Электронды-оқу.-Робототехника (1)

Робототехника
негіздері

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министірлігі
«Ш. Уәлиханов атындағы Көкшетау университеті» КеАҚ

Электрондық оқулық:
РОБОТОТЕХНИКА НЕГІЗДЕРІ
Оқулық жалпы білім беретін мектеп оқушылары мен жоғары оқу орнының
студенттеріне арналған.
Орындаған: Әтібек Назым
ИК201дв тобының студенті

Көкшетау, 2022

КІРІСПЕ
Заманауи қолданбалы ғылымның жетекші бағыттарының бірі – адам
өміріне өндірістік және тұрмыстық саланы айтарлықтай жеңілдететін
автоматты машиналарды жасаумен және енгізумен айналысатын
робототехника.
Робототехника ғылым мен техниканың роботтар мен робототехникалық
жүйелерді жасауға байланысты тез дамитын саланың бірі болып табылады.
Бұл ғылым механика мен кибернетика ғылымының негізінде жаңа сала болып
орнықталды.
Бұл ғылымның зертелетін негізгі объектілерінің бірі болып адамның
интелектуалдық және қозғалыс функцияларын орындайтын әмбебап автомат–
робот болып табылады. Адамның қозғалыс және интелектуалдық
функцияларын орындау дәрежесіне қарай роботтар да түрлі топтарға
жіктеледі. Бұл роботтардың ішіндегі маңызды тобына манипуляциялық
роботтар жатады. Осы роботтардың жеке түріне жататын өнеркәсіптік
роботтардың ерекшеліктері олардың артқару органдарының бар болуы.
Қазіргі уақытта робототехника – бұл айтарлықтай дамыған сала:
роботтардың көбі әртүрлі кәсіпорындарда жұмыс істейді, ғарыш кеңістігін
немесе су асты тереңдігін зерттеу су астындағы роботтық манипуляторлар
мен интеллект деңгейі жоғары ұшақты қолданбай аяқталмайды.
Бұл оқулық орта негізгі білім беру ұйымдарының оқушыларына
арналған.

3

1-бөлім. ДӘРІС КЕШЕНІ

Дәріс-1. Робототехника негіздері

Мақсаты: Робототехниканың даму тарихы мен роботтардың жіктелуіне
тоқталу.

Робототехника (робот және техника; ағылш. Robotics – роботика,
роботехника) – роботтардың құрылысы, жұмысы, қолдануымен айналысатын,
оған қоса оларды басқару, сезіну, мәлімет өңдеумен айналысатын
механикалық, электронды инженерия мен компьютер ғылымдарының біріккен
саласы. Сондай-ақ робототехника роботтардан басқа автоматтандырылған
техникалық жүйелер мен өндірістік үдерістердің ең жаңа техникалық
жиынтықталуын әзірлеу мен қолдану жолдарын зерттейтін ғылым.

Pобот – чех сөзі, оны чех жазушы-сатиригі Карл Чапек ағасы Йозфпен
бірлесіп «R.U.R» (Rossum’s Universal Robots, 1917 жыл, 1921 жылы жарыққа
шықты) пьесса үшін ойлап тапқан. Бір қызығы, пьесса адам тәріздес
машинаның адамдарға қарсы көтерілісі туралы әңгімелейді. Сюжет бойынша,
роботтар бірінші міндетте өз түрін қалыптастыруға арналған өндіріспен
айналысады. Олар жер шарын тез толтырып және барлық жұмысты өзіне
алады, нәтижесінде адамзат түгелдей дерлік нашарлайды. Ақырында роботтар
көтерілісті бастайды. Карелдің идеясы замандастарының ақыл-парасатын
қозғағаны соншалық, бірінші пьессаның қойылымынан кейін Лондонда
жазушы бір мезетте атақты болып шыға келді.

Робототехника туралы танымал мақалаларда кездесетін екінші нәрсе, ол
– жалған қызмет көрсеткен темір Гефеста құдайының қызметшісі, орта
ғасырлық гоммуникулист ал химиктер, ежелгі европалық Голема мифі және
сонғысы "Франштейин немесе Қазіргі заманғы Прометей" Мери Келли.

Үшінші – ортағасырлық механикалық қуыршақтар туралы көптеген
тамаша әңгімелер. Бағдарлама ретінде оларға жұдырықты механизмді немесе
қатарласып орналасқан барабанды қолданды. Инженер, математик және
музыкант Жак де Вокансон құрған флейттегі механикалық ойын үлгісі (1736)
бойынша қуыршақ шын мәнінде ойнайды, саусақтарын қимылдатып және
флейтке шығып қаптар ауаны кеңінен қолдана алады. Вокансон сонымен қатар
жүре алатын, қанаттарымен қимылдай алатын, дыбыс шығара алатын, су
ішетін, дәндерді шоқитын және оларды ішкі диірменімен ұсақтай алатын,
қажетті нәрсені ағзаға жіберетін нақты түтіктермен қапталған үйректі жасап
шығарды. Үйрек 400-ден астам қозғалатын бөлімнен тұрды және шебердің
қолынан жасалған тәжі деп танылды (1-сурет).

4

1-сурет. Вокансонның үйрек роботы

Машина мен механизмнің құрылысының үлкен жетістігі динамканың
негізгі заңдарының ашылғаны болды. Тіпті 1743 жылы Жан Лерон Д'Аламбер
статистикада қолданатын, дене күштері динамикасының қағидасын
пайдаланып ұзартуға болады деген тұжырым жасады. Системаны
статистикалық тепе-теңдікке алып келу үшін (мысалы, бөтелкені құлап
кетпейтіндей етіп мойынға орналастырған) барлық объектінің дұрыс жағдайда
орналасуын табуға тиіс. Динамикалық тепе-теңдік үшін (жүйесінің кейбір
бөлігі мысалы, қозғалыс құрып айналуға, қолданбалы күштерді теңестіріп
қосу мүмкін болған) 2-3 ұстанымды немесе жылдамдықты ғана емес, бірден
барық қалыптың функцияларын бір уақытта дереу табу керек. Ол үшін
Д'Аламбер активті күштерге инерция күшін қосты.

Манипуляторлар бірінші бағдарламаланатын машиналар АҚШ-та 1930
жылы пайда болады. Оларды құру үшін серпін автоматтандырылған өндірістік
желіні немесе конвейерден (1913 ж.) құру үшін Генри Форд (1863-1947)
жұмыс істеді. Шағын қадамдар үлкен санына өнімнің өндірісінің бүкіл
процесін төмен бұзу арқылы, Форд орташа қызметкердің біліктілік
талаптарын азайта білді. Оған дейін, автомобиль тек жоғары мамандар тобын
жинап алар еді. Енді, тек мамандар үшін өндірістік процестің нақты жоспарын
әзірлеу қажет еді. Алайда, конвейердің кері әсері де болды, ол біржақты ұзақ
жұмыс адамды шаршатып, өндірушілікті төмендетті және алдын ала
білінбейтін кәсіби ауруларды туғызуға себеп болып табылды. Сондай-ақ, қол
жетімді және ең зиянды жұмыс үшін конвейерде еркін орын таңдауға
болғандықтан төлем төлеуге мәжбүрледі.

Ал олардың біріншісі - кескіндеме, тез кебу үшін, мықты болуы үшін
және де сия тым көп жұмсалмайтындай, берілген қалыңдықта бояу қабаты өте
тегіс болуы керек.

Мәліметтер көптігіне сүйенсек, мысалы әлемдегі алғашқы
индустриялық робот Business Week's Robot Milestones, 1938 жылы
американдық екі азамат Уиллард Поллард пен Гарольд Роузландтың DeVilbiss
Company компаниясы үшін құрастырылған, ал Ұлыбританияда сол уақытта
компрессорлар өнеркәсібін өндіру үшін диспенсерлер ірі өндіруші болып
табылды.

Бақылау сұрақтары:
1. Робототехника дегеніміз не?
2. Ең алғашқы роботты кім және қашан ойлап тапқан?

5

3. Роботтардың қазіргі таңдағы рөлі қандай?
4. Егер сіз робот жасай алсаңыз, қандай робот ойлап табар едіңіз?

Дәріс-2. Роботтар және роботтардың жіктелуі

Мақсаты: Роботтар мен олардың жіктелуін анықтау.
Машина жасау және сол сияқты өндірістерді комплексті
механикаландыру мен автоматтандыру, еңбек өнімділігін арттыру, өнім
сапасын жоғарылату мәселелері осы өнеркәсіптік роботтардың көмегімен
шешіледі. Әдеттегі автоматтандыру құралдарынан әмбебаптығы мен қайта
икемделу мүмкіншілігі бойынша ерекшеленетін өнеркәсіптік роботтар
автоматтандырылған технологиялық кешендерді, қайта икемделуі тез икемді
өндірістік жүйелерді және икемді автоматтандырылған өндірістерді
құрастыруда негізгі әмбебап қондырғы болып саналады.
Өнеркәсіптік робот дегеніміз – өндіріс салаларында қолданылатын
программаланған автоматты манипулятор.
Манипулятор – кеңістікте обьектілерді қозғалту кезіндегі адамның
қолының функцияларына ұқсас, жұмысшы органымен жабдықталған,
қозғалту функцияларын орындайтын жабдық.
Орындау операцияларының сипаты бойынша барлық өнеркәсіптік
роботтар әртүрлі өндірістік-технологиялық белгілері бар үш топқа бөлінеді.
1. Технологиялық (өндірістік) роботтар – технологиялық үрдістің

негізгі операцияларын орындайды. Олар иілу, пісіру, бояу, құрастыру
және т.б. тәрізді операцияларын орындайды, өндіретін және өңдейтін
машиналар ретінде технологиялық үрдісте тікелей қатысады.
2. Қосымша роботтар (көтергіш-транспорттық) – алу-көшу-қою тәрізді
іс-қимылдарды орындайды. Оларды негізінен негізгі технологиялық
жабыдқтарға қызмет көрсету кезінде қосымша операцияларды
автоматтандыру үшін, дайындамаларды, бөлшектерді, аспаптарды
және жабдықтарды орналастыру-алу операциялары үшін, сондай-ақ
транспорттық-қоймалық және т.б. операцияларда қолданады.
3. Әмбебап роботтар – әртүрлі технологиялық операцияларды негізгі
және қосымша орындайды, яғни олар өздеріне алғашқы екі топтың
белгілерін қосып алады. Осы термин өнеркәсіптік роботты
орындайтын операцияларының сипаттамалары бойынша да, арнаулы
бағыт дәрежесі бойынша да сипаттайды.
Мамандану дәрежесі бойынша технологиялық және қосымша
өнеркәсіптік роботтар арнайы, мамандандырылған және көп мақсатты болып
бөлінеді.
Арнайы өнеркәсіптік роботтардың функционалдық мүмкіндіктері
анықталған, белгілі бір технологиялық операцияны орындауға немесе негізгі
технологиялық жабдықтың нақты үлгісіне қызмет көрсетуге мүмкіндік
тудырады. Мамандандырылған өндірістік роботтар технологиялық

6

операцияның бір түрін ғана (пісіру, бояу, құрастыру, иілу және т.б.) орындауға
арналған.

Көпмақсатты өнеркәсіптік роботтар әртүрлі негізгі немесе қосымша
операцияларды, соның ішінде орындалуы әртүрлі типті әдістермен жүзеге
асырылатын операцияларды орындауға арналған.

Егер өнеркәсіптік өнеркәсіптік робот негізгі де, қосымша да
операцияларды орындай алатын болса, сондай-ақ көпмақсатты технологиялық
өнеркәсіптік роботтар мен қосымша өнеркәсіптік роботтар белгілеріне ие
болса, онда ол әмбебап роботтар қатарына жатады.

Роботтарды қолайсыз ортада пайдаланудың артықшылықтары бар,
оларды станоктарда қызмет етуге пайдаланудың негізгі себепі болып еңбекақы
шығынының тікелей төмендеуі табылады. Көбінесе өнімділік те артады, себебі
роботтар адамдарға қарағанда ұзақ уақыт жұмыс істей алады. Станоктарға
салу және алу кездерінде роботтардың объектілермен манипуляциялау,
оларды қозғалту қабілеттіліктерінің үйлесуі қолданылады.

Бақылау сұрақтары:
1. Өнеркәсіптік роботтар дегеніміз не?
2. Қандай өнеркәсіптік роботтарды білесіз?
3. Өнеркәсіптік роботтар қайда қолданылады?
4. Өнеркәсіптік роботтарды қолданудың ерекшеліктері мен

кемшіліктері.

Дәріс-3. Робототехникалық жобалауға арналған білім салалары

Мақсаты: Роботты құрастыру кезіндегі жобалау жұмыстарын анықтау.
Робототехника көптеген ғылыми және инженерлік пәндердің білімдерін
қамтиды. Сондықтан, роботты жобалауды жоспарланған кезде, сіз осы салада
кейбір негізгі білімге ие болуыңыз керек. Оның ішінде өлшемдері,
робототехника құрылғысының функционалдығының күрделілігі осы білімнің
көлеміне әсер етеді. Мысалы, қарапайым функционалдығы бар кішкентай
роботты жасау үшін робототехника туралы негізгі білім жеткілікті болады, ал
аяқ киім қорабының өлшемін алуда роботқа электроника, бағдарламалау,
қатты дене механикасы туралы құрылғының балансын жүзеге асыру үшін
қосымша білім қажет болады.
Әрине, бұл барлық пәндер бойынша бәрін білу міндетті емес, бірақ
робототехника негіздерін білу ең жақсы роботтарды жасауға көмектеседі және
робототехникадағы жаңадан бастаушының мүмкін болатын қателіктерін
болдырмайды.
Робототехника үшін ғылымның қай салаларында білім қажет екенін
қарастырайық.
Механика (грек тілінен mechanike (téchne)) - машиналар туралы ғылым,
машина жасау өнері), материалдық денелердің механикалық қозғалысы және
осы кезде пайда болатын денелер арасындағы өзара әрекеттесу туралы ғылым.

7

Робототехникада физикалық құбылыстарды түсіну үшін механика білімі
қажет:

 құрылымның әртүрлі бөліктері арасында күштер қалай
тасымалданады;

 ауырлық центрі қайда орналасқан;
 үйкеліс;
 дененің орны, жылдамдығы, үдеуі;
 Ньютон заңдары;
 Инерция;
 материалдың қасиеттері.
Механика білімі роботты тепе-теңдікте ұстау процесін жүзеге асыруға
көмектеседі. Механика туралы ештеңе білмей робот құрастыруға
болатынымен, механиканы білмей еңкейіп, бұрылғанда орнықты болатын
робот жасау мүмкін емес. Механика білімін қолданудың тағы бір нүктесі –
осьтер.
Мысалы, шағын роботтарды құрастыру кезінде дөңгелектерді
қозғалтқыштың шығыс білігіне тікелей бекітуге болады. Дегенмен, бұл үлкен
роботтар үшін жұмыс істемейді, өйткені ол қозғалтқыштың ішкі бөліктеріне
үлкен жүктеме береді. Ең жақсы әдіс – дөңгелектерді оське бекіту және
қозғалтқышты оське қосу үшін берілістерді пайдалану.
Механика білімі осындай құрылымдарды құрастыруға мүмкіндік береді.
Егер робот кішкентай болса, оны жасауға арналған кез келген материал дерлік
жарайды. Роботтың салмағы бірнеше килограмм болса, картоннан гөрі берік
материалдарды қолданған дұрыс. Ал роботтың өлшемі адам өлшемімен бірдей
болса, онда дизайнда металл немесе композициялық құрылымды пайдаланған
жөн.
Электроника (грек. Ηλεκτρόνιο "электрон") - жұмысы зарядталған
бөлшектердің (электрондардың) вакуумдағы, газдағы немесе қатты кристалды
денелердегі және басқа да физикалық құбылыстардағы концентрациясының
өзгеруіне, қозғалысына негізделген әртүрлі қондырғылар мен құрылғыларды
жасаумен және практикалық қолданумен айналысатын ғылым мен
техниканың саласы.
Робототехникада электрониканы білу мынадай жұмыстарды түсіну үшін
қажет:
 электрондық компоненттер;
 аналогтық тізбектер;
 сандық логика;
 микроконтроллерлер.
Электроника – бұл толықтай механикалық робот жасау немесе басқару
үшін пневматиканы пайдалану жоспарланбаған жағдайда, қазіргі әлемде
онсыз мүмкін емес нәрсе.
Компьютерлік бағдарламалау – бұл құрылғыға берілген
тапсырмаларды шешуде компьютерлік құрылғы орындауы тиіс командалар

8

тізімін жазу процесі. Бағдарлама деп аталатын пәрмендер тізімі өте егжей-
тегжейлі болуы керек, өйткені компьютерлік құрылғы өзі ойлай алмайды.

Робототехникада келесі құбылыстарды түсіну үшін компьютерлік
бағдарламалау білімі қажет:

 басқару құрылымдары (дәйектілік, таңдау, итерация);
 деректер түрлері (тұрақтылар, айнымалылар, бүтін сандар,

нақтылар, жолдар және т.б.);
 алгоритмдер;
 аппараттық басқару (регистрлерді орнату және оқу, үзулер және

т.б.);
 логика.
Роботты жобалау көлемі (салмағы), мотор қуаты мен батарея
арасындағы тепе-теңдікті алдын ала бағалауды талап етеді. Бұл үш элемент
бір-бірімен қосылған (үлкен батарея сыйымдылығы роботтың салмағын
арттырады және одан да күшті қозғалтқыштарды қажет етеді) және «мінсіз»
тепе-теңдікті табу көптеген түзетулер мен эксперименттерді қажет етеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Механика дегеніміз не?
2. Электроника дегеніміз не?
3. Робототехниканың қандай ғылымдармен байланысы бар?
4. Жобалау түрлері, оларды қолдану аясы туралы түсінгеніңізді
айтыңыз.

Дәріс-4. Роботтың қуат жүйелері

Мақсаты: Роботтардың қуат көздерін анықтау, ең тиімді қуат көзін
табу.

Роботтар жұмыс істеуі үшін қуат қажет. Роботтардың көпшілігі мұны
істеу үшін электр қуатын пайдаланады. Мобильді роботтарды автономды
қуатпен қамтамасыз ету үшін электрлік батареялар және фотоэлектрлік
элементтер пайдаланылады. Жақын арада роботтарға қуат беретін үшінші көз
пайда болады, ол – отын элементтері.

Фотоэлектрлік элементтер.
Күн батареялары деп аталатын фотоэлектрлік элементтер күн сәулесінің
әсерінен электр энергиясын жасайды. Стандартты күн батареяларының қуаты
өте төмен. Потенциалдар айырмашылығы 0,7 В, олар бірнеше миллиампер ток
шығарады. Қолайлы қуат деңгейін алу үшін ұяшықтар күн батареяларын
қалыптастыру үшін бір-біріне қосылады.
Робототехникада күн батареялары роботтарды тікелей қуатпен
қамтамасыз ету үшін тізбектей және параллель қосылған. Күн батареяларынан
роботтың жұмысын қамтамасыз ету үшін, функциялардың қажетті ауқымын
сақтай отырып, оның өлшемдері минималды болуы керек. Тиісінше, елеусіз
қуатты тұтынатын жеңіл және жоғары берік материалдар мен электронды

9

схемалар қолданылуы керек. Құрылымның салмағы және электр энергиясын
тұтыну неғұрлым аз болса, күн батареяларын пайдалану соғұрлым
перспективалы болады. Дегенмен жеңіл салмақ пен үнемді қуат тұтыну кез
келген роботты жасауда маңызды. Күн батареялары роботтың батареяларын
қайта зарядтайтын қайталама қуат көзі бола алады. Мұндай біріктірілген қуат
көзі роботты күн панельдерінен тікелей қуаттандырумен салыстырғанда күн
батареяларының қуат талаптарын азайтады. Дегенмен, бұл жағдайда роботта
уақыттың бір бөлігі ғана белсенді түрде жұмыс істейді, ал қалған уақытта
батареяларын зарядтайды.

Сондай-ақ күн батареяларын біріктіріп тікелей және қайталама қуат
көздері ретінде пайдалануға болады.

Күн қозғалтқышының сұлулығы оның бір бөлігі істен шыққанға дейін
жұмыс істей алады, бұл бірнеше жылдан кейін орын алуы мүмкін.

Батареялар.
Батареялар роботтар үшін ең жиі қолданылатын қуат көзі болып
табылады. Кез келген аккумулятордың сыйымдылығы, оның түріне
қарамастан, ампер сағаттарымен өлшенеді, бұл ток күшінің ампер немесе
миллиампердегі өнімін және сағатпен көрсетілген уақытты білдіреді, оның
барысында аккумулятор берілген токты жеткізуге қабілетті.
Бұл ұғымның өте қарапайым физикалық мағынасы бар. Батареяның
сыйымдылығы 2 Aс (Ач) делік. Бұл аккумулятордың 2А токты 1 сағат бойы
ұстауға қабілетті екенін білдіреді. Егер токты 1 А-ға дейін төмендететін
болсақ, онда батарея 2 сағат бойы токты сақтай алады. Егер сіз токты 500 мА
дейін азайтсаңыз, онда уақыт сәйкесінше 4 сағатқа дейін артады. Осылайша,
батареяның «өмір сүру мерзімі» ағып жатқан ток күшімен кері
пропорционалды.
Гальваникалық элементтер.
Гальваникалық элементтер бір реттік пайдалану батареялары болып
табылады. Ұяшық кернеуі шамамен 1,5 В болатын батареялар класын
қарастырайық. Роботтарды жобалау кезінде «өлі» батареяларды жиі ауыстыру
құрылғының жұмыс істеу құнын арттырады. Бірақ мұндай
аккумуляторлардың артықшылығы аккумуляторларға қарағанда меншікті
электр сыйымдылығының жоғары болуында. Құрылғыны «бір реттік»
пайдалану кезінде (мысалы, робот жарыстарында «жауынгерлер»),
гальваникалық батареяларды пайдалану қолайлы болуы мүмкін, өйткені олар
көп күш жұмсайды.
Көміртек-мырыш элементтері.
Көміртек-мырыш элементтері батарея диапазонының төменгі жағында
орналасқан. 1868 жылы Джордж Лекланше ойлап тапқаннан бері олар
айтарлықтай өзгерген жоқ. Көміртек-мырыш элементінің меншікті
сыйымдылығы төмен (текше см-ге 0,05-0,1 Вт сағ), жоғары токтарға төтеп
бере алмайды. Көлбеу разряд қисығы бар және төмен температурада жұмыс
істемейді. Мұндай элементтер өте арзан, бірақ ескірген болып табылады.
Сілтілік марганец элементтері.

10

Мұндай элементтер әдетте сілтілі батареялар деп аталады. Олардың
меншікті сыйымдылығы жоғары (0,1–0,15 Вт сағ/ккб), оларда жақсартылған
температура сипаттамалары, разрядтың қисығы тегіс және орташа баға бар.

Литий элементтері.
Литий элементтері бүгінгі таңда ең жақсы элемент болып табылады.
Олардың меншікті сыйымдылығы 0,5 Вт/сағ. см, олар жоғары және төмен
температуралар үшін тамаша температура сипаттамаларына ие, олар зарядты
өте ұзақ уақыт бойы (шамамен 15 жыл) сақтайды, сонымен қатар салмағы аз.
Кемшілігі – салыстырмалы түрде жоғары баға.
Аккумуляторлы батареялар.
Аккумуляторлы батареялардың қайта зарядталу мүмкіндігіне ие. Ең көп
қолданылатындары никель, литий және қышқылды аккумуляторлар.
Автокөлік қышқылдық аккумуляторлары робототехникада қолдануға
жарамсыз. Себебі, мұндай батареяларда разряд деңгейі «нөлге» дейін, бұл
технологиялық тұрғыдан қолайсыз. Мұндай аккумуляторлар қысқа уақытқа
жоғары ток бере алады (автокөлікті стартермен іске қосу), одан кейін оны
дереу қайта зарядтау керек.
Батарея толығымен қуаты таусылғаннан кейін оның құрамындағы
қалдық электр энергиясы терең разряд деп аталады. Терең разрядқа төтеп бере
алатын қышқылдық батареялар бар, олар мысалы күн батареяларына
негізделген аралас энергетикалық жүйелерде пайдаланылады. Бірақ мұндай
батареялардың бағасы жоғары. Роботтарды құрастыру кезінде терең
зарядсыздану циклдарына төтеп бере алатын батареяларды пайдалану
ұсынылады.
Бақылау сұрақтары:
1. Қуат дегеніміз не? Робототехникада қуат көзінің маңызы қандай?
2. Роботтарды қуаттау үшін қандай элементтер пайдаланылады?
3. Батареялардың қайсысы тиімді әрі қолайлы? Өз ойыңызды дәлелдеп

көріңіз.
4. Жаңа қандай қуат көздерін білесіздер?

Дәріс-5. Атқарушы құрылғылар

Мақсаты: сенсор жүйесінің маңызы мен қолданысын анықтау.
Робот синергияның жақсы үлгісі болып табылады, яғни бұрын белгілі
құрамдас бөліктердің (манипуляторлар, компьютерлер, сенсорлар)
қосындысы қалай жаңа сапа береді: жасанды интеллект, жасанды
органдардың жеткілікті дамыған нұсқасы бар техникалық құрылғының
принципті жаңа түрі сезімдер (сенсорлық), қоршаған ортаны қабылдау және
оған белсенді әсер ету, осы процестің барысында оқу және жетілдіру.
Басқару құрылғысы роботтың «миы» болып табылады, ол сенсорлық
жүйеден кері байланыс сигналдарын ескере отырып, енгізілген бағдарлама
негізінде атқарушы жүйенің механизмдерін басқару заңдылықтарын әзірлеу
ретінде қызмет етеді.

11

Сенсор жүйесінің функциялары:
 жағдайларды тану және роботтың жұмыс істеуі үшін ортаны
модельдеу;
 әрекеттерді жоспарлау және мақсатты шешімдер қабылдау;
 қозғалыстарды бағдарламалау және оңтайландыру;
 бағдарламалау тілінде робот пен адам және өзара әрекеттесетін
құрылғылар арасындағы байланысты ұйымдастыру.

Басқару құрылғылары мыналар негізінде жүзеге асырылуы мүмкін:
 пневматикалық немесе электрлік логикалық элементтер,
 саны бірнеше ондаған мыңнан бірнеше мыңға дейін өзгеруі
мүмкін кіріс (аналогтық-цифрлық) және шығыс (цифрлық-
аналогтық) түрлендіргіштердің, интерфейстік байланыс
арналарының кең ауқымын қамтитын есептеу құрылғыларына
негізделген. Жүйке талшықтары сияқты байланыс арналары
үздіксіз (аналогтық) және дискретті (цифрлық) сигналдарды
береді. Ақылды және бейімделгіш роботтың мүмкіндіктері
негізінен басқару жүйесінің алгоритмімен, бағдарламалық
жасақтамасымен анықталады.

Сенсорлық жүйе – роботтың жасанды сезім мүшелері, қоршаған орта
мен роботтың өзі туралы ақпаратты қабылдауға және түрлендіруге арналған.

Сенсорлық жүйенің элементтері ретінде пайдаланылады:
 теледидар және оптоэлектронды құрылғылар;
 лазерлік және ультрадыбыстық қашықтық өлшегіштер;
 акустикалық сенсорлар мен сонарлар;
 тактильді, контактілі және индукциялық сенсорлар;
 позиция, жылдамдық, күштер мен моменттердің сенсорлары;
 потенциометрлер және т.б.

Байланыс жүйесі роботтың «тілі» болып табылады, ол сигнал жіберу
үшін қызмет етеді:

 робот жүйелері арасында;
 робот пен адам арасында;
 роботтар арасында: диалогты жүзеге асыру, тұжырымдау;
 роботқа арналған тапсырмалар, оның жүйелерінің жұмысын

бақылау, ақауларды жою, күнделікті тексерулер және т.б.
Адамнан ақпарат әдетте физикалық әсер ету арқылы енгізу құрылғысы
немесе басқару панелі арқылы келеді (батырманы немесе пернені басу, ауызша
байланыс, биопотенциалдарды пайдалана отырып ақпаратты енгізу
(биобақылау)). Роботтан адамға ақпарат, әдетте, жарық және дыбыс
сигналдарының нысаны ішінде келеді, ал бұл ақпаратты тасымалдаушылар
таблоның әртүрлі түрлері болып табылады: цифрлық көрсеткіштер,
дисплейлер, теледидар камералары және т.б.
Басқару, ақпараттық – өлшеу және байланыс жүйелерінің үйлесімі
роботтың ақпараттық-басқару жүйесін құрайды, ол ақпаратты өңдеу мен
беруді және роботтың роботпен белсенді әрекеттесуін ұйымдастыру

12

мақсатында атқарушы жүйенің жетектері мен механизмдерін қоршаған орта
және адам тұжырымдаған тапсырмаларды орындау.

Атқарушы немесе қозғалтқыш жүйесі ақпараттық-өлшеу жүйесімен
немесе тікелей оператормен тұжырымдалған басқару сигналдарына сәйкес
қоршаған орта объектілеріне тікелей әсер ету немесе олармен өзара әрекеттесу
үшін арналған құрылғы болып табылады. Қозғалтқыш жүйесінің элементтері:

 жетектер (моторлар);
 жіберу құрылғылары (берілістер);
 механикалық қолдар (манипуляторлар);
 механикалық аяқтар (педикуляторлар);
 әртүрлі технологиялық құралдар;
 плоттерлер;
 доңғалақты, шынжыр табанды және басқа шассилері бар арбалар

және т.б.
Бақылау сұрақтары:
1. Сенсор жүйесінің функцияларын атаңыз.
2. Сенсорлық жүйе не үшін қолданылады?
3. Байланыс жүйесінің робот үшін маңызы бар ма?

Дәріс-6. Робототехникалық жүйелерді басқару түрлері

Мақсаты: робототехникалық жүйені басқару түрлерін анықтау.
Роботты басқару деп роботтың шешетін тапсырмалар ауқымына
бейімдеуге, қозғалыстарды бағдарламалауға, басқару жүйесін және оның
бағдарламалық қамтамасыз етуді синтездеуге байланысты тапсырмалар
кешенін шешу түсіндіріледі.
Басқару түріне қарай робототехникалық жүйелер келесіге бөлінеді:
Биотехникалық:
1. командалық (түйме мен рычагты басқару робот сілтемелері);
2. көшіру (адам қозғалысын қайталау, түсірілген күшті,

экзоскелеттерді өткізетін кері байланысты жүзеге асыруға болады);
3. жартылай автоматты (бір командалық органды басқару, мысалы,

роботтың бүкіл кинематикалық схемасының тұтқасы).
Автоматты:
1. бағдарламалық қамтамасыз ету (олар алдын ала белгіленген

бағдарлама бойынша жұмыс істейді, негізінен өзгермейтін қоршаған
орта жағдайында монотонды міндеттерді шешуге арналған);
2. адаптивті (олар типтік тапсырмаларды шешеді, бірақ жұмыс
жағдайларына бейімделеді);
3. интеллектуалды (ең дамыған автоматты жүйелер).
Интерактивті:
1. автоматтандырылған (автоматты және биотехникалық режимдер);

13

2. бақылаушы (адам жүретін автоматты жүйелер тек мақсатты
функцияларды орындайды) интерактивті (робот таңдаулы
адаммен диалогқа қатысады мінез-құлық стратегиялары, ал,
әдетте, робот манипуляциялардың нәтижелерін болжауға және
нысананы таңдау бойынша кеңес беруге қабілетті сараптамалық
жүйемен жабдықталған).

Роботтарды басқарудың негізгі міндеттерінің қатарына мыналар
жатады:

 жоспарлау ережелері;
 қозғалысты жоспарлау;
 күштер мен моменттерді жоспарлау;
 динамикалық дәлдік талдауы;
 роботтың кинематикалық және динамикалық сипаттамаларын

анықтау.
Роботтарды басқару әдістерін жасауда техникалық кибернетика мен
автоматты басқару теориясының жетістіктері үлкен маңызға ие.
Роботтарға команда бойынша шарлау немесе мәселелерді шешу үшін
жасанды интеллекттің (AИ) қандай да бір түрі қажет. Күрделі АИ жасаудың
жоспарлануы бірнеше факторларға байланысты:

 Процессордың қуаты: 8, 16 немесе 32 биттік микропроцессордың
жылдамдығы.

 Қолжетімді жад: уақытша және «тұрақты» жад. Шектеулі жад
көршілес карта, сенсор тарихы, қозғалыс тарихы сияқты бір
уақытта сақтауға болатын деректер көлемін шектейді.

Бақылау сұрақтары:
1. Робототехникалық жүйелер басқару типіне қарай нешеге бөлінеді?
2. Басқару типіне анықтама беріңіз.
3. Роботтарды басқарудың негізгі міндеттері қандай?

Дәріс-7. Роботтарды басқару архитектурасы

Мақсаты: роботты басқарудың архитектуралық ұғымымен танысу,
түсіну.

Роботты басқару архитектурасы бірнеше түрлі архитектуралық стильдер
мен құрылымдарды қамтуы мүмкін. Есептеу және коммуникация негіздері
белгілі бір стильді көрсетеді, ал архитектуралық құрылым жүйенің ішкі
жүйелерге қалай бөлінетінін және осы ішкі жүйелердің өзара әрекеттесуін
көрсетеді. Жақсы ойластырылған архитектурада көп болуы мүмкін роботты
басқару жүйесін спецификациялау, орындау және тексерудегі
артықшылықтар. Түрлі мультипроцессорлық технологияларды пайдалана
отырып, жеделдету үшін тиімді есептеу архитектурасын енгізуге көптеген
әрекеттер жасалды. Дегенмен, есептеу жылдамдығы жалпы архитектуралық
парадигманы бұзбауы керек (кеңейту, ашықтық, қайта конфигурациялау және

14

т.б.), сонымен қатар нақты уақыт талаптары (детерминизм, синхрондау,
деректер тұтастығы және т.б.). Жиі қолданылатын басқару архитектуралары
орталықтандырылған, ажыратылған және иерархиялық болып табылады.
Бірнеше еркіндік дәрежесімен орталықтандырылған басқару өте жақсы жұмыс
істейді және басқарылатын осьтер арасындағы ілінісуді оңай өтейді. Басқару
алгоритмдері күрделене түскен сайын осьтер саны артқан сайын оның
өнімділігі төмендейді. Сонымен қатар, оның қайта конфигурациялануы әдетте
аз, өйткені осьтер санының немесе басқару алгоритмінің кез келген өзгерісі
оның құрылымын қайта құруға әкелуі мүмкін. Керісінше, ажыратылған
архитектурада блоктық процессор бар әрбір ось үшін басқару, ол тіпті
көптеген осьтер үшін байланыс пен есептеу кідірістерін азайтуға мүмкіндік
береді. Импликация – бұл серво-дискіні іріктеудің жоғары жылдамдығы,
жеңіл қайта конфигурациялау және ось бойынша дәл емес байланыс. Кеңес
беруді жоспарлау сияқты функцияларды қамтитын ақылды сәулет
дизайнерлері иерархиялық архитектураны таңдайды, мұнда иерархияның әр
деңгейі жоғарыдағы қабат үшін мәселені жеңілдету және абстракциялау үшін
қолданылады. Бұл жоғары деңгейлі қабаттарды нақты аппараттық құралдан
дәйекті түрде оқшаулауға мүмкіндік береді және басқа жабдыққа
тасымалдануы үшін жүйенің дизайнын айтарлықтай жеңілдетеді. Әрбір осьтің
өзінің жергілікті жері бар. Сервобасқару деңгейінің контроллері күй туралы
жергілікті біліммен ғана, ал барлық осьтер жүйе күйі туралы жаһандық білімі
бар жоғары деңгеймен басқарылады. Бұл осьтер арасындағы жақсы
үйлестіруді қамтамасыз етеді. Жақсы жобаланған жүйе үшін бұл сапа
ажыратылған архитектураға қарағанда артықшылық барады, сонымен қатар,
бөлінген көппроцессорлық құрылымды пайдалану орталықтандырылған
архитектураға қарағанда жақсы қайта конфигурациялауға мүмкіндік береді.
Керісінше, қозғалыстың кешігуі бұл архитектурадағы ықтимал мәселе,
өйткені сенсор деректері әрқашан желі арқылы жүруі керек.

Бақылау сұрақтары:
1. Роботты басқару архитектурасын қалай түсінесіз?
2. Импликация дегеніміз не?
3. Роботты басқарудағы архитектураның маңызы қандай?

Дәріс-8. LEGO MINDSTORM Education жинағы

Мақсаты: LEGO MINDSTORM Education жиынтығы және даму
кезеңдерін зерттеу.

LEGO Mindstorms — программаланатын роботқа қолданылынатын
конструктор (электронды блоктар мен кішігірім құралдар жиыны). Бірінші рет
LEGO компаниясымен 1998 жылы таныстырылды. 8 жылдан кейін LEGO
Mindstorms NXT 1.0 моделі, 2009 жылы — LEGO Mindstorms NXT 2.0, ал 2013
жылы — LEGO Mindstorms EV3 жинақтары шықты.

Осы ғасырдың басынан бастап LEGO MINDSTORMS EDUCATION
STEM оқуларының (ғылым, техника, құрауыштар және математика)

15

көшбасшысы болып келеді. Құрауыштар принципінің мазмұны LEGO және
LEGO MINDSTORMS Education EV3 технологиясы бүгінгі күні
робототехникамен жақын танысу, бағдарламалау принципінің оқуларымен
және физика мен математика оқытулуына үлкен мүмкіндіктер ашып отыр.

LEGO MINDSTORM Education жиынтығының негізгі элементі – EV3
модулі, ол бағдарламалық интеллектуалдық модуль, мотор және датчиктерді
басқару, сымсыз қосылуды іске асыратын қызметтер көрсетеді. EV3
бағдарламалық жасақтамасының Лобби (негізгі терезе) бағдарламаға,
мәліметтерге тіркелу, электронды дәптер және тағы басқалармен жұмыс
жасауды қамтамассыз етеді. Мысалы, сіз өзіндік оқытудың нұсқауларын
қолданып, жұмысты құруды және бағдарламаны іске қоса аласыз. LEGO
Education EV3 базасында тәжірибелі педагогтардың құраған оқулықтар
деректерінің үздіксіз өсу қарқынын қамтамассыз етеді. Біз жүйелі түрде
MINDSTORMS робототехникасын өзінің сабақтарында қолданатын
оқытушыларға үздіксіз оқыту және мамандандырылған танымдармен
қамтамассыздандыруға тырысамыз. Сіз шынайы ғалымдар және инженерлер
сияқты жұмыс жасағыңыз келе ме? Онда Бірінші LEGO- лигия (FIRST® LEGO
Leaque) құрамына кіріңіз және Әлемдік роботтық олимпиадаларында – құнды
білімдерді игеріп, өмірлік танымыңызбен өзіңізге деген сеніміңізді
арттырасыз!

Бақылау сұрақтары:

1. LEGO MINDSTORM Education EV3 роботы туралы анықтама беріңіз.
2. EV3 роботының даму кезеңдері туралы айтып беріңіз.

Дәріс 9-10. EV3-тің технологиясы

Мақсаты: LEGO MINDSTORM Education жиынтығының негізгі
элементі – EV3 модулі, ол бағдарламалық интеллектуалдық модуль, мотор
және датчиктерді басқару, сымсыз қосылуды іске асыратын қызметтерін
көрсету.

LEGO MINDSTORMS Education EV3 үшін сіздер қарапайым AA типті
батарейкаларды немесе LEGO MINDSTORMS Education EV3 негізгі
жиынтығына кіретін EV3 аккумуляторлық батареялар блоктарын қолдана
аласыз. Егер сіз екі нұсқаныда қолданып көрсеңіз, олардың роботты құрауда
өзіне тән ерекшеліктері бар екенін байқайсыз. Мысалы, АА типті алты
батарейка аккумуляторлық батареядан үлкен және аккумуляторлық батарейка
орналасқан EV3 модулі габариттік жағдайда АА типті алты батарейкалы EV3
модулінен аздап үлкендеу. 2-суретте батарейканың құрылымы көрсетілген.

16

2-сурет. EV3 модулі

EV3 аккумуляторлық батарейкалары – AА типті батарейкалардың
қолданудағы өте жайлы және экономды үлгісі. Оны модельді бұзбай қуаттауға
болады, бұл роботты қайта шашып және құрау жұмысынан сізді арылтады.

EV3 модуліне аккумуляторлы батареяларды орналастыру үшін EV3
модулінің артындағы аккумуляторлық құрылғының қақпағын екі пластикті
лапкаларды басу арқылы ашыңыз. Егер EV3 модулінде батарейка орналасқан
болса, оларды алып тастаңыз. Аккумуляторлы батарейканы слотқа қойып,
батарейканы щелчокка дейін орналастырыңыз.

Аккумуляторлық құрылғы қақпағы қолданылмайды. Егер сіз
батарейканы бірінші рет қолдансаңыз немесе батарея түгелдей дерлік
қуатталмаған болса, онда 20 минут көлемінде EV3 модуліне орналасқан
батарейканы қуаттаңыз.

Қуат көзіне арналған шнур көмегімен аккумуляторлы батарейканы қуат
көзіне қосыңыз. Қуат көзі шнуры мен батареясы оралып немесе бір затқа
байланысып, тиіп жатпауы тиіс.

Батарейканы қуат көзіне қосқанда қызыл түс жанады. Батарейка толық
қуатталғанда, жасыл түсті индикатор жанады.

Батарейка қуатталуы кем дегенде екі-үш сағатқа созылады.
Аккмуляторлы батарейканы алғаш қолданғанда, оны толықтай қуаттау керек.

Модуль EV. Егер EV3 аккумуляторлық батарейкалары қолданылмаса,
онда EV3 модуліне AA /LR6 типті алты батарейкалары керек. АА типті
батарейкалардың аккумуляторлы литий-ионды немесе тықылды түрлерін
қолдануға кеңес беріледі. АА типті батареяларды таңдау тиімді егер сіздің
роботыңыз сәл ауырлау болатын болса. 3-суретте модуль экрандынағы іс –
әрекеті көрсетілген.

17

3-сурет. Модуль экраны

АА типті батарейкаларды орналастыру үшін EV3 модулінің артындағы

аккумуляторлы отсектің қақпағын ашып, екі пластикті көлденеңнен табанға

басу керек. АА типті алты батарейкаларды қойғаннан кейін, аккумуляторлы

отсек қақпаған орнатыңыз.

Батарейкалар туралы бірнеше маңызды деректер:

 Әр түрлі типтегі батарейкаларды ешқашан бірге қолданбаңыз

(сонымен бірге жаңа мен ескіні араластырмаңыз).

 Батарейканы EV3 модулінен ол іске қосылмаған жағдайда ғана

суырыңыз.

 Ешбір жағдайда бұзылған батарейканы қолданбаңыз.

 Үлкендер қадағалауымен тиісті қуаттау құрылғысын қолданыңыз.

 Қуат құрылғысына сәйкес келмесе, батарейканы қуаттауға әрекет

етпеңіз.

Ескерту. Егер батарейка қуаты нашар болса, онда индикатор «Пуск»

батырмасын басса да қызыл түсте қалып қояды.

Қуат көзін үнемдеу әдістері:

 Батарейканы қолданылмаған уақытта суырыңыз.

Батарейкалардың әр жиынтығын бірге қолдану үшін жеке

контейнерлерде сақтаңыз.

 Дыбыс қаттылықты азайтыңыз.

 Ұйқы режимінің параметрлерін құрастырыңыз.

 Bluetooth және Wi-Fi-ды өшіріп қойыңыз, қолданбаған жағдайда.

EV3 модулін іске қосу үшін орталық түймені басыңыз.

Түймені басқаннан соң, модуль индикаторы қызыл түске жанады да іске

жіберу терезесі пайда болады.

Индикатор түсі жасыл болғанда, EV3 модулі жұмысқа дайын болады.

EV3 модулін жабу үшін «Назад» түймесін, жұмыс аяқталды терезесі пайда

болғанша басыңыз. «Прервать X» нұсқасы таңдалынады. «Вправо» түймесі

көмегімен «Принять» нұсқасын таңдап, орталық түймені басыңыз. Содан

сіздің EV3 модуліңіз өшіріледі. Егер сіз Х нұсқасы таңдалғанда, ОК-ді

бассаңыз, сіз «Запустить последнюю» терезесіне ораласыз.

EV3 компоненттерін іске қосу.

Wi-Fi-ды компьютерден EV3 модуліне қосуды орындау. USB-кабелінің

көмегімен EV3 модулін компьютерге қосыңыз. 4-суретте бағдарламаға қосылу

көрсетілген.

18

4-сурет. Бағдарламаның қосылуы

EV3 программалық жабдықтамасын ашыңыз. Аппараттық құралдар
терезесінен (экранның оң жақ төменгі бөлігінде) «Настройка беспроводного
подключения» құралын таңдаңыз немесе мәзір құралдарынан «Настройка
беспроводного подключения» пунктін таңдаңыз.

Компьютер табылған желілерді көрсетеді.
Өзіңіз қосылатын желіні таңдап, іске қосуды баптау үшін «Подключить»
басыңыз. Өзінің желілік атауын (SSID) бермейтін желілерді қосу үшін
«Добавить» басыңыз. Бұрын бапталған желінің баптауларын өзгерту үшін
«Редактировать» басыңыз. Wi-Fi бойынша қосылу үшін ОК басыңыз. Іске
қосуды жүзеге асырып болғаннан кейін USB-кабелін ажыратуға болады.
Бақылау сұрақтары:
1. Аккумуляторлы батареяларды орналастыру ережесін атаңыз.
2. EV3 компоненттерін қалай іске қосады?
3. EV3-дің бағдарламалық қамтамасыз ету жолын көрсетіңіз.

Дәріс-11. EV3 модулінің интерфейсі

Мақсаты: Робототехниканың жұмыс жасауын қамтамасыз ету.
EV3 модулі – сіздің роботтарыңызды қимылға келтіретін басқару
орталығы. Өзіне негізгі төрт терезені қосатын модулді басқару батырмасы мен
EV3 модулінің интерфейсінің арқасында сізге EV3 модулінің әртүрлі
функцияларына қатынауға жол ашылады. Бұл қарапайым функциялар болуы
мүмкін, мысалы, программаны іске қосу және өшіру, күрделі функциялар,
программаның өзін жазу. EV3 интерфейсі төменде 5-суретте көрсетілген.
Соңғысын іске қосу. Бұл терезе бос күйінде қалады, әзірге сіз
программаны жүктеп, оны іске қоспайынша. Бұл терезеде таяуда іске қосқан
программалар көрінеді. Тізімнің алдындағы программа соңғы болып іске
қосылған программа және ол үнсіз келісім бойынша таңалады.

19

5-сурет. EV3 интерфейсі
Файлды таңдау.
Бұл терезеде сіз EV3 модуліңіздегі барлық файлдарға, сонымен қатар
SD-картада сақталған файлдарға да қатынап, басқара аласыз.
Файлдар жоба бумалары бойынша ұйымдастырылған, яғни онда әрбір
жобада қолданылатын программалық файлдарын басқа, дыбыстар және
суреттер орналасады. Файлдарды файлдар бойынша навигатор көмегімен
орналастыруға және жоюға болады. Модульдік бағдарламалау ортасында
құрылған программалар және модуль мәліметтерін тіркеу регистрациясының
қосымшалары жеке BrkProg_SAVE және BrkDL_SAVE бумаларында
сақталады. Төменде файлды таңдау 6-суретте көрсетілген.

6-сурет. Файлды таңдау
Модуль қосымшасы.
EV3 модулі қолдануға дайын тұрған алдын ала орнатылған бес модуль
қосымшаларымен анықталады. Сонымен қатар сіз өзіңіздің EV3
программалық жабдықтамасын құра аласыз. Пайдаланушылар құрған
қосымшаларды EV3 модуліне жүктеген соң олар мұнда көрінеді. Модуль
қосымшасы 7-суретте.

7-сурет. Модуль қосымшасы

20

Алдын-ала орнатылған бес қосымшада.
Портты жариялау «Представление порта» қосымшасының бірінші
терезесінен датчиктер мен моторлардың қандай порттарға жалғанғанын
жылдам көруге болады. EV3 модулін басқару батырмасының көмегімен бос
емес портқа көшіңіз, сонда сіз датчик пен мотордан алынған көрсеткіштерді
көресіз. Бірнеше датчиктер мен моторлар орнатып, түрлі баптаулар бойынша
эксперимент жасап көріңіз. Портты жариялау модуль экранынан қалай
көрінетіні төмендегі 8-суретте көрсетілген.

8-сурет. Портты жариялау
Моторды басқару.
Төрт порттың біріне жалғанған кез келген моторды тура немесе кері
қозғалыспен басқаруға болады. Екі түрлі режимі бар. Бір режимде сіз А
портіне ( «Вверх» және «Вниз» батырмаларының көмегімен ) және D портіне
(«Влево» және «Вправо») жалғанған моторларды басқара аласыз. Ал келесі B
портіне («Вверх» және «Вниз») және С портіне («Влево» и «Вправо»)
жалғанған моторларды басқара аласыз. Екі режим арасындағы ауысым
орталық батырма арқылы үзеге асады. Қосымшаның негізгі терезесіне қайту
үшін «Назад» батырмасын шертіңіз. Моторды басқару 9-суретте көрсетілген.

9-сурет. Моторды басқару

Дәріс-12. Интеллектуалды роботты басқару жүйесін құрудың
ерекшеліктері

Мақсаты: интелектуалды роботтың ерекшелігін анықтау.

21

Басқару жүйесін құру ерекшеліктерінің бірі интеллектуалды роботтың
ерекшелігі, оның иерархиялық көп деңгейлі принцип бойынша
құрастырылғандығында, оған сәйкес ішкі жүйенің иерархиялық дәрежесінің
жоғарылауымен оның интеллект дәрежесі артады.

Бұл иерархияның ең жоғарғы буыны мінез-құлықты басқару жүйесі,
одан кейін қозғалысты басқару жүйесі, ал жетекті басқару жүйесі осы
иерархияның ең төменгі буыны болып табылады. Көрсетілген ішкі
жүйелерден басқа құрылымда ақпараттық-өлшеу жүйесі бар, ол да кейбір
интеллектуалдық мүмкіндіктерге және оператормен интерфейске ие болуы
керек.

Мінез-құлықты басқару жүйесі (стратегиялық деңгей) роботтың өзіне
жүктелген тапсырманы орындау үшін тиісті мінез-құлқын қалыптастыруға
арналған. Шығу кезінде бұл жүйе қозғалысты басқару жүйесі үшін мақсатты
белгілеуді жасайды: мақсатты жол нүктесі, робот жетектерінің қажетті күйі,
режимді басқару командалары ақпараттық-өлшеу жүйесінің жұмысы.

Қозғалысты басқару жүйесі (тактикалық деңгей) роботтың
динамикалық сипаттамаларын ескере отырып, кедергілері бар ортада роботты
белгіленген мақсатты күйге жеткізетін робот қозғалысының бағдарламалық
траекторияларын жоспарлауға арналған. Мақсат бұл жүйенің күйі мінез-
құлықты басқару жүйесі арқылы қалыптасады. Шығу кезінде бұл жүйе
роботтың сызықтық қозғалысы мен айналу жылдамдықтарының қажетті
командалық мәнін жасайды.

Жетектерді басқару жүйесі (басқару жүйесінің жетек деңгейі)
роботтың жетектерін басқару міндеттерін шешеді. Бұл жүйе робот аппараттық
құралдарымен интерфейсті жүзеге асырады (роботтың жұмыс істеуі үшін
қажетті электрлік және механикалық құрылғылар).

Ақпараттық-өлшеу жүйесі сенсорлық ақпаратты жинауға, өңдеуге
және роботты басқару жүйесінде қолдануға ыңғайлы сигналдарға
түрлендіруге арналған. Камерадан алынған бейне кескін параметрлер
жиынтығына түрлендіріледі, олардың негізінде басқа ішкі жүйелер белгілі бір
шешімдерді қабылдайды.

Бақылау сұрақтары:
1. Роботты басқару жүйесі қандай міндеттерді шешуі керек?
2. Басқару жүйелерінің қандай ерекшеліктері бар?

Дәріс-13. Білім берудегі экзотикалық роботтар

Мақсаты: Білім беру рообототехникасының маңызын, қолданылуын,
білім ұйымдарында пайдалану мүмкіншіліктерін анықтау.

Робототехника – мехатрондық модульдер (ақпараттық-сенсорлық,
атқарушы және басқару) негізінде құрастырылған роботтар мен роботтық
жүйелерді жасауға бағытталған ғылым мен технология саласы. Роботтар мен
роботтық жүйелер микро өлшемдерден макро өлшемдерге дейінгі жұмыс

22

операцияларын орындауға, соның ішінде ауыр, жалықтыратын және қауіпті
жұмыстарда адамды ауыстыруға арналған.

Дәстүрлі түрде өнеркәсіптік және кез келген басқа роботтар,әдетте
микропроцессордың немесе контроллердің жадында бағдарлама түрінде
сақталатын қандай да бір алгоритм бойынша орталық процессордан басқару
схемасы бойынша орындалады. Роботтың бұл түрі жұмыс жағдайлары
қайталанатын және болжауға болатын жерде пайдалы.

Соңғы жылдары робототехника оны өндірісте және ғылымда
қолданумен байланысты қалыптасқан дәстүрлерден шығып кетті. Білім беру
робототехникасы робототехниканы қолданудағы қазіргі заманғы басым
бағыттардың біріне айналды.

Білім беру робототехникасы – бұл физика, мехатроника, технология,
математика, кибернетика және АКТ туралы білімдерді біріктіретін
оқушылармен жұмыстың жаңа пәнаралық саласы, бұл әртүрлі жастағы
қатысушыларды инновациялық ғылыми-техникалық шығармашылық
үдерісіне тартуға мүмкіндік береді. Ол ғылыми-техникалық
шығармашылықты кеңінен насихаттауға және жастар арасында инженерлік
мамандықтардың беделін арттыруға, жастардың өзекті инженерлік-
техникалық мәселелерді практикалық шешуге және құрал-жабдықтармен
жұмыс істеу дағдыларын дамытуға бағытталған.

Дегенмен, робототехниканы білім беруге кеңінен енгізу жолында
бірқатар ұйымдастырушылық және әдістемелік кедергілер бар:

 Білім беру робототехникасының пәнаралық байланыстылығына
байланысты физика, мехатроника, технология, математика,
кибернетика, бағдарламалау сынды ғылым салаларында терең
білімі бар мұғалімдердің тапшылығы байқалады.

 Тіпті қарапайым роботты жобалау үшін қымбат компоненттер
қажет. Түрлі білім беру робототехникалық жиынтықтарының кең
таралуына қарамастан (бірінші кезекте LEGO және VEX), олар өте
қымбат болып қалады. Басқа платформаларды білім беру
робототехникасында пайдалану (мысалы, Arduino немесе
Raspberry Pi) іс жүзінде арзан емес.

 Роботты әзірлеу және құрастыру – қарапайым роботтық
құрылымдар үшін де тестілеуді, тексеруді, қайта өңдеуді және
ұзақ еңбекті қажет ететін процесс.

 Бағдарламалау роботтардың әрбір әрекеті үшін міндетті
болғандықтан, бұл білім алушыларға (жас, интеллектуалды) оқу
процесінде белгілі бір шектеулер қоятын өте күрделі процесс.

Бұл бөлімде орталық өңдеу блогының басқару схемасына негізделмеген
роботтардың конструкциясын қарастырамыз. Мұндай роботтарды Марк
Тильденнің BEAM роботтары деп атайды, олардың ерекшелігі нейрондық
желілерге негізделген жұмыс істеуі, яғни ынталандыру-жауап императивтері
бойынша әрекет етеді. BEAM роботтарында қолданылатын ынталандыру-
реактивті схемалар мінез-құлыққа бағытталған, нейрондық ұйымдастыру

23

схемалары, нейрондық желілер немесе болжамды архитектуралық схемалар
деп те аталады.

Аналогты жақсартудың заманауи тәсілдері роботтық жүйелер, мысалы:
аналогтық құрылғыларды цифрлық құрылғылармен ішінара ауыстыру,
сондай-ақ аналогтық электрониканы, соның ішінде аналогтық нейрондық
схемаларды пайдалану қазіргі заманғы ғылымның өзекті зерттеу тақырыбы
болып табылады.

ХХ ғасырдың 90-шы жылдарының басында Марк Тильден роботтарды
құрастырудың инновациялық тәсілін ұсынды. Ол тіпті кішкентай балаларға да
білім беру робототехникасының қызықты әлеміне енуге мүмкіндік беретін
beam роботтарының тұжырымдамасын жасады. BEAM-ағылшын тіліндегі
Biology, Electronics, Aesthetics, Mechanics (биология, электроника, эстетика,
механика) сөздерінің аббревиатурасы. Осы төрт байланыссыз болып көрінетін
ұғымдарды не байланыстырады?

Биология. BEAM роботтарының көптеген дизайн аспектілері мен
мүмкіндіктері жабайы табиғаттан алынған, олар әдетте, мойынтіректер,
дөңгелектер сияқты механикалық өнертабыстарды пайдаланбайды.

Электроника. Олардың әрекетін анықтау үшін қарапайым аналогтық
схемалар қолданылады.

Эстетика. Робот көрнекті болуы керек.
Механика. Роботты жылжыту үшін механика қажет.
Бақылау сұрақтары:
1. «Білім беру робототехникасы» дегеніміз не?
2. Білім беруге робототехниканы кеңінен енгізуде қандай

ұйымдастырушылық және әдістемелік кедергілер бар?
3. BEAM сөзінің мағынасын түсіндіріңіз.

Дәріс-14. Қазақстан «robotic education» аумағындағы жағдай

Мақсаты: Қазақстандағы робототехниканы зерттеу.
Робототехника – роботтарды және робототехникалық жүйелерді құруға
негізделген, күрделі технологиялық үрдістерді және операцияларды
автоматтандыруға, сонымен қатар қауіпті және ауыр жұмыстарды
орындағанда адамды алмастыру үшін арналған ғылым және техниканың
бөлімі.
Қазіргі кезде дүние жүзінде 1600 ғылыми-техникалық компаниялар мен
фирмалар, зертханалар мен орталықтар робототехниканы зерттеулермен
айналысуда. 2010 жылы Ресейде кибернетикалық құрастырудың көмегімен
роботтарды оқып үйренуге бейімдейтін тұңғыш «Робототехника для детей и
родителей» атты кітап жарыққа шықты. Бұл оқулықтың шығуына негіз болған
«Робототехника с использованием LEGO Mindstorms EV3» мақаласы.
Робототехника негіздері үш үлкен ғылыми-техникалық зерттеу
аймақтарымен қалыптасқан: механикалық инженерия, электрлік инженерия
және компьютерлік ғылым. Дәлірек айтқанда механикалық инженерия –

24

динамика, материалдар, үлгілеу машиналардың элементтері, компьютерлік
үлгілеу, құрал-саймандарды шығару жұмыстарымен айналысса, электрлік
инженерия – электрлік схемалар, күш электроникасы, датчиктер және олардың
орындалу механизмдері, байланыс хаттамалары, басып шығару схемаларын
үлгілеумен жұмыс жасайды. Ал компьютерлік ғылым бағдарламалау
тілдерімен (С, С++, Java, Ассемблер), микроконтроллер, микрокомпьютерлер,
басқарудың кіріктерме жүйелері, есептеулер яғни жасанды интеллект,
бейнелерді танып білу, компьютерлік көзқарастармен айналысатын бөлім.

Қазіргі уақытта инженерлік робототехника саласындағы білімі бар
мамандар үлкен сұранысқа ие. Сондықтан бастауыш мектептен бастап жоғары
оқу орындарына (ЖОО) дейін оқу үрдісіне осы бағытта зерттеулер енгізу
сұрағы өзекті мәселе болып табылады. Білім берудегі робототехниканың
мектептер мен жоғары оқу орындарына белсенді енгізу арқылы маңызды
мәселелердің бірін табысты шешуге мүмкіндік береді: еңбек нарығындағы
мамандандырылған инженерлік-техникалық кадрлардың үдемелі
жетіспеушілігі, бұл әсіресе дамып келе жатқан мемлекеттерге аса маңызды.

Білім беру үрдісіне робототехниканы енгізу:
 инженерлік бағыттағы зертханаларға негізделген ортаны құру,
мұнда қатысушылар информатика, математика және үшөлшемді
үлгілеу пәндер кешенін зерттейді;
 ғылыми-техникалық шығармашылыққа тарту, шығармашылық
қабілеттерді анықтау және дамыту, заманауи және тиімді кәсіби
бағыт беруді қамтиді;
 жаратылыстану ғылымдарын зерттеуге уәждемені жоғарылатады.

Виртуалдық орталар роботтарды бағдарламалап қана қоймай,
айналадағы заттарды құрастыруға мүмкіндік береді. Сөйтіп, түрлі
қызығушылықтары бар қатысушыларды топтарға біріктіріп және міндеттерін
бөлуге болады. Ұжымдық жұмыс қатысушыларға жоба әзірлеуде
ынтымақтастық дағдыларын қалыптастыруға мүмкіндік береді. Мұнда
робототехниканы білім берудің түрлі сатысында әр түрлі мақсаттарға ие болу
керек екенін түсіну маңызды. Сондықтан қатысушылардың жас мөлшеріне
байланысты технологиялық орталардың түрлі деңгейін пайдаланып,
дифференциалдық әдістемені қолдану қажет.

Қазақстан үшін робототехника өте жас сала. Мысалы, Жапония, АҚШ,
Германия сияқты робототехника саласындағы жетік елдер сондай биік
дәрежедегі өндіріске ондаған жылдар бойы тынымсыз еңбектеніп жетті.
Қазіргі кезде жоғарыда айтылып кеткен елдерде, робототехника саласы
қарқынды дамып келеді және де сол елдердегі робототехника саласы
Қазақстандағы робототехникадан 10- 20 жылға озып отыр.

Еліміздегі білім беру мекемелеріндегі робототехниканың дамуын
қарастырсақ: робототехникамен көбінесе 71% Назарбаев Зияткерлік
мектептері, 14% тақырыптық үйірмелер, 11% ЖОО, 4% орта мектептер
айналысады.

25

Робототехника мамандарын дайындайтын ҚР ЖОО: Қ.И. Сәтбаев
атындағы Қазақ Ұлттық Техникалық Университеті, Назарбаев Университеті,
Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті.

Қазақстанда ТМД және Азия елдерінде алғашқы рет жоғарғы
техникалық инновациялық робототехника индустриясының негізі қаланды.
Бұл мақсатта Қазақстан Республикасында 2011-2013 жылдар аралығында
Ұлттық ғылыми техникалық «Парасат» холдингі Назарбаев Университетімен
бірлесе робототехника және робототехнология саласын жетілдіру мақсатында
ғылыми-техникалық бағдарлама жасалынды.

Бұл бағдарламаның негізгі мақсаты:
 өндірісті өркендету және роботтардың сервистік қызмет көрсетуін
қамтамасыз ету;
 Назарбаев Университетінде робототехника өндірісін дамытуда
және робототехнология иннвациясын өңдеуге ғылыми білім
беретін база құру;
 «ақылды робот» құрастыруда жоғарғы білікті мамандар дайындау;
 тұрмыстық роботтарды (Hanool Robotics, Оңтүстік Корея)
өндіретін алдыңғы қатарлы кәсіпорындар жеткізетін құрау
бөлшектерінен өндірісті ұйымдастыру үшін арнайы база
дайындау;
 отандық өндіріс тауарларды және кәсіпорындарды роботтармен
жетілдіру мақсатында, мысалы күнделікті тұрмыста
қолданылатын тұрмыстық интеллектуалды роботтар, медицинада,
төтенше апаттық жағдайларда және болашақта экономиканың кез
келген саласында робототехниканың ішкі құрылымын жасау;
 жаңа өндірістік салаларға жоғарғы білікті маман кадрларын
даярлау.

Осы бағдарламаның негізінде еліміздегі Назарбаев Зияткерлік
мектептерінде және Назарбаев Университетінде робототехника мамандық,
пән және қосымша курс ретінде бағдарламаға енгізілген. Өскемен
қаласындағы Назарбаев Зияткерлік мектебінде робототехника қосымша курс
ретінде 5-9 сыныптарға 20 сағатқа құрылған. Курстың басты мақсаты –
оқушыларға LEGO Mindstorms конструкторы, EV3 микропроцессоры және
LabView фирмасымен құрылған бағдарламалау ортасымен робототехника мен
бағдарламалаудың негізін қалыптастыру.

Бағдарлама мектеп бағдарламасындағы математика және физика
пәндерін терең оқытуды қажет етеді. Теориялық және практикалық білімде
робототехника физика саласының статика, динамика, электрика, электроника,
оптика аймақтарына терең үңіледі, техникалық дизайнның негізінде сызу
сабағына да байланысы бар. Сонымен қатар информатика курсында күрделі
алгоритмдерді іске асыру, ал жоғары оқу орындарда өнеркәсіптік процестерді
автоматтандыру және басқару процестерін жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

Бақылау сұрақтары:

26

1. Қазақстандағы білім беру орындарындағы робототехниканың
маңызы қандай?

2. Робототехниканың дамуы, қолдану аймақтарын атаңыз.
3. Робототехниканың болашағы туралы ойыңыз.

Дәріс-15. Өнеркәсіптік роботтар және олардың классификациясы

Мақсаты: Өнеркәсіптік роботтардың қолданылуын анықтау.
Өнеркәсіптік робот (ӨР) – өнеркәсіпте технологиялық және көмекші
операцияларды орындауға арналған робот. МЕМСТ 25686 - 85 бойынша
«Манипуляторлар, автооператорлар және өнеркәсіптік роботтар. Терминдер
мен анықтамалар» өнеркәсіптік роботқа келесі анықтама береді.
Өнеркәсіптік робот (ӨР) – қозғалғыштығының бірнеше дәрежесі бар
манипулятор түріндегі жетектен, өндіріс процесінде қозғалтқыш және басқару
функцияларын орындауға арналған қайта бағдарламаланатын бағдарламалық
басқару құрылғысынан тұратын стационарлық немесе жылжымалы автоматты
машина.
Заманауи роботтардың құрылымын, құрамын, сыртқы түрін, өнімділік
сипаттамаларын анықтайтын негізгі классификациялық белгілердің бірі
оларды пайдалану аймағы болып табылады. Осы негіздегі классификация 1-
сызбада көрсетілген.
1-сызба. Өнеркәсіптік роботтардың классификациясы.

Роботтар

Өндірістік Арнайы
Өнеркәсіптік Агрессивті орта үшін
Ауылшаруашылық
Тасымалдау Жер асты
Су асты

Құрылыстық Ғарыштық
Тұрмыстық Зерттеуші роботтар

27

Өнеркәсіптік роботтар келесідей болып жіктеледі:
1. Орындалатын операциялардың сипаты бойынша:
 технологиялық (өндірістік) – технологиялық процестің негізгі

операцияларын орындау (бүгу, дәнекерлеу, құрастыру, бояу және
т.б.);
 қосалқы (көтергіш – көлік) – қосалқы жұмыстарды
(қондырғыларды) автоматтандыруға арналған негізгі
технологиялық жабдыққа қызмет көрсетуде қолданылады
(дайындамаларды, бөлшектер мен құралдарды, сондай-ақ
тасымалдау және сақтау жұмыстарында алу);
 әмбебап - әртүрлі операцияларды орындау, соның ішінде
жабдықтың әртүрлі түрлерімен бірге жұмыс жасау.
2. Мамандық дәрежесі бойынша:
 арнайы – белгілі бір технологиялық операцияны орындау немесе
негізгі технологиялық жабдықтың нақты үлгісіне қызмет көрсету;
 мамандандырылған (мақсатты) – бір типті технологиялық
операцияларды орындау (монтаждау, дәнекерлеу және т.б.) немесе
жалпы манипуляциялық әрекетпен біріктірілген негізгі
технологиялық жабдықтың кең ауқымды үлгілеріне қызмет көрсету;
 көп мақсатты – әртүрлі негізгі және көмекші операцияларды
орындау.
3. Өндіріс көлемі мен түрі бойынша: құю, штамптау, дәнекерлеу,
механикалық өңдеу, термиялық өңдеу, қаптау, құрастыру, автоматты басқару,
лазерлік өңдеу, тасымалдау және сақтау және т.б.
4. Жұмыс істейтін координат жүйесінің түріне қарай: тікбұрышты
(жазық және кеңістіктік); полярлық (жалпақ, цилиндрлік және сфералық);
бұрыштық (жалпақ, цилиндрлік және сфералық).
5. Еркіндік дәрежесінің саны бойынша: бір, екі, үш, төрт еркіндік
дәрежесімен және төрттен жоғары еркіндік дәрежесімен.
6. Тасымалдау қабілеті бойынша: ультра жеңіл - 1 кг-ға дейін жүк
көтергіштігі; жеңіл - 1-ден 10 кг-ға дейін; орташа - 10-нан 200 кг-ға дейін; ауыр
- 200-ден 1000 кг-ға дейін; өте ауыр - 1000 кг-нан астам.
7. Қозғалыс (мобильділік) бойынша: стационарлық және жылжымалы.
8. Жұмыс орнында орнату әдісі бойынша: кіріктірілген жабдық, еден,
аспалы.
9. Күш жетек түрі бойынша: электромеханикалық, пневматикалық,
гидравликалық, аралас.
10. Жетектердің орналасуы бойынша: бір блокта, қозғалатын
звеноларда, құрама орналасу.
11. Манипуляторлар саны бойынша: бір, екі, үш және төрт
манипуляторлары бар.
12. Орындалуы бойынша: қалыпты, шаң өткізбейтін, ыстыққа төзімді,
ылғалға төзімді, жарылысқа төзімді және т.б. орындау.

28

13. Жылдамдық бойынша: шағын – 0,5 м/с дейінгі жеке еркіндік
дәрежесі үшін сызықтық жылдамдықтар; орташа – 0,5-тен 1 м/с жоғары
сызықтық жылдамдықтар; жоғары – 1 м/с жоғары сызықтық жылдамдықтар;

14. Орналасу дәлдігі бойынша: кіші – орналасу қателігі 1 мм-ге дейін
және одан жоғары; орташа-орналасу қателігі 0,1-ден 1 мм-ге дейін; жоғары-
қателік орналасуы 0,1 мм-ден аз.

15. Бағдарламаны әзірлеу сипаты бойынша: қатты бағдарламаланатын –
іс-қимыл бағдарламасы жұмыс процесінде өзгермейтін ақпараттың толық
жиынтығын қамтиды; бейімделгіш – өз іс-әрекеттерін жұмыс процесінде
алынған сыртқы ортаның объектілері мен құбылыстары туралы ақпаратты
пайдалана отырып жүзеге асырады. Басқару бағдарламасын түзетуге
мүмкіндік беретін сенсорлық қамтамасыз етуі бар; икемді бағдарламаланатын
– қойылған мақсат пен сыртқы ортаның объектілері мен құбылыстары туралы
ақпарат негізінде өз іс-қимыл бағдарламасын қалыптастыруға қабілетті.

16. Бағдарламалау сипаты бойынша: позициялық – қозғалыс нүктеден
нүктеге дейін жүзеге асырылады; контур - қозғалыс үздіксіз жол бойымен
жүзеге асырылады; біріктірілген.

17. Қозғалыс дискреттілігі бойынша: көп нүктелі, аз нүктелі.
Бақылау сұрақтары:
1. Өнеркәсіптік роботтар қалай жіктеледі?
2. Сіз роботтардың қандай буындарын білесіз?
3. Модульдік құрылыс роботтарының артықшылықтары қандай?

29

2-бөлім. Практикалық тапсырмалар

№1 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Түс датчигі

Датчик – әртүрлі ақпаратты (температура, жылдамдық, сәуле, түс,
дыбыс) өлшеуге арналған құрал. Датчиктер электронды және механикалық
болып бөлінеді.

Датчиктер қызметіне қарай жанасу датчигі, ультрадыбыс датчигі,
гироскопиялық датчик, түс датчигі деп 4 түрге бөлінеді.

1-тапсырма. Жанасу датчигі мен түс датчигін салыстырып, ұқсатығы
мен айырмашылығын анықта.

2-тапсырма. Сұрақтарға жауап берейік.

1. Датчиктер қызметіне қарай қанша түрге бөлінеді?
2. Түс датчигінің қанша режимі бар?
3. Жобаның жүктелгендігін қайдан көруге болады?

3-тапсырма. Себебін анықтаңыз. Түсінгеніңізді кесте, сызба арқылы
көрсетіңіз.

1. Не себепті роботтар тірі организм принципі бойынша
құрастырылады?

2. Неге жанасу датчигін жиі қолданамыз?

30

№2 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Бағдаршам-робот
1-тапсырма. Талдап, салыстырыңыз. Scratch пен LEGO MINDSTORMS
Education EV3 программаларының қандай ұқсастығы мен айырмашылығы
бар?

2-тапсырма. Компьютерде орындаңыз.
EV3 түс датчигі алдымен қызыл түсті, одан соң жасыл түсті, үшінші
кезекте көк түсті көрген кезде түстерді айтатын программа құрыңыз.
3-тапсырма. Себебін анықтаңыз.
Не себепті бағдаршам-роботты жасағанда түс датчигі маңызды рөл
атқарады?
4-тапсырма. Ой бөлісейік, ойыңызды дәлелдеп беріңіз.
Абзал LEGO MINDSTORMS Education EV3 программасында түс
датчигін пайдаланып, бағдаршам жобасын дайындады. Сынақ барысында
робот қызыл түсті көрсе де, тоқтамады. Абзалдың жобасында қандай қателік
орын алды?

31

№3 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Ультрадыбыс датчигі
Ультрадыбыс датчигі – дыбыс толқындарын жіберіп, қайтып келген
сигналдарды оқитын және нысандарды тауып, оларға дейінгі қашықтықты
есептейтін құрылғы.
Ультрадыбыс датчигі жоғары жиіліктегі дыбыстық толқынды
(ультрадыбыстық) жібереді, нысаннан шағылысқан кері толқынды ұстайды
және ультрадыбыстық импульсті қайтару уақытын өлшейді, нысанға дейінгі
қашықтықты жоғары дәлдік пен есептейді.
Датчик «көздерінің» айналасындағы қызыл түсті жыпылықтамайтын
жарық оның Өлшеу режимінде тұрғанын білдіреді.
1-тапсырма. Сұрақтарға жауап беріңіз.
1. Ультрадыбыс датчигі дегеніміз не?
2. Ультрадыбыс датчигінің қандай ерекшеліктері бар?
3. Ультрадыбыс датчигін не себепті роботқа орнатамыз?
2-тапсырма. Ұяшықтағы әріптердің бірдей түстерін жинап, құрастырып,
тақырыпқа қатысты термин сөздерді табыңыз.

Үлгі: Датчик. Сары ұяшықта орналасқан әріптерден құралған сөз.
3-тапсырма. Ой бөлісейік. Жұппен бірге жұмыс істеңіз.
Айсұлу ультрадыбыс датчигін пайдаланып, 23 минутта робот
құрастырды. Мадияр Айсұлуға қарағанда 6 минуттан артық уақыт жұмсады.
Ал Сәуле Мадиярға қарағанда 8 минут кем жұмсады. Кімнің қанша уақыт
жұмсағанын жұбыңызбен бірге анықтаңыз.

32

№4 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Робот түрлері және оларды қолдану

Робот – адамның іс-әрекетін алмастыратын автоматтандырылған,
адамның қажетіне қарай еңбек етуге бағытталған құрылғы.

Роботтар атқаратын қызметіне қарай бірнеше түрге бөлінеді:
өнеркәсіптік, көліктік, тұрмыстық, медициналық және білім беру роботтары
т.б.

1-тапсырма. Компьютерде орындаңыз.

1. Білім беру роботын қолдануға қажетті қандай программаларды
білесіз? Ондай программа сіздің компьютеріңізге орнатылған ба?
Тексеріп көріңіз.

2. «Робот түрлері және оларды қолдану» тақырыбы бойынша
практикалық тапсырма орындаңыз.

2-тапсырма. Талдаңыз.

Адамдармен салыстырғанда роботтың қандай ерекше қасиеттерін атар
едіңіз? Ойыңызды жазыңыз.

3-тапсырма. Кестені жасап, толтырыңыз.

Роботтың түрлері Мысал келтіру

33

№5 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Гироскопиялық датчик
Гироскопиялық датчик – роботтың айналу бұрышын немесе айналу
жылдамдығын өлшеуге арналған құрылғы.
Гироскопиялық датчик роботтың бұрыштық бейімділігін анықтау үшін
қолданылады.
1-тапсырма. Гироскопиялық датчик қанша режимде жұмыс істейтінін
талдаңыз. Суретте қандай режим көрсетілген?

2-тапсырма. LEGO MINDSTORMS Education EV3 программасындағы
сары палитрада қандай датчиктер орналасқанын талдап айтып беріңіз. Оларды
салыстырыңыз.

34

3-тапсырма. Дәптерге орындаңыз. Сызбаны дәптерге толтырыңыз.
Программалық блоктағы үш жұмыс режимін жазыңыз.

Гироскопиялық датчиктің
программалық блогының

режимдері

35

№6 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Бұрылыстар
Роботты бұру бойынша тапсырмалар орындаймыз.
1-тапсырма. Суретте роботты сағат тілінің бағытымен 360°-қа бұратын
программа көрсетілген. Осы программаны LEGO MINDSTORMS Education
EV3-те орындаңыз. Дайын программаны роботқа жүктеңіз.

2-тапсырма. Робот қанша градуста бұрылыс жасайды? Ойланып, талдау
жасаңыз.

3-тапсырма. Кестені толтырыңыз. Гироскопиялық датчик неше режимде
жұмыс жасайды?

Гироскопиялық датчик

36

№7 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Роботтардың қолданылу саласы
1-тапсырма. Жұппен жұмыс.
Жұбыңызбен ақылдасып, роботтардың қандай салада қолданылатыны
туралы айтыңыз.

2-тапсырма. Гироскопиялық датчиктің негізгі қызметін және жұмыс
істеу принциптерін топпен бірге талқылап, оны талдап жазыңыздар.

37

№8 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Роботтың сызық бойымен қозғалысы
1-тапсырма. Программа бойынша робот қандай түстерді көреді? Робот
қандай сызықпен қозғалыс жасайды?

2-тапсырма. Кубоидты пайдаланып, көрсетілген түстерді атау
программасын құрыңыз. Дайын программаны роботқа жүктеңіз.

3-тапсырма. Түс датчигінің режимдерін еске түсіріңіздер. Кестені
толтырыңыздар.

Түс датчигінің режимдері
Шағылысқан жарық
жарықтылығы
Сыртқы жарық жарықтылығы
Түс режимі

38

№9 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Робо-сумо
Робо-сумо – EV3 роботтарының ең қызықты жарыстарының бірі.
Жарыста робот қарсылас роботты шеңберден шығарып, өзі сонда қалуы керек.
Робо-сумо өтетін алаңның 2 түрі бар. Біреуі – қара сызықпен қоршалған,
ақ шеңбер, екіншісі – ақ сызықпен қоршалған қара шеңбер.
1-тапсырма. LEGO MINDSTORMS Education EV3 программасын
ашыңыз. Нұсқаулық бойынша EV3 роботын Робо-сумо жарысына қатыстыру
үшін оған ультрадыбыстық датчик және түс датчигін орналастырыңыз.
2-тапсырма. Себебін анықтап, жазыңыз.
Робо-сумода ультрадыбыстық датчик қажет. Өйткені...
Робо-сумода түс датчигі де керек датчиктің бірі. Себебі...
3-тапсырма. Робо-сумо сөзіне ребус құрастырыңыз.
4-тапсырма. Кегель-ринг өтетін алаң мен Робо-сумо өтетін алаңды
салыстырыңыз. Айырмашылықтары мен ұқсастықтарын табыңыз.

39

№10 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Датчиктер

1-тапсырма. Жұптық жұмыс.
Жұбыңызбен бірге суреттегі датчиктің қызметі мен жұмыс істеу
принциптерін талдаңыздар. Осы датчиктің қанша режимі бар?

2-тапсырма. Топтық жұмыс.
Топта робот жарыстары туралы кескінді сызба (постер) дайындаңыздар.
Роботтардың қандай жарыстары бар?

3-тапсырма. Датчиктердің қызметін анықтаңыз. Зерттеу жүргізіп,
кестені толтырыңыз.

Датчик түрлері Қызметтері
Жанасу датчигі
Ультрадыбыстық датчик
Түс датчигі
Гироскопиялық датчик

40

№11 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Программа блоктары
1-тапсырма. Ребусты шешіңіз.
2-тапсырма. Программада көрсетілген блоктың сипаттамасын жазыңыз.
3-тапсырма. Программадағы блоктар атауын жаз.

41

№12 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Циклдік алгоритмдер

1-тапсырма. Келесі алгоритмді шығаратын программа жазыңыз:
1. Робот 10 см алға жылжиды.
2. Қысқыштарды ашады.
3. Дыбыс сигналын ойнатады.
4. Қысқыштарды жабады.
5. Бастапқы нүктеге оралады.
6. Оңға бұрылады.
7. Барлық әрекеттерді 8 рет қайталайды.

Бағдарламаның соңында бастапқы орнына қайту үшін робот қандай
бұрышпен оңға бұрылуы керек?

2-тапсырма. Бастапқы күй:
Робот ойын алаңында тұр. Одан 100 см қашықтықта оның радарларының
көріну аймағында шағын қорап орналасқан.
Жаттығу:
Қорапқа дейінгі қашықтық 20 см-ге дейін азайғанша роботты алға
жылжыту бағдарламасын жазыңыз. Роботқа бұрылыс жасаудың қажеті жоқ.

3-тапсырма. Бастапқы күй:
Робот ойын алаңында тұр. Одан 80 см қашықтықта шағын картон
қорапшасы бар. Айналу бұрышы қорапқа қатысты ерікті.
Жаттығу:
Роботты радардың көру өрісі қорапты көргенше оңға бұратын
бағдарлама жазыңыз. Робот тоқтағаннан кейін оның көру сызығы қораппен
мүмкіндігінше жақын қиылысуы керек. Қорапты «тапқан кезде» робот «YES»
деп айтуы керек.

42

№13 практикалық тапсырма
Тақырыбы:Тармақталу
1-тапсырма. Робот тырнақтарды оның радарына 10 см қашықтықта
ұстап, қол оның көру аймағынан жоғалып кетсе, қысуы керек. Бағдарлама дәл
60 секунд жұмыс істеуі керек.
2-тапсырма. Бастапқы күй:
Роботтан 60 см қашықтықта қызыл шары бар стенд бар. Стенд Lego
Mindstorms нұсқаулығына сәйкес жиналған. Доп роботтың көру аймағында,
алайда роботтың айналу бұрышы дәл орнатылмаған. Ойын алаңында басқа
заттар жоқ.
Жаттығу:
Робот допқа дейін жетуі керек, оны тырнақтарымен алып, бұрылып,
бастапқы орнына оралуы керек.
Допқа қарай қозғалу барысында робот өзінің бағытын бірнеше рет
реттеуге мәжбүр болуы мүмкін.
3-тапсырма. Бастапқы күй:
Жұмыс үстелінде ақ қағаздан жасалған карта бар, оған ерікті пішіндегі
қалың қара сызық сызылған. Сызықтың қалыңдығы кем дегенде 2-3 см.
Сызықтың қиылысуы жоқ. Бұрылыстар кем дегенде 1200 бұрыш жасайды.
Сызықтардың бұрылыс радиусы кем дегенде 20 см.
Жаттығу:
Роботты қара сызық бойымен жылжыту программасын жазыңыз. Робот
өзінің барлық бұрылыстарынан кейін қозғалуы керек.

43

№14 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Ультрадыбыстық сенсорды зерттеу
Робот арбасын жасаңыз.
Ультрадыбыстық сенсорды көлденеңінен бекітіңіз.
1-тапсырма. Ультрадыбыстық сенсорлардың алдына 50 см қашықтықта
кедергі қойыңыз.
Қабырғадан немесе кедергіден 10 (20,30) см қашықтықта қозғалатын
роботты тоқтататын программа жазыңыз.
2-тапсырма. Роботтың екі жағына 50 см қашықтықта кедергі қойыңыз.
Қозғалыстағы роботты бір қабырғадан 15 см қашықтықта тоқтатып, оны
180° бұрып, қарама-қарсы қабырғаға 15 см жетпейтін программа жазыңыз.

44

№15 практикалық тапсырма
Тақырыбы: Ультрадыбыстық сенсорды зерттеу
Кедергілерді болдырмайтын робот жасаңыз.
1-тапсырма. Роботтың алдына біршама қашықтықта кедергі (банка)
қойыңыз.
Роботтың банкаларды айналып өту бағдарламасын жазыңыз.
2-тапсырма. Роботтың алдына біраз қашықтықта екі кедергі (2 банка)
қойыңыз.
Робот банкаларды айналып өтетін бағдарламаны жазыңыз.
3-тапсырма. Біраз қашықтықта роботтың алдына үш кедергі (3 банка)
қойыңыз.
Робот банкаларды айналып өтетін бағдарламаны жазыңыз.
4-тапсырма. Роботтың алдына біршама қашықтықта кедергі (банка)
қойыңыз.
Роботтың банкаларды айналып өту бағдарламасын жазыңыз. Одан 30 см
алыстап, бұрылып, бастапқы орнына оралады.

45

3-бөлім. Зертханалық жұмыстар
№1 зертханалық жұмыс. Түс датчигі
LEGO MINDSTORMS Education EV3 программасын ашыңыз.
Нұсқаулыққа сүйене отырып, роботты құрастырыңыз және түс датчигін
орнатып, программаға жүктеңіз.
1. СТАРТ блогына Рульдік басқару блогын қосыңыз. Қосу (Включить)
режиміне ауыстырыңыз. Қуатын 40-қа теңестіріңіз.

2. Рульдік басқару блогына Күту блогын жалғаңыз. Датчиктен ақпарат
алу үшін оның режимдерін өзгертіңіз: Түс датчигі (Датчик цвета) ⇒
Салыстыру (Сравнение) ⇒ Түс (Цвет).

3. Бастапқы блоктың параметріне қызыл түсті орналастырыңыз.

46

4. Күту блогына тағы бір Рульдік басқару блогын жалғаңыз. Датчик
қызыл түсті анықтаған кезде моторларды тоқтату үшін Өшіру (Выключить)
режимін қосыңыз.

5. Төмендегі дайын болған программаны роботқа жүкте.

6. Роботты іске қосып, оның жұмысының дұрыстығын тексеріңіз.
Бақылау сұрақтары:
1. Датчик 7 түсті анықтай алады. Ал түстер кездеспеген жағдайда қандай

мәнді қолдануға болады?
2. Роботты қандай мамандық иесі құрастырады?

47

№2 зертханалық жұмыс. Ультрадыбыстық датчик
Робот алдында қандай да бір нысан пайда болғанша алға жылжуы қажет.
Робот осы нысанға 30 см қалғанда тоқтауы керек.
1. СТАРТ блогына Рульдік басқару блогын қосыңыз. Қуатын 50-ге
теңестіріңіз.

2. Рульдік басқару блогына Күту блогын жалғаңыз. Датчиктен
ақпарат алу үшін оның режимдерін өзгертіңіз: Ультрадыбыс датчигі
(Ультразвуковой датчик) ⇒ Салыстыру (Сравнение) ⇒ Сантиметр бойынша
қашықтық (Расстояние в сантиметрах). Шекті мәніне (Пороговое значение)
30 санын енгізіңіз.

3. Қозғалысты тоқтату үшін Күту блогына Рульдік басқару блогын
жалғаңыз. Моторларды тоқтату үшін Өшіру (Выключить) режимін қосыңыз.

4. Дайын болған программаны роботқа жүктеңіз.

48

№3 зертханалық жұмыс. Ультрадыбыстық датчик. Жоба құру
 LEGO MINDSTORMS Education EV3 программасын іске қосу.
 Программаға қажетті блоктарды таңдап алу.
 Ультрадыбыс датчигін қолдану.
 Мәзірден Қосу (Включить) батырмасын басу.
 Программаны іске қосып тексеру.

1-тапсырма
LEGO MINDSTORMS Education EV3 программасын іске қосыңыз.
Робот алдында қандай да бір нысан пайда болғанша алға жүреді. Робот
нысанға 45 см қалғанда тоқтауы тиіс.
2-тапсырма
Датчик пен робот арасы 8 см-ден аз немесе тең болғанша ультрадыбыс
датчигі арқылы түсті квадратқа дейінгі қашықтықты сантиметрмен өлшейтін
роботты программалаңыз. Қашықтық 8 см болғанда контроллер экранында 2
секундтқа Up стандартты суреті шығады. Барлық өлшеу деректері экранда
көрінуі керек.
3-тапсырма
Робот-полиция жобасы. LEGO MINDSTORMS Education EV3
программасында блоктарды орналастырып, роботқа жүктеңіз.
Қорытынды
1. Қандай нәтиже алдыңыз?
2. Жасаған жұмыстарыңыз көңіліңізден шықты ма?
3. Қандай тапсырма сізге қиындық тудырды?

49

№4 зертханалық жұмыс. Лабиринттен шығу
Ультрадыбыс датчигін пайдаланып, лабиринттен шығу программасын
жасап, роботқа жүктеп көріңіз.
1. СТАРТ блогына Цикл блогын жалғаңыз.
2. Цикл ішіне Ауыстырып-қосқыш (Переключатель) блогын

жалғаңыз.
Датчиктен ақпарат алу үшін оның режимдерін өзгертіңіз:
Ультрадыбыс датчигі (Ультразвуковой датчик) ⇒ Салыстыру
(Сравнение) ⇒ Сантиметр бойынша қашықтық (Расстояние в
сантиметрах). Шекті мәніне (Пороговое значение) 40 санын
енгізіңіз.
3. Ауыстырып-қосқыш (Переключатель) блогының үстіңгі қабатына
Рульдік басқару блогын қосыңыз. Қосу (Включить) режиміне
ауыстырыңыз. Рульдік басқару мәнін (-30) –ға дейін, қуатын 30-ға
теңестіріңіз.
4. Ауыстырып-қосқыш (Переключатель) блогының астыңғы
қабатына Рульдік басқару блогын қосыңыз. Қосу (Включить)
режиміне ауыстырыңыз. Рульдік басқару мәнін 20-ға, қуатын 30-ға
теңестіріңіз.
Сұрақтарға жауап беріңіз.
1. Лабиринт дегеніміз не?
2. Лабиринт туралы қандай аңыз әңгіме бар?
3. Лабиринт жобасында қандай датчиктер қолданылады?

50