Технические науки/11 Робототехника

Магистрант Дивисин С.В.

Северо-Казахстанский Государственный Университет им. М. Козыбаева

Перспективы развития робототехники в образовательной сфере.

Мы живем в золотой век развивающихся технологий, когда становятся доступными и возможными проекты космических путешествий, автоматизированных помощников, развитие потенциала инженерии и кибернетики. Люди научились делать кибернетические протезы, которые раньше считали уделом фантастических рассказов, появились первые образцы кибернетического глаза, решающие проблему потери зрения, которая постигла человечество в последние годы. Кибернетика объединяет множество отраслей, и в данный момент именно протезы являются ярким примером того, как разные области естественных наук вносят свой вклад в общее дело.

Сферы применения роботов и робототехники различны: образование, медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. Очень многие процессы в жизни, человек уже и не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов).

Специалисты, обладающие знаниями в этой области сильно востребованы. И вопрос внедрения робототехники в учебный процесс начиная с начальной школы актуален. Если ребенок интересуется данной сферой с самого младшего возраста, он может открыть для себя столько интересного. Поэтому, внедрение робототехники в учебный процесс и внеурочное время приобретают все большую значимость и актуальность.

Применение возможностей робототехнических комплексов на основе ARDUINO в инженерном образовании в средней и старшей школе в рамках дисциплин математики, информатики и технологии дает возможность одновременной отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика, теория управления, программирование, теория информации. А использование датчиков поможет выстроить меж предметные связи с физикой, биологией и химией.

Востребованность комплексных знаний способствует развитию коммуникативных навыков между творческими командами учащихся. Кроме того, ученики уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи.

Глава государства Н.А. Назарбаев назвал развитие робототехники одним из главных направлений развития в текущей и следующей пятилетке в рамках программы 2050, создав огромную поддержку энтузиастам для развития технологий.

Главной проблемой развития робототехники на данный момент – ограниченность ресурсов, а именно самих роботов, что ограничивает количество детей, вовлеченных в процесс обучения. Собственного производства в стране нет, что приводит к ситуации импорта оборудования, которое становится не просто востребованным, а необходимым в целях развития страны.

В науке же давно известен феномен моделирования, в результате которого в отсутствие реального объекта работы создается его копия, которая сохраняет нужные для эксперимента свойства. Модели часто применяются и в образовании, когда для изучения физических процессов вместо реального оборудования дают возможность воспользоваться программой, которая внешне воспроизводит эксперимент, позволяя ознакомиться с соответствующими свойствами объекта.

Одним из немаловажных факторов развития современного образования, несомненно является использование практических и лабораторных занятий в учебном процессе. Получая практические навыки обучающиеся, намного больше подготовлены к современным реалиям развития рынка труда, а как следствие будут востребованы в будущем. Именно по этим причинам, изучение робототехники в школах и других учебных заведениях в рамках теоретических и лабораторных работ, с явным перевесом в пользу второго, является приоритетом во внедрении инноваций в образовательный процесс.

На данный момент существует множество симуляторов роботов, которые позволяют практиковаться в описании поведения роботов, такие как Microsoft Robotics, Robotino, Gazebo и другие, но они имеют один недостаток. Для их пользования требуется уже наличие навыков работы с роботами, программированием их. Они не годятся для начального обучения робототехники с изучением базовых команд, что лишает их ценности в качестве учебного материала. Это приводит к ситуации, что подходящего для начального знакомства учащихся с робототехникой в свободном доступе нет

Ввиду того, что робототехника в образовательных учреждениях, предмет довольно новый, следует отметить, что сейчас не существует единого централизованного учебного пособия по теоретическим и лабораторным аспектам изучения базовых принципов робототехники. Однако для того, чтобы приступить к работе с робототехникой необходимо сначала закупить комплекты робототехники и оборудовать соответствующий кабинет, но не каждое учебное заведение может себе это позволить.

Очевидно, что возникает потребность в унифицированном программном комплексе, который позволит моделировать сборку и программирования роботов в виртуальной среде, а так же будет содержать краткие теоретические справки сопровождающие процесс сборки программирования и тестирования роботов. Такая информационная система смогла бы решить массу сопутствующих проблем при внедрении данной дисциплины как части учебного процесса. Таким образом можно сделать вывод о том что разработка подобной информационной системы будет весьма перспективной. Рассмотрим цели и задачи которые ставит перед собой разработка данной системы.

Проектирование методического и материально-технического обеспечения лабораторных циклов по учебным дисциплинам связано с преодолением достаточно противоречивых ограничений, среди которых наиболее существенными представляются: сохранение дидактических средств для приобретения навыков работы с приборами и исследуемыми объектами; гибкость комплектования лабораторных установок объектами исследования и приборами; обеспечение мер безаварийной эксплуатации приборов и сохранности исследуемых объектов в процессе выполнения работы и при непреднамеренных нарушениях режимов; стоимость обеспечения лабораторного цикла; возможность тиражирования и поставки средств обеспечения лабораторных циклов потребителям. Для ознакомления студентов с роботами и обучения технологическому программированию рациональнее использовать учебные модели роботов или трехмерные виртуальные модели, с системой управления соответствующей системе реального робота [4, c. 102]. Но и настольные роботы весьма дорогостоящи. Модели роботов имеют ряд преимуществ и особенностей, таких как: модель имеет все степени свободы присущие реальному технологическому объекту, модель предусматривает режим Авария - ситуацию, связанную с недопустимым действием робота, например, удар рабочим органом о стол или другой предмет, предусмотрен режим восстановления после аварии, расположение рабочих окон и в Ручном и Автоматическом режимах не вызывает затруднений в прочтении данных и наблюдении за объектом, реализованы подсказки, позволяющие ориентироваться пользователю в интерфейсе программы – имитатора, модель позволяет рассматривать сцену в различных ракурсах в трёхмерном пространстве, можно изменять уровень освещения сцены, выбрать раскраску, включать и отключать объекты, которые в данный момент мешают увидеть перемещение блоков модели, в файле помощи содержатся исчерпывающие инструкции по работе с соответствующей моделью.

Литература:

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

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

3. https://xakep.ru/2014/10/30/test-robot-without-robot/ - актуальная дата 26.12.2016