В настоящий момент мы живем в мире технологического прогресса. Уже невозможно представить жизнь без компьютеров, телефонов и прочей техники. Становится привычным, что на предприятии часть человеческого труда заменена машинами, которые выполняют монотонную и тяжелую работу или даже делают то, что человеку физически не под силу.

За последние 50 лет роботы окружили нас настолько, что мы перестали их замечать, но это неудивительно, ведь большинство из них промышленные роботы и никакого внешнего сходства с человеком они не имеют. Однако в ближайшее время это может измениться. Все более и более становятся популярными так называемые сервисные роботы, которые помогут людям сделать их жизнь легче и безопаснее.

Население в развитых странах стареет, следовательно, им необходима помощь в повседневной жизни, однако не у всех есть родственники, готовые заботиться о них 24 часа в сутки, а содержание в домах престарелых порой желает быть лучше, ведь количество пенсионеров в разы больше, чем персонала. Роботы смогли бы справиться с этой проблемой.

Другим примером являются дети с особенностями развития. Со многими из них достаточно сложно установить контакт педагогам и родственникам, но такие дети часто заинтересованы технологическими предметами. Обучающие роботы смогли бы помочь им.

Практического смысла большинство роботов, похожих именно на человека, не имеют, но с эстетической точки зрения люди всегда пытались создать что-то по своему образу и подобию, поэтому они притягивают больше внимания. К тому же, чем больше робот похож на человека, тем более привлекательным он выглядит для людей, следовательно, вызывает желание общаться.

Большинство антропоморфных роботов, представленных на мировом рынке, не очень похожи на реального человека, а только имеют схожие черты: наличие ног, рук, туловища и головы. Создание же в действительности похожего на человека робота требует не только участие инженеров, конструкторов, но и дизайнеров. Благодаря их работе внешне робот может стать действительно похожим на человека, однако и здесь возникает ряд проблем: как заставить робота передавать эмоции, подобно человеку или поднимать предметы с легкостью и быстротой передвижения, с которой это делают люди; как научить его осязать предметы, понимать, что это горячий предмет, а этот холодный; как научить распознавать цвета и многое другое.

Еще один вопрос, который стоит перед учеными - как научить робота мыслить и распознавать информацию. Речь идет не только о восприятии простых наборов команд, которые заложены в нем, а о том, чтобы он мог рассуждать над заданным вопросом и давать на него конкретный ответ. Как научить его сопереживать, испытывать чувства на события? На многие эти вопросы еще нет ответа, что приводит к тому, что необходимы дальнейшие изучения в этой области.

Другой проблемой является соблюдение соответствующих человеку размеров из-за того, что все "мышцы" робота представлены иначе, чем у человека. Данный вопрос активно решается учеными многих стран, предлагаются и развиваются различные варианты, но на данный момент роботы далеки от полноценного соответствия человеческим размерам и функциональности.

Дальнейшее развитие в этом направлении предполагает создание не только внешнего облика, идентичного человеку, но и написание программ и алгоритмов по управлению и обучению.

Таким образом, тема диплома актуальна в настоящий момент и имеет огромный потенциал в дальнейшем развитии.

Объектом дипломной работы был выбран робот.

управляемый антропоморфный робот программирование

Предметом дипломной работы являются компоненты антропоморфного робота: проектирование, производство и сборка деталей вместе.

Целью является создание антропоморфного робота, способного двигаться и выполнять определенные команды.

Для того, чтобы достигнуть поставленную цель, необходимо выполнить следующие задачи:

1. Проанализировать существующие решения в этой области.

2. Выбрать программу проектирования, которая помогла бы наиболее точно создать компоненты робота.

3. Подобрать комплектующие для робота, которые укладывались бы в бюджет.

4. Спроектировать основные компоненты антропоморфного робота: ноги, руки, корпус и голову так, чтобы он смог передвигаться, был устойчив в начальный момент.

5. Распечатать полученные детали.

6. Собрать все компоненты воедино.

7. Написать программу управления роботом через интерфейс USB.

В результате выполнения поставленных задач будет создан антропоморфный робот, который в дальнейшем сможет быть обучен и станет полезным для школьников, студентов и других людей как средство обучения, что определяет актуальность данной работы.

Выполняя выпускную квалификационную работу, были использованы следующие методы:

анализ литературы;

изучение отечественных и зарубежных аналогов;

сравнение характеристик программных средств;

теоретический анализ и синтез;

аналогия;

моделирование;

обобщение полученного материала.

Отечественные и зарубежные авторы ранее уже рассматривали в своей деятельности разработку антропоморфных роботов, в связи с этим было проанализировано, что было сделано раннее и что может быть сделано с нашей стороны, были проведены аналогии между роботом, приведенным в выпускной квалификационной работе и роботами, разработанным другими людьми.

Сравнение характеристик программных средств, в которых возможно проектирование компонентов антропоморфного робота, помогло определиться с выбором САПР наиболее удобной для создания деталей.

В результате теоретического анализа и синтеза были выявлены внешние характеристики человека, которые помогли спроектировать компоненты таким образом, чтобы они были похожи на него и имели те же возможности передвижения.

Главным же методом данной работы является моделирование. Благодаря ему были спроектированы детали робота таким образом, чтобы он смог передвигаться, был устойчив в начальном положении, а внешний вид был схож с человеком.

Теоретической основой исследования служили роботы, находящиеся в университете.

Практическая значимость заключается в усовершенствовании имеющихся роботов, исправлении ошибок, допущенных при проектировании, выборе компонентов и материала деталей.

В результате выполнения выпускной квалификационной работы был создан антропоморфный робот, в котором исправлены ошибки, допущенные у других российских аналогов.

В университете представлено 2 аналога, но оба имеют свои недостатки. Железный робот слишком тяжелый, поэтому он неустойчив в начальном положении и не может двигаться. Darwin-mini изготовлен из пластика, однако его сервомоторы хрупкие и после падения быстро ломаются.

Таким образом, было принято решение использовать пластик, как материал, из которого будут созданы компоненты робота, чтобы уменьшить давление на нижние конечности; а в качестве сервомоторов использовать более мощные, такие, которыми обладает железный робот.

В первом разделе рассматриваются существующие решения, подробно описываются виды систем автоматизированного проектирования, которые применяются при создании роботов; производится обзор программ и модулей САПР, а также описаны существующие аналоги, которые имеются в этой области.

Второй раздел посвящен обзору программ контроля и отражает представленные на рынке программы, которые функциональны и работают.

Третий раздел описывает выбор программы проектирования, языка программирования, используемого при создании программы контроля робота и подробно рассматривает все комплектующие, так или иначе участвующие при создании робота. Он включает описание наиболее популярных и функциональных средств для проектирования компонентов робота, а также обоснование и выбор наиболее удобной и функциональной программы. Подбор комплектующих занимает важную роль при разработке, так как относительно выбранных компонентов будут спроектированы детали, а замена некоторых на другой тип может привести к необходимости перепроектирования, а выбор языка программирования вкупе со средой разработки крайне важен для дальнейшей разработки программного обеспечения робота.

В четвертом разделе подробно описываются алгоритмы программы контроля, которые позволяют определить пути решения для дальнейшего создания программы по управлению.

Пятый раздел посвящен практической части по разработке маленького робота, на котором были проведены исследования для дальнейшего создания компонентов.

В шестом разделе описано, как на основе полученных результатов, были спроектированы детали для большого робота.

Седьмой раздел включает в себя полное описание этапов разработки всего программного обеспечения робота.

Восьмой раздел посвящен экономическим расчетам: подсчитана сумма, потраченная на покупку комплектующих, время печати всех деталей на 3D принтере, сколько материала (пластика) ушло на это.

В заключении представлены выводы и результаты выполнения выпускной квалификационной работы, а также возможные дальнейшие пути развития робототехники в целом и разработанного в рамках данной выпускной квалификационной работы антропоморфного робота.

1. Анализ существующих решений в области проектирования антропоморфных роботов