Информатика · 9 класс · Информатика ФГОС · урок 22 · только теория

Роботизированные системы

Роботизированные системы — это технические комплексы, которые воспринимают окружающий мир, принимают решения и выполняют действия. Мы разберёмся, из чего состоит робот, какие бывают виды роботов и как они «думают» с помощью датчиков и программ.

Чему учимся понимать

Понять, что такое роботизированная система, как она устроена и какие задачи может решать.

Зачем это нужно

Роботы окружают нас повсюду: от заводских манипуляторов до умных пылесосов и беспилотных автомобилей. Понимание их устройства помогает осознанно использовать технологии и задуматься о будущем, где роботы станут ещё более важной частью жизни.

Опорные понятия

РоботРоботизированная системаДатчикИсполнительный механизмКонтроллерПрограмма управленияАвтономностьМанипуляторИскусственный интеллект (в контексте робототехники)

Главные тезисы

Робот — это автоматическое устройство, которое действует по заранее заданной программе и может воспринимать окружающую среду с помощью датчиков.
Роботизированная система включает в себя не только самого робота, но и средства управления, связи и взаимодействия с человеком.
Любой робот работает по циклу: «восприятие — принятие решения — действие».
Датчики — это «органы чувств» робота, они собирают информацию о мире (свет, звук, расстояние, температура и т.д.).
Исполнительные механизмы — это «мышцы» робота: двигатели, сервоприводы, гидравлика, которые позволяют двигаться и воздействовать на предметы.
Контроллер — это «мозг» робота, который обрабатывает данные с датчиков и выдаёт команды исполнительным механизмам.
Роботы бывают промышленными (манипуляторы), бытовыми (пылесосы, газонокосилки), исследовательскими (марсоходы) и развлекательными (роботы-игрушки).
Автономность робота определяется тем, насколько самостоятельно он может действовать без участия человека.

Определения

Робот: Автоматическое устройство, которое выполняет действия по программе, воспринимая окружающий мир с помощью датчиков.
Датчик: Устройство, которое преобразует физическую величину (свет, звук, расстояние) в электрический сигнал, понятный контроллеру.
Исполнительный механизм: Устройство, которое преобразует команды контроллера в движение или другое действие (например, вращение колеса, подъём руки).
Контроллер: Микрокомпьютер, который управляет роботом: обрабатывает данные с датчиков и выдаёт команды исполнительным механизмам.
Манипулятор: Робот, который имитирует движения руки человека и используется для захвата, перемещения и сборки предметов.
Автономность: Способность робота действовать самостоятельно, без постоянного управления человеком.

Ключевые факты и правила

Основные компоненты робота: датчики, контроллер, исполнительные механизмы, источник питания.
Цикл работы робота: «восприятие → обработка → действие» повторяется непрерывно.
Промышленные роботы-манипуляторы широко используются на заводах для сварки, покраски и сборки автомобилей.
Роботы могут быть автономными (например, марсоход) или управляемыми человеком (например, дрон с пультом).
Для программирования роботов используют специальные языки и среды (например, Scratch, Python, RobotC).
Датчики бывают разных типов: ультразвуковые (расстояние), инфракрасные (препятствия), световые, звуковые, гироскопические (наклон).

Теория

1. Пойми, что робот — это система, которая взаимодействует с миром: получает информацию (датчики), обрабатывает её (контроллер) и действует (исполнительные механизмы).

2. Разберись с типами датчиков: какие бывают, что они измеряют и как эти данные помогают роботу.

3. Изучи, как контроллер принимает решения: он работает по программе, которая содержит условия (если…, то…) и циклы.

4. Рассмотри примеры разных роботов и определи, какие компоненты в них есть и как они взаимодействуют.

5. Подумай, что делает робота автономным: чем больше датчиков и сложнее программа, тем самостоятельнее робот.

Примеры

Пример 1случай
- Промышленный робот-манипулятор на автомобильном заводе: он сваривает кузов автомобиля, повторяя одну и ту же операцию тысячи раз с высокой точностью
Пример 2случай
Робот-пылесос
Пояснение
- с помощью датчиков он определяет препятствия (стены, мебель), а контроллер строит маршрут уборки, чтобы не пропустить участки
Пример 3случай
Марсоход
Пояснение
- он ездит по поверхности Марса, используя камеры и лазерные дальномеры, чтобы избегать камней и выбирать безопасный путь
Пример 4случай
Робот-манипулятор в лаборатории
Пояснение
- он может собирать микросхемы, где требуется точность до долей миллиметра, недоступная человеку

Интересно знать

Первый промышленный робот Unimate появился в 1961 году и работал на заводе General Motors, выполняя сварку.
Самый известный робот-исследователь — марсоход Curiosity — работает на Марсе с 2012 года и управляется с Земли, но может принимать простые решения сам.
Роботы-пылесосы используют датчики и алгоритмы, чтобы не падать с лестницы и не застревать под мебелью.

Техника безопасности

При работе с роботами-манипуляторами на производстве необходимо соблюдать технику безопасности: не находиться в зоне движения робота, использовать защитные ограждения.
При программировании роботов в классе не подключай питание к двигателям без разрешения учителя, чтобы избежать травм.

Связанные темы

Алгоритмы и исполнители
Программирование на Python
Моделирование и формализация
Управление и кибернетика