Разработка робототехники *

Основные компоненты робототехники

Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:

Внутренний контроллер. Каждый робот оснащен контроллером — компьютерной операционной системой. Контроллер — это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.

Источник энергии. Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.

Дистанционное управление. Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли.

Сенсоры света и звука. С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.

Датчики давления. Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров два назначения: они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.

Приводы — это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух. Перечислим все основные варианты приводов для робототехники: 

• Двигатели постоянного тока: В настоящий момент большинство роботов используют электродвигатели, которые могут быть нескольких видов.
• Шаговые электродвигатели: Как можно предположить из названия, шаговые электродвигатели не вращаются свободно, подобно двигателям постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определенный угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как контроллеру точно известно, на сколько был сделан поворот. В связи с этим они часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.
• Пьезодвигатели: Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы совершенно отличается: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.
• Воздушные мышцы: Воздушные мышцы — простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом, мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.
• Электроактивные полимеры: Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Однако, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все неэффективны или непрочны.
• Эластичные нанотрубки: Это многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет этому волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменен проводом из такого материала диаметром 8 мм. Такие компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

Какие знания необходимы для создания робототехники?

Современная робототехника строится на знаниях из области программирования, механики, мехатроники, электротехники, электроники и автоматического управления.

Для освоения робототехники на базовом уровне достаточно школьных знаний по математике и физике. Без понимания физики движения и принципов работы механизмов и электродвигателей сложно собрать функционирующего робота.

Затем идут информатика и проектирование

Так как программирование необходимо в робототехнике не меньше математики, важно разбираться в компьютерных науках и информационных системах. Проектирование поможет создавать удобные продукты

Но знания из других инженерных дисциплин тоже будут полезны.

Основные направления в изучении робототехнике:

• Машиностроение изучает физические составляющие робота — его «тело». Подтемы — механика и сопротивление материалов. Большинство курсов в этом направлении ориентированы на физический дизайн и приведение робота в действие.
• Электротехника и электроника или «нервная система» занимаются электрическими системами внутри робота, встроенными системами, низкоуровневым программированием и теорией управления. Обычно это автоматизация, которая строится вокруг контроля робота.
• Информатика — многие специалисты пришли в робототехнику благодаря увлечению компьютерными науками. Инженеры этого направления концентрируются на программном обеспечении робота и высокоуровневом программировании. Среди тем — искусственный интеллект, навигация, техническое зрение, обработка естественного языка и так далее.

Бытовые роботы

Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.

Робот-пылесос iRobot

В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.

Всё большую популярность набирают роботы-уборщики (по своей сути — автоматические пылесосы), способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Какими качествами должен обладать робототехник?

В первую очередь робототехник должен не только придумывать новые идеи, но и воплощать их в жизнь, поэтому очень важно уметь работать руками, иметь навык конструирования, который сейчас можно получить уже в общеобразовательной школе. В первую очередь робототехник должен обладать такими качествами:

• богатое воображение;
• развитые аналитические способности;
• хорошая память;
• внимательность;
• аккуратность;
• усидчивость;
• высокая концентрация.

Кроме того, данная профессия требует пунктуальности и высокой ответственности. Специалист должен иметь высокий уровень стрессоустойчивости и желание обучаться новому.

Викиум предлагает множество курсов для развития всех перечисленных навыков. Аудио и видео материалы разработаны для самостоятельного изучения, однако, можно воспользоваться еще и помощью персонального наставника, который будет мотивировать и помогать при возникновении трудностей. Также в качестве дополнения к ежедневной программе развития предлагается специальная надстройка – Викиум.ПРОФЕССИЯ. Она помогает стать лучше в различных профессиях.

Для чего нужны роботы?

Робот нужен для того, чтобы заменить человека в тяжелых производственных или опасных условиях. Робот работает по заложенной в него программе, на основе получения информации от внешних устройств – сенсоров или по другому датчиков. Фактически любой робот копирует живые организмы и органы чувств людей, животных.  То есть использует принципы такой прикладной науки как бионика.

Роботы могут работать автономно или управляться оператором, то есть человеком, который отдает команды. В промышленности обычно используются стационарные роботы, которые совсем не похожи на людей. Это различного вида

• станки
• производственные линии
• манипуляторы и прочее.

Роботы, похожие на людей, называются андроидами. Сейчас их больше используют как бытовые игрушки или как помощника по дому с очень ограниченным функционалом.

Роботов разделяют по категориям на много групп. Каждая классификация неполная и можно придумать много других.

Области применения робототехники

Применяются роботы самых различных сферах, но основными являются следующие:

• Промышленность: промышленные роботы;
• Исследовательская деятельность: роботы-ученые, исследователи;
• Боевые роботы: безпилотники, роботы-саперы, охрана и безопасность;
• Нанотехнологии: микро- и нано-роботы в исследовательских и медицинских целях;
• Домашние технологии: бытовые роботы, пылесосы, мойщики окон и персональные.

В сфере промышленности роботы позволяют выполнять большой объем работ с высокой скоростью и точностью. Они позволяют решать такие задачи, с которыми невозможно справиться человеческими силами.

Очень многие места нашей планеты и за ее пределами не исследованы по той причине, что делать это человеку невозможно. Например, о том, что творится в океанных глубинах и в космосе мы знаем благодаря роботам-исследователям.

Рост инновационных технологий позволяет оптимистически смотреть в будущее. Робототехника стремительно развивается, открывая человечеству новые возможности.

Как будут развиваться роботы

Сложно представить, что только не будут уметь роботы в ближайшие десятилетия. Уже созданы роботизированные мышцы, которые в 1000 раз сильнее человеческих и способны поднимать грузы в 50 раз больше собственного веса. Дальнейшее развитие роботов будет связано с открытием новых материалов и свойств, а также достижений компьютерной техники. 

Программное обеспечение манипуляторов со временем увеличит возможности техники и сенсоров. Например, робот-манипулятор, захватывающая груз, сможет сообщить оператору точный вес или размер, а новые компьютерные технологии смогут обеспечить более сложные траектории. Будет повышена эффективность использования нейросетей за счет усложнения их архитектуры и снижения энергопотребления. Продолжится массовое внедрение облачных сервисов для машинного обучения, что расширит двигательные действия роботов.

Роботы в России и в мире

Сначала разберемся в том, что считать роботами.

• Робот — это любая система, которая получает информацию, обрабатывает ее и выполняет какие-то действия, исходя из полученных данных.
• У робота обязательно есть датчики, исполнительные элементы, например манипулятор и микроконтроллер, который обрабатывает полученную информацию.
• Его можно перепрограммировать, чтобы он выполнял другие действия.

То есть кофемашина, созданная для выполнения определенной функции, к роботам не относится.

«Робот имеет широкий диапазон решений, и он может по-разному отреагировать на ту или иную ситуацию, — говорит Анастасия Сигинова, руководитель проектов компании „Аврора Роботикс“. — Например, в роботе-пылесосе заложена программа, он может объехать территорию и построить карту. Если у него будет стоять задача пылесосить в определенной комнате, то он найдет ее на своей карте и поедет именно туда».

Jelleke Vanooteghem / Unsplash

Анастасия Сигинова считает, что если механизмом управляют вручную, то это уже не робот, а управляемая машина. Хотя специалисты тоже спорят о том, что относить к роботам. В военной технике роботами называют любые механизмы с телеуправлением: например, если танком управляют из командного центра, то он уже считается роботом.

Компания Sberbank Robotics ежегодно представляет анализ мирового рынка робототехники. В отчете за 2019 год говорится, что наибольшая роботизация промышленности сейчас в Южной Корее: там насчитывается 710 роботов на 10 тысяч человек на производстве. При этом среднемировой показатель — 85, в Китае — 97, а в России всего 4. С одной стороны, это говорит о том, что мы порядочно отстали в плане автоматизации, а с другой — в России есть большой потенциал для роста направления.

Алиса Конюховская и Валерия Цыпленкова в книге «Рынок робототехники: угрозы и возможности для России» пишут, что в области сервисной робототехники у российских производителей больше шансов занять лидирующие позиции на мировом рынке, так как российский и мировой рынки сейчас формируются. По данным Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУРР), с 2015 по 2017 год продажи в российских компаниях росли на 50% в год. Лидирующие области сервисной робототехники в России — роботы для общественных мест, в образовании и медицине. Около 20% сервисных роботов экспортируется.

К тому же есть высокий интерес к робототехническим специальностям. За последние пять лет они регулярно попадают в различные списки наиболее востребованных инженерных профессий. По специальности «Мехатроника и робототехника» обучают в 30 вузах в 19 городах.

Боевые роботы

Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п.

Беспилотник

Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли).

В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.

В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» — мобильным роботом на гусеничном ходу).

Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.

Структура и показатели мирового рынка робототехники

По оценке Research and Markets, мировой рынок промышленных роботов (не включающий стоимость компонентов, программного обеспечения и системный инжиниринг) в 2018 году достиг объема в 16,9 млрд долл. Ожидается, что среднегодовые темпы роста рынка в период с 2019 по 2024 гг. составят 12%, а объем достигнет 31,7 млрд долл. По объемам отгруженной продукции в 2018 году в мире установлено 420 тысяч роботов. Данный показатель, по оценкам экспертов, будет расти в темпе 12,7% в год и достигнет 774 тысяч роботов в 2024 году.

Объем мирового рынка промышленной робототехники в целом в 2018 году составил 45,7 млрд долл. По прогнозам аналитиков, в 2024 году этот показатель достигнет отметки в 69,8 млрд долл. с темпом роста 7,8% в год.

Однако в конце 2019 года Research and Markets скорректировали оценку и прогноз, согласно которым объем рынка индустриальных роботов в 2018 году составил 48,7 млрд. долл., в 2024 году объем увеличится до 75,6 млрд. долл. при среднегодовом темпе роста 9,2%, согласно новому прогнозу. По мнению аналитиков, ключевым драйвером рынка станет сокращение квалифицированных кадров на производствах, что приведет к росту автоматизации и популярности коллаборативных роботов.

В конце 2020 года, по оценке Всемирной ассоциации робототехники (International Federation of Robotics, IFR), количество промышленных роботов, установленных в 2018 году, составило 422 271 единицу, а объем рынка достиг 16,5 млрд долл. (без учета компонентов и системного инжиниринга). Продажи промышленных роботов в 2019 году сократились в количественном выражении на 12% по отношению к 2018 году, с 422 до 373 тысяч единиц. При этом суммарное количество роботов, находящихся в эксплуатации, составило 2,7 млн единиц.

Рис. 1. Количество устанавливаемых промышленных роботов в мире (2013 — 2019 гг., 2020-2021 гг. — прогноз, тыс. ед.)

Согласно данным IFR, наибольшее количество установок промышленных роботов приходится на страны азиатского региона – 285 тыс. единиц в 2019 году. Поставки индустриальных роботов в Европу составили в 2019 году 26,8% от уровня поставок в Азию или 74 тыс. единиц, а поставки в Америку – 19,4% от поставок в Азиатский регион или 54 тыс. ед.

Рис. 2. Ежегодная статистика установки промышленных роботов в различных регионах мира (2017-2019 гг., 2020 – 2022 гг. – прогноз, тыс. ед.)

По прогнозу IFR, данному в конце 2019 года, основное количество установленных промышленных роботов будет приходиться на Азиатский регион, при этом значительный прирост ожидается в 2020 году – 320 тысяч установок индустриальных роботов в странах Азии. Однако, по предварительным данным, которые предоставлены специалистами IFR в ноябре 2020 года, продолжающаяся мировая пандемия послужит серьезным толчком для развития цифровых технологий, и количество промышленных роботов по всему миру будет показывать прирост примерно на 38-40% ежегодно в течение двух лет.

Наиболее высокая плотность роботизации, из расчета количества промышленных роботов на 10 000 сотрудников промышленных предприятий, наблюдается на конец 2019 года была в следующих странах:

• Сингапур – 918;

• Южная Корея – 855;

• Япония – 364.

Рис. 3. Плотность роботизации по странам мира в 2019 г. (промышленные роботы на 10 тыс. занятых)

Среднее количество роботов по странам Европы – 114 ед., Америки – 103 ед., Азии – 181 ед., среднее количество промышленных роботов по всем странам мира – 113 ед. 

Лидерами по количеству установленных в настоящий момент промышленных роботов являются такие компании, как:

• Fanuc – 400 тыс. роботов,

• Yaskawa – 360 тыс. роботов,

• KUKA – 350 тыс. роботов,

• ABB – 300 тыс. роботов.

Рис. 4. Мировые лидеры — компании (год основания) и количество установленных ими промышленных роботов за всё время (по данным на середину 2019 г.), единиц

Лидером по производству промышленных роботов считается Япония: в стране 8 крупнейших производителей роботов.

Google

Занимается созданием и инвестициями в роботов, которые способны изменить мир. Самоуправляемые автономные автомобили, разработанные Google, уже проехали около миллиона километров — и без единого инцидента. В прошлом году компания купила производителя бегающих, прыгающих и ходячих роботов Boston Dynamics, а также стартап из Токио под названием Schaft, использующий охлажденные электронные моторы для питания гуманоидов ростом в полтора метра. Если прибавить ко всему вышеперечисленному недавние покупки — разработчика устройств для дома Nest и компанию DeepMind, занимающуюся разработкой искусственного интеллекта, то получится, что именно Google находится на гребне создания машин, наделенных разумом.

Замеряем пульс российского диджитал-консалтинга

Какие консалтинговые услуги востребованы на российском рынке, и как они меняют бизнес-процессы? Представляете компанию-заказчика диджитал-услуг?

Примите участие в исследовании Convergent, Ruward и Cossa!

Проекты Google Среди проектов Google есть те, которые уже влияют на нашу жизнь или повлияют вскоре (не считая безаварийных автомобилей и Google Glass): Calico — компания, работающая над продлением продолжительности жизни. Google Fiber — проект по созданию инфраструктуры сети широкополосного доступа к интернету с помощью оптоволоконной связи. Shopping Express — экспериментальный проект по доставке товаров. Google Now — сервис, который помогает пользователям осуществлять «умный» поиск без составления запроса и быть в курсе новинок.

Первые роботы в истории

Если верить историческим данным, первые роботы в мире были созданы примерно в 300 году до нашей эры. Тогда, на маяке египетского острова Фарос, были установлены две огромные фигуры в виде женщин. В дневное время они хорошо освещались сами по себе, а ночью загорались искусственным светом. Время от времени они поворачивались и били в колокол, а ночью издавали громкие звуки. И все это делалось для того, чтобы прибывающие корабли вовремя узнавали о приближении к берегу и готовились к остановке. Ведь иногда, при возникновении тумана или кромешной ночи, берег можно было и не заметить. И этих женщин вполне можно назвать роботами, ведь их действия точно соответствуют значению слова «робот».

Маяк на острове Фарос

Где используются роботы?

Современную медицину очень трудно представить без роботов. При лучевой терапии они способны учитывать движение опухоли при дыхании человека и действовать прицельно, не задевая здоровые ткани. Один из известных примеров — робот-хирург Da Vinci. Он проводит операцию через небольшие проколы, действуя микроскальпелями. При таком вмешательстве восстановление проходит гораздо быстрее, чем после обычной полостной операции.

Активное распространение получают автономные мобильные объекты — как военные, так и гражданские, в том числе транспортные и почтовые роботы. Ученые активно занимаются вопросом коллаборативного управления — это либо выполнение действий под супервизорным управлением человека, либо совместная работа двух роботов.

На различных производствах активно используются промышленные роботы, которые берут на себя все тяжелые действия и то, что требует высокой точности. Например, человек может варить металл с точностью до 1 миллиметра, а погрешность в действиях робота составляет сотые доли миллиметра. Современные автомобили собираются практически без участия человека. В сети есть много видеороликов с завода, где производят автомобили Tesla, и эта роботизированная линия завораживает.

Логистика — один из важных драйверов развития робототехники. Использование дронов и роботов на складе стало общемировой тенденцией. Например, на складах Amazon товары упаковывают роботы, что снижает операционные расходы компании на 20%. Товары обрабатываются быстрее, сокращается складская площадь, потому что роботы ее эффективнее используют.

Тот же Amazon активно продвигает доставку мелких грузов с помощью дронов, но пока в тестовом режиме. «Почта России» участвует в проекте по беспилотной доставке грузов, сейчас идут испытания дронов и проработка инфраструктуры. Компания «Яндекс» тоже разрабатывает роботов для доставки небольших грузов и еды. Но это небольшие колесные устройства, которые будут двигаться по городским тротуарам.

В книге «Рынок робототехники: угрозы и возможности для России» описаны рекордные показатели сектора образования: для обучающих программ в 2017 году купили 70 роботов, что составило 10% от общего объема продаж. Авторы книги также отмечают, что роботов используют для производства электроники и в химпроме, а в 2018 году интерес появился и у предприятий пищевой промышленности.

Формы получения образования и сроки подготовки

Уровень образования: среднее профессиональное (подготовка специалистов среднего звена)
Форма обучения	Квалификация выпускника	Нормативный срок обучения
На базе основного общего образования (9 классов)
Очная	Техник-мехатроник	3 года 10 месяцев
Срок действия государственной аккредитации: до 23.03.2026 года

Год поступления	Основная образовательная программа
2017	ППССЗУчебный план / График учебного процесса Аннотации рабочих программ
2018	ППССЗУчебный план / График учебного процесса Аннотации рабочих программ
2019	ППССЗУчебный план / График учебного процесса Аннотации рабочих программ
2020	ППССЗУчебный план / График учебного процессаАннотации рабочих программ

Что я буду уметь?

1.Выполнять монтаж, программирование и пуско-наладку мехатронных систем, а также техническое обслуживание, ремонт и испытание.

2.Разрабатывать, моделировать и оптимизировать работу мехатронных систем.

3.Осуществлять эксплуатацию мобильных робототехнических комплексов.

4.Проводить конструирование, монтаж, техническое обслуживание и ремонт мобильных робототехнических комплексов.

Где я смогу работать?

Предприятия, в автоматизированном производстве которых имеются мехатронные системы и робототехнические комплексы, на предприятиях и в организациях машиностроительного, приборостроительного комплекса, в оборонной отрасли и т.д.

Где я смогу продолжить обучение, если захочу?

Высшее образование: специальности, связанные с электроникой и электронными приборами и устройствами. Например, направление 15.03.06 «Мехатроника и робототехника» в Институте новых материалов и технологий ФГАОУ ВО «Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина» (4 года очно, бакалавриат, есть бюджет). Или иные направления и специальности.

Почему мне стоит поступать именно в Уральский политехнический колледж – МЦК»?

Колледж имеет роботизированные промышленные ячейки KUKA, промышленную систему с роботом на базе движущейся платформы KUKA youBot, Мобильный тренировочный робот  и многое другое.

Нашими преподавателями подготовлены призеры Национального чемпионата Молодые профессионалы» («WorldSkills Russia»)

Как долго мне придётся учиться?

на базе 9 классов – 3 года 10 месяцев.

Какие социальные гарантии и льготы действуют для студентов?

Стипендия, общежитие, тренажёрный зал, столовая, участие во всероссийских и международных конкурсах и чемпионатах, центр коллективного творчества, льготный проезд на междугороднем железнодорожном транспорте (электрички и поезда).

<< Назад

Плюсы и минусы мехатроники и робототехники как специальности

До того, как принимать окончательное решение о поступлении на обучение по специальности «Мехатроника и робототехника», следует основательно взвесить все «за» и «против» этого шага. К однозначно положительным сторонам данной специализации можно отнести следующие ее особенности:

• Высокие зарплаты. В сфере робототехники ведущие специалисты даже в России могут зарабатывать более 300 тыс. рублей в месяц, если участвуют в важнейших инфраструктурных проектах, военной или космической отрасли.
• Востребованность за рубежом. Эффективные специалисты по мехатронике и робототехнике с легкостью находят возможность для работы на международные корпорации и имеют превосходные перспективы для трудоустройства за границей с очень высоким уровнем заработной платы.
• Широкий спектр компетенций. Получив образование в рассматриваемой сфере, человек получает возможность работать не только непосредственно по направлению робототехники, но в целом становится компетентным в широкой сфере отраслей специалистом, что упрощает возможности по трудоустройству.
• Профессия будущего. Робототехника становится с каждым годом все более востребованной и высокооплачиваемой сферой деятельности, и поэтому выбор такого образования — хороший залог обеспечения себя трудоустройством и высокой оплатой труда не только сегодня, но и в будущем.

Конечно, есть у данного образовательного направления и ряд существенных недостатков, с которыми тоже лучше будет ознакомиться заранее. К минусам этой специализации можно отнести следующие факторы:

• Низкая востребованность на российском рынке труда. Непосредственно в сфере робототехники специалисты в Российской Федерации не слишком востребованы — и вакансий по прямому направлению деятельности сейчас крайне мало, а конкуренция на них очень высока.
• Слабая образовательная база. Так как мехатроника и робототехника является относительно новой специальностью, образовательные программы в этом направлении могут очень серьезно отличаться в зависимости от ВУЗа и часто не дают достаточного количества необходимых для успешного трудоустройства знаний и навыков.
• Большая конкуренция среди абитуриентов. Поступить на обучение по данному направлению может быть очень сложно, так как количество мест и ВУЗов, где изучается эта дисциплина, крайне ограниченно.

С какого возраста изучать робототехнику?

Начинать изучение робототехники не обязательно на курсах, сделать это можно и дома. Но при условии, что родители, хоть немного, разбираются в основах электроники и моделирования. Для этой цели продаются специальные образовательные конструкторы.

роботы Lego EV3

В зависимости от возрастной группы они будут содержать разные составляющие:

• Для детей от 4-5 лет, обычно это механические детали, реже — датчики или моторы.
• Для более старшего возраста — электронные устройства и даже платы.

Если ребенок заинтересуется, можно отдать его уже на специализированные курсы, которые будут преподавать робототехнику на профессиональном уровне. На большинство курсов принимают детей с 8 летнего возраста. В этом случае дети могут уже работать со сложным оборудованием. Это может быть, например, паяльник, если это предусмотрено программой курса.

При этом осваиваются серьезные математические и физические термины. Но 8 лет — это среднее значение. В зависимости от школы могут устанавливаться и другие — 4, 10,12,14,15 лет, существуют и курсы для взрослых.

робототехника Arduino

Для старших детей должны быть разработаны программы, которые могут учесть все возрастные особенности учеников. В том числе и более углубляться в фундаментальные понятия физики и математики, или их пропускать, если подобными значениями ребенок уже обладает.

Отдельные программы в качестве ознакомления могут быть рассчитаны для детей от 4-5 лет. В этом случае должно быть предусмотрено, что ребенок не только не владеет фундаментальными знаниями в точных науках, но и не умеет читать. Обычно для таких целей предусмотрены визуальные методы обучения и создания роботов.

Первый робот-музыкант

Спустя несколько сотен лет после Леонардо да Винчи, попытки создать искусственного человека предпринимал французский механик Жак де Вокансон. Если верить историческим документам, в 1738 году ему удалось создать робота, строение которого полностью копирует анатомию человека. Он не мог ходить, зато отлично играл на флейте. Благодаря конструкции из множества пружин и устройств для вдувания воздуха в различные части механизма, робот-флейтист мог играть на духовом инструменте при помощи своих губ и движущихся пальцев. Демонстрация робота прошла в Париже и была описана в научном труде «Le mécanisme du fluteur automate».

Схема медной утки Жака де Вокансона

Помимо человекоподобного робота, Жак де Вокансон создал роботизированных уток из меди. По своей сути они были механическими игрушками, которые умели двигать крыльями, клевать корм и, как бы странно это не звучало, «испражняться». Сегодня такие технологии выглядели бы крайне странно. К тому же, подобные игрушки уже можно свободно купить в любом детском магазине. Там найдутся как ходячие фигурки, так и сложные роботы с дистанционным управлением. Но сотни лет назад медные утки наверняка казались чем-то волшебным.

Строение робота

Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:

• Рама или тело робота;
• Блок управления;
• Манипуляторы;
• Ходовая часть.

(Наглядное устройство робота)

Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.

На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.

Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.

(На картинке робот Humanoid)

Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.

Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.

Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.

Заботливый Kiki

Kiki – это робот-компаньон для детей и взрослых. Он распознает эмоции и действия собеседника, способен реагировать на них. Робот развивает свои уникальные способности в зависимости от особенностей взаимодействия с окружающим миром, при этом меняется и его поведение.

Высокопроизводительный встроенный процессор позволяет Kiki запускать модели глубокого обучения, чтобы распознавать лицо и адекватно воспринимать реакции собеседника. Несколько сенсорных датчиков в разных частях корпуса помогают воспринимать поглаживания, а всенаправленные микрофоны позволяют искать человека даже вне поля обзора камеры.

Реалистичное поведение этого робота базируется на исследованиях ведущих психологов о личностных особенностях человека. Действия в соответствии с заложенными моделями поведения и обучения обеспечивают некую осмысленность и логичность поступков Kiki.

Самообучающийся робот Kiki собрал на платформе Кикстартер $105 611.

kiki.ai

Не вижу результата!

Для каждого амбициозного родителя сразу важен результат. Зачем же тогда водить ребёнка в кружок и платить за это бешеные деньги, если спустя энное количество времени понимаешь, что измерить пользу от занятий не удаётся.

Изучение робототехники – это как раз тот случай, когда трудно измерить результат сразу, так как он расплывается по навыкам и умениям. Чтобы понимать, что «стало лучше», нужно всё, чему научили, сложить в комплекс. А это не за неделю-месяц. Так, если вы не входите в число терпеливых родителей, вам туда не надо: останутся одни негодования от «зря потраченных денег».

Цель занятий робототехники – не вырастить технического гения (хотя это тоже получается!) и не удовлетворить родительские амбиции (он в 8 лет конструирует электромобиль!), а научить по максимуму пользоваться навыками и мышлением.

Так, кто-то приходит в кружок с боязнью всё делать не по инструкции, а спустя время расширяет планки самостоятельности. Заметно это сразу? Конечно, нет! У некоторых не получается работать в команде, но через несколько занятий ребёнок вполне сносно приспосабливается делать всё сообща.

Увидите вы это изменение дома после первого занятия? Навряд ли! Вообще, специалисты обещают первые заметные перемены в поведении детей после полугодичных регулярных занятий.

Быть робототехником – значит, владеть набором знаний в области электроники и электротехники, информатики и физики, радио- и телемеханики,  а также прочих иных, с ними тесно связанных. Потому у занимающихся в таких кружках есть преимущество: они могут рассчитывать на поступление в один из престижных технических ВУЗов страны.

Стоит ли говорить о том, что профессия робототехника становится всё более востребованной, и такие узкие специалисты вполне могут рассчитывать в ближайшем будущем на прилично оплачиваемую, а главное – интересную работу, сделав её смыслом жизни.

И не забывайте подписываться на новости блога, чтобы не пропустить новые инстересные статьи!

Успехов вам!

ШколаЛа:)