұл саланың тарихының тамыры тіпті тереңде жатыр.

Робот саласында маман болу қиын шығар деп ойлаймын. Ол үшін әмбебап болу керек шығар. Бұл жерде жалғыз темір-терсек емес, қозғалтқыштарды да білу керек. Қозғалтқыштардың өздері неше түрге бөлінеді.Робот – компьютер арқылы басқарылатын сондай техниканың нақты бір мысалы. Компьютер дегеніміз, тікелей айтсақ, әртүрлі микропроцессорлық құрылғылар. Контроллер, микроконтроллер, бағдарланатын логикалық контроллер болады. Оның бәрін қарапайым тілмен компьютерлік техника деп атайды. Адам да роботқа ұқсас қой бір қарағанда. Ол да – роботтың түрі. Бірақ темір емес, биоматериалдан жасалған. Әрине, даму деңгейі жоғары, ойлау қабілеті бар. Әу бастан ғалымдар роботтарды адамға ұқсас етіп жасаған.

Робот дегеніміз – жалпы, адамның қызметін атқаратын, компьютер арқылы басқарылатын техника. Біле білсеңіз, біз қазір робот атаулыны жан-жақты қолданып та жүрміз. Мысалы, банкоматқа барсаңыз, ол ақшаны сізге санап береді. Паркте бір аппараттың ішіне отырсаң, ұшақпен кетіп жатқандай көрінуі мүмкін. Осы секілді басқарылатын техника бізде жеткілікті. Тіпті үй тірлігін жеңілдететін кіржуғыш машина, шаңсорғыш секілді құралдарыңыз да осындай техникаға жатады.

Ал енді робототехниканы мектепте оқыту, балаларға үйрету қызықты болатын сияқты. Егер сол робот құрастыратын жиынтық болса, балалар құрастырса, бағдарламамен жұмыс жасаса қызығушылығы артады. Робототехникамен мектеп кезінен танысқан оқушыларда бұл салаға қызығушылығы пайда болып, соның арқасында болашақта робототехника саласында көптеген жас ғалымдар істейтін болады.

Өсіп келе жатқан жас буынмен бірге еліміздің робототехника саласы да бой көтеруде. Адам өмірін жеңілдетуге арналған роботтарды күнделікті өмірде қолданатын уақыт та алыс емес.

Робототехника роботтардан басқа автоматтандырылған техникалық жүйелер мен өндірістік үдерістердің ең жаңа техникалық жиынтықталуын әзірлеу мен қолдану жолдарын зерттейтін ғылым.

Қазіргі таңда білім саласына «Робототехника негіздері» бөлімін енгізу өте маңызды және өзекті болып отыр.

Робототехника бағытының даму болашағы зор. Робототехника негіздерін оқып-үйренуде бірқатар жалпы білім беретін пәндерден білімдерін пайдалану қажет. Робототехника оқушылардың сын тұрғысынан ойлауын дамытуға және практикалық тапсырмаларды шеше білуге ықпал етеді, сонымен қатар бұл жастарды ғылым, технология, математика арқылы жаңашылдыққа шабыттандыратын, бүгінгі күннің мәселерін шешу үшін өз дағдылырын қолдануға, жағдайды талдауға шығармашылықпен ойлауға мүмкіндік беретін өте тартымды білім ортасы деп ойлаймын.

Робототехника тарихына шолу

1.1 «Робототехника» сөзінің пайда болуы

Робототехника (робот және техника; ағылш. robotics — роботика) роботтардың құрылысымен, жұмысы мен қолдануымен айналысатын, оған қоса олардың басқару, сезіну мен мәлімет өңдеумен айналысатын механикалық, электр және электронды инженерия мен компьютер ғылымдарының біріккен саласы.

Робототехника роботтардан басқа автоматтандырылған техникалық жүйелер мен өндірістік үдерістердің ең жаңа техникалық жиынтықталуын әзірлеу мен қолдану жолдарын зерттейтін ғылым.

Автоматтандырылған машиналар, басқа сөзбен айтқанда роботтар, адамдардың орнына қауіпті жерлерде, немесе зауыттағы құрастыру үдерістерінде жұмыс істей алады. Роботтар сыртқы келбеті бойынша, жүріс-тырысы мен танымы бойынша адамдарға өте ұқсас болуы әбден мүмкін. Қазіргі таңда ғалымдар гуманоид роботтарды барынша адамдарға ұқсас қылуға тырысып жатыр.

Автономды түрде жұмыс істейтін роботтар туралы мәлімет көне кезден бастап ойлана бастаған, алайда сол тақырыптағы зерттеулер XX ғасырға дейін басталмаған. Ертегі кезеңнен бастап, роботтар бір күні адамдардың жүріс-тұрысына еліктейді және де адамдар сияқты адамдардың жұмыстарын істей алады деп болжалған. Қазіргі таңда робототехника тез дамып келе жатқан сала. Технология қалай тез дамыса, робототехника да солай тез дамиды, өйткені робототехника технологиямен тығыз байланыста.

Технология дамыған сайын зерттеулер, әрлендер өзгеріп дамиды, соның арқасында роботтардың қолдану аймағы да ұлғаяды. Қазіргі таңда роботтар үйде, кәсіпорындар мен әскери салада қолданылады. Көптеген роботтар миналар мен бомбаларды залалсыздандыру сынды адамдарға тікелей зардап алып келетін жағдайларда қолданылады.

Робототехника қандай да роботтарды зерттеп әзірлемесе да, ол роботтар Айзек Азимовтың үш заңына бағынуы тиіс. Ол заңдарды 1942 жылы жазылған «Хоровод» атты әңгімесінде баяндаған. Ол заңдар мынадай оймен жазылған:

Бір де бір робот адамға залал келтіре алмайды, немесе әрекетсіздігімен залал келуіне жол бермейді.

Бірінші заңға қарсы келмесе, робот адамның барлық бұйрықтарын орындауға тиіс.

Бірінші және екінші заңдарға қайшы келмесе, робот өз қауіпсіздігін қамтамасыз ету керек., роботехника. «Робототехника» (немесе «роботика», «robotics») сөзі ең бірінші рет Айзек Азимовтың 1941 жылы жарық көрген ғылыми-фантастикалық «Жалғаншы» («Лжец») атты әңгімесінде қолданылған.

«Робототехника» сөзінің негізін қалайтын «робот» сөзін 1920 жылы Карел Чапек деген чехиялық жазушы алғаш болып ойлап тауып, өзінің 1921 жылы қойылып, көрермендердің ілтипатына ие болған ғылыми-фантастикалық «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы») атты пьесында қолданған. Сол пьесада зауыт бастығы адамдарға ұқсас роботтарды ойлап табады да, тоқтатпай жұмыс істетеді. Басында андроидтар адамды мінсіз тыңдап, жұмыс істейді, алайда кейіннен қарсы шығып, өз жаратушыларын жояды.

Робототехника саласына кейіннен кірген идеялар көне заманда пайда болған. Мысалы, Гомердің «Илиадасында» Гефест деген құдай үй қызметкерлерін атлыннан жасап, сөйлеу қабілетімен қоса оларға күш пен ақыл берген (қазіргі тілмен айтқанда - жасанды ақыл). Кейбір әңгімелер бойынша, ежелгі Грекия елінің инженер-механигі Архит Тарентский ұшу қабілеті бар механикалық көгершінді құрастырған (б.ғ. 400 ж.). Оған қоса, ұқсас мәліметтер И. М. Макарова мен Ю. И. Топчееваның әйгілі «Робототехника: Тарихы мен перспективасы» атты кітабында роботтардың әлемнің дамуындағы атқарған (немесе атқаратын) рөлі туралы баяндалады.

1942 жылы ғылыми-фантастикалық мәнерде жазатын жазушы Айзек Азимов робототехниканың үш заңын ойлап табады. 1948 жылыНорберт Винер тәжірибелік робототехниканың негізін құрайтын кибернетиканың қағидаларын тұжырымдаған. Толығымен автономды роботтар XX ғасырдың екінші жартысында ғана пайда болды. Ең бірінші сандық басқаруы бар бағдарламанатын робот Unimate болған. Ол робот ыстық темір бөлшектерді балқыту машинасынан көтеріп, жинауға арналған. Қазіргі таңда коммерциялық және индустриалдық роботтар кеңінен тараған. Ол роботтар адамдарға қарағанда жұмысты арзанырақ, жинақы және нық орындайды. Сол салада қолданылатын роботтардың кейбір жұмыстары адам үшін лас, қауіпті және жалықтыратын болып табылады. Роботтар кеңінен құрастыру, жинақтау, жеткізу, жер және ғарыш зерттеулері үшін, медициналық оталар, жарақ ретінде, зертханалық зерттеулер, қауіпсіздік үшін қолданылады.

Қазіргі кезде роботтардың көптеген түрлері бар, әртүрлі орталарда әртүрлі жолмен қолданылады. Қолдану мақсаты мен сыртқы келбеті әртүрлі болғанымен, құрылымына келгенде баршасында 3 бірдей жерлері бар:

Әр робот механикалық негізі - құрылғы, рамадан тұрады. Сол раманың түрі қолданылатын мақсатына қарай өзгереді. Роботтың формасы атқаратын функциясымен тікелей байланысты.

Әр робот электр бөлшектерден тұрады. Сол бөлшектер робот жүйелерін толығымен бақылайды. Электр жүйесі роботтың қозғалуында (мотор) қолданылады, өлшеу үшін (электр сигналдар жылу, дауыс, тұрған жері мен энергия мөлшерін анықтау үшін) және жалпы қолдану үшін (робот жалпы негізгі операцияларды жасау үшін өз мотор мен сенсорларына біраз энергия жолдауы керек).

Барлық роботтар кішкене болса да компьютер кодын керек етеді. Сол алгоритмде робот қалай жұмыс істейтіні көрсетіледі. Код жазған адам программаның ішінде робот шешімін қалай және қашан қабылдап, әрекет ететінін жазады.Программа роботтың негізгі мәнін құрады. Роботтың механикалық және электр бөлшектері керемет әрленіп, бірақ жазылған программасы нашар болса, роботтың жұмыс істеуі екі талай, істесе де, қозғалуы мен жұмыс істеуі ретсіз болады. Негізгі үш түрлі алгоритмдер бар: қашықтан басқару, жасанды интеллект және гибрид.

Қазіргі кездегі роботтардың көбісі адамның бұйрақтарымен жұмыс істейді, немесе бір орында қозғалыссыз істейді. Оған қарамастан адамзат динамикалық ортада автономды түрде жұмыс істей алатын роботтарға қызығушылықтарын арттырып жатыр. Сол роботтарға қоршаған ортада кедергісіз жүру үшін навигация керек. Егер күтпеген жағдайлар (мысалы адамдар мен басқа заттар бір орында тұрмай, жылжитын болса) туындаса робот соғысып мәселе туғызуы мүмкін. ASIMO және Meinü robot сынды жоғары дамыған роботтардың навигация жүйелері де мықты. Өзін - өзі бақылай алатын, немесе Ernst Dickmanns-ның жүргізушісіз автокөліктері қоршаған ортаны сезіп, навигация бойынша шешімдерді көліктің өзі қабылдай алады. Сондай роботтардың көбісі жол нүктелердің арасында шарлау үшін GPS-ті radar, кейбір кездерде lidar сынды сенсорлармен, video cameras және инерциялық бағдар жүйелерімен қоса қолданады.

Көбіне адам сөйлеуінің өзгергіштігінің арқасында компьтер үшін адамның нақты уақытта сөйлеген сөзін тану қиынға соғады. Жергілікті акустика, бөлме көлемі, адамның жағдайы (ауру немесе тәуір) сынды себептердің арқасында бір адамның сөйлеген бір сөзі әртүрлі естілуі мүмкін. Ал егер адамның екпіні болса жағдай одан да нашарлай түседі. Оған қарамастан, 1952 жылы Davis, Biddulph және Balashek дауыс тану саласында үлкен қадамдар жасап, бір адамның 10 санды айтқанын 100% дәлдікпен тани алатын әлемнің ең бірінші “дауыспен енгізу жүйесін” ойлап тапты. Қазіргі кездегі жүйелер минутына 160 дейін табиғи үздіксіз сөйлеулерді 95% дәлдікпен тани алады.

Роботтарды адам сынды сөйлеткізу жүрісінде кедергілер пайда болып жатыр. Әлеуметтік себептерге бола, синтетикалық дауысты қолдану қолайсыз деп шешілді, сол себептен дауыстың эмоционалды құрамдастарын түрлі жолдармен дамыту керектігі байқалды.

«Робот техникасы» пәнін оқытудағы педагогикалық тәсілдер

Робот техникасын оқытуды ұйымдастырудың нысандары мен әдістері

Ғылыми әдебиетке жасалған шолу көрсетіп отырғандай, «Робот техникасы» балабақшадан бастап университетке дейін барлық деңгейде жаратылыстану және техникалық білім беру сипатына айтарлықтай әсер етіп отырған дамушы сала болып табылады. Робот техникасын оқыту оқушылардың қызығушылығы мен ынтасын оятатын тартымды оқу ортасындағы қызықты әрі тәжірибелік жаттығуларды ұсына алатын бірегей оқу құралы ретінде танылуда.

Зерттеушілер оқушыларға робот құрастыруды үйретудің педагогикалық тұрғыдан маңызды екендігін дәлелдеп отыр.

1-кесте. Робот (модельдерді) құрастыруды үйретудің педагогикалық маңызы

Белгісі

Робот техникасы саласының ерекшеліктері

Өзектілігі

Оқушылардың робот техникасы саласында білім мен жұмыстыңтәжірибелік дағдыларын меңгеруі қазіргі заман адамыныңжалпы ақпараттық мәдениетінің құрамдас элементі, инженерлік-техникалық шеберлікті одан әрі жетілдірудің негізі болып табылады.

Қолжетімділік

Лего конструкторлары 8-17 жастағылар үшін түсінікті жәнеқолжетімді.

Бағдарламалау орталары арасында Lego Digital Designer-діңтанымалдығы модельдерді (роботтарды) мектептегі, үйірмедегісабақтарда ғана емес, өз бетінше жасауға мүмкіндік береді.

Ізгілік

Робот техникасын оқытуда қолданылатын шығармашылық жәнеғылыми-техникалық тапсырмалар эстетикалық және өнегелілікталаптарға сәйкес келеді. Оқу үдерісінде балалар «табыс дәмін»татады (В.А.Сухомлинский).

Қарым-қатынас

Робот техникасы - бұл жобаны команда болып істей білу қабілетіндамыту, міндеттерді тиімді бөлу қабілеті.