Детские информационные робототехнические конструкции

Лаврентьев Борис Федорович кандидат технических наук профессор, ФГБОУ ВПО "Поволжский государственный технологический университет" 424000, Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3 Lavrent'ev Boris Fedorovich PhD in Technical Science Professor, Volga State University of Technology 424000, Russia, Marii El, g. Ioshkar-Ola, pl. Lenina, 3 Lavrentevbf@marstu.net Другие публикации этого автора

Грант РГНФ №15-06-10686

Настоящая работа посвящена созданию особого класса детских информационных робототехнических конструкций с внутренним , внешним и комбинированным управлением , которые могут использоваться в детских дошкольных учреждениях, в лечебных и культурных центрах и отличаются низкой стоимостью, высокой надежностью, хорошими эксплуатационными и функциональными характеристиками. Такие конструкции , в отличии от существующих, отличаются высокой информативностью за счет большой внутренней памяти, способствуют разностороннему развитию и воспитанию ребенка, прививают ему навыки правильного поведения и общения со сверстниками. Предлагаемый класс информационных робототехнических конструкций не существует.
Созданные в процессе работы детские информационные робототехнические конструкции с внешним , внутренним и комбинированным управлением и внешними датчиками , выполненные в виде сказочных, былинных или национальных героев при использовании их в детских учреждениях будет способствовать всестороннему развитию и воспитанию детей, позволяя повысить эффективность лечения, снять психологическое напряжение и способствовать художественно – эстетическому воспитанию детей и правилам хорошего поведения. С другой стороны подобные конструкции найдут применение в культурных и развлекательных мероприятиях в качестве экскурсоводов, гидов, воспитателей. К большому сожалению, подобные проекты в нашей стране не находят поддержки , хотя очень нужны детям.

Научная новизна работы заключается в том , что впервые предлагается выделить отдельную группу детских сказочных информационных робототехнических конструкций для детских дошко­льных , оздоровительных и культурных центров , которые отличаются низкой стоимо­стью и высокой эффективностью, широкими функциональными возможностями за счет использования внутреннего , внеш­него и комбинированного управления , внешних датчиков и большой внутренней памяти. В предлагаемых конструкциях при внутреннем управлении робот работает по программе и выдает информацию ,записанную в его памяти , а при внешнем управлении роль робота выполняет артист или воспитатель, находясь за пределами видимости ребенка. Артист видит окружающее пространство, слышит звуки и общается с окружающими в реальном времени. Как показала практика , эффективность воздействия на ребенка при этом возрастает много­кратно.Однако это необходимо всесторонне исследовать и разработать соответствующие методики в зависимости от области применения роботов. Кроме того , впервые планируется проведение психологических и социологических исследований с целью выявления влияния создаваемых информационных робототехнических конструкций на эмоциональную сферу детей в детских садах , детских больницах и культурных центрах.

В настоящее время вопросам создания автоматизированных электромеханических средств психа - эмоционального воздействия на людей уделяется большое внимание. Во многих городах мира существуют центры развлечений, где сосредоточено большое количе­ство робототехнических конструкций, костюмов, игровых автоматов и т. д. Известны развлекательные центры в США , в Париже («Диснейленд»), в Сингапуре («Тайгер- парк» ) и в других городах мира. Это очень дорогие центры стоимостью в сотни миллионов долларов. С другой стороны во многих странах выпускаются в массовом количестве робототехнические игрушки для индивидуального пользования детьми (куклы, звери, механизмы ). Такие игрушки имеют очень небольшие функциональные возможности и не предназначены для коллективного использования. В научном мире основные усилия направлены на создание интеллектуальных роботов с искусственным интеллектом. Таких работ много в Японии. В нашей стране известен, например, робот «Кузя». Такие роботы очень дорогие, имеют, как правило, низкое художественное оформление и не могут использоваться для развития и воспитания детей дошкольного возраста. Анализ состояния вопроса убеждает нас в том, что для развития и воспитания ребенка в детских дошкольных учреждениях нужны другие робототехнические конструкции, которые имеют большую информационную память, высокую надежность и минимальную стоимость. В качестве информации могут использоваться сказки, легенды, рассказы, воспитательные беседы, правила хорошего тона, правила поведения в лечебных, в культурных центрах , на улице и т. д. Информация записывается на магнитных носителях, например, на флеш - памяти и легко меняется. Где производятся робототехнические конструкции ? Есть крупные центры в США, в Европе, в Сингапуре , которые поставляют аппаратуру для развлекательных центров. Для нашей страны наиболее привлекательна ЗАО» Восточно – Европейская компания» в республике Белорусь, которая специализируются на выпуске большого количества аппаратуры для центров развлечения, однако стоимость такой аппаратуры многие тысячи и сотни тысяч долларов, что делает её недоступной для массового использования в детских дошкольных заведениях. Поэтому вызывает удивление отсутствие на рынке сказочных роботов с внутренним и внешним управлением, небольшой стоимостью, высокой надежностью без элементов искусственного интеллекта с большими функциональными возможностями. Отчасти это объясняется отсутствием исследований по использованию сказочных информационных робототехнических конструкций в воспитании и разносторонним развитии детей. Важнейшей задачей проекта является разработка требований к данному классу роботов , разработка методики их использования , организация малого предприятия по серийному выпуску таких конструкций в нашем городе и одновременно организация « Центра по их производству, использованию и реализации. Одновременно возникает вопрос о проведении серьезных исследований по воздействию информационных робототехнических конструкций на всестороннее развитие и воспитание детей на втором этапе работ по данной тематике.

Работы по исследованиювлияния сказочных робототехнических конструкций на всестороннее развитие и поведение детей проводятся на факультете социальных технологий Поволжского государственного технологического университета и на педагогическом факультете Марийского государственного университета.Работы по созданию различных информационных робототехнических конструкций проводятся в Поволжском государственном технологическом университете с 1990 года. Были разработаны, изготовлены и внедрены в кукольном театре города Йошкар-Олы робототехнические конструкции «Крокодил Гена и Чебурашка», «Попугай» с внутреннем управлением , «Декоративные часы с движущейся фигурой Буратино», «Говорящие урны» и много других «добрых» проектов. Сотрудники Поволжского государственного технологического университета в рамках выполнения проекта по исследованию Мирового океана посетили Данию , Кубу , Панаму , США , Сейшельские острова , Египет , Сингапур , Китай и многие другие города мира , где познакомились с развлекательными центрами , созданными в этих странах. В 2008 году сотрудниками ПГТУ были разработаны и установлены на центральной площади города Йошкар-Олы информационное табло с декоративными часами и движущимися робототехническими фигурами, которые являются достопримечательностью города. Работа награждена Государственной премией республики Марий Эл. В 2012 году созданы , изготовлены и установлены на набережной реки м. Кокшага динамическая робототехническая группа «Тринадцать апостолов»

В настоящее время разработаны эскизные проекты и определена ориентировочная стоимость новых детских информационных робототехнических конструкций таких как «Сказочник – гриб», «Кот в сапогах» ,«Акпарс» ,Смехошарик». В лаборатории «Электроника» разработаны и отмакетированы схемы управления робототехническими конструкциями, включая схемы дистанционного управления с использованием двухчастотных сигналов радиотелефона. В молодежном центре «Новая техника» ПГТУ созданы типовые механические узлы и подобраны электрические двигатели для проектируемых робототехнических конструкций. На факультете социальных технологий ПГТУ и на факультете педагогики Мар ГУ разрабатываются программы и методики по исследованию влияния детских информационных робототехнических конструкций на всестороннее развитие и воспитание детей в дошкольных учреждениях[1 – 7 ].

Имеются договоренности с целом рядом лечебных детских учреждений, в том числе с «Республиканским центром реабилитации детей» профессора, д.м.н. Севастьянова В.В., о проведении у их подобных исследований. Заключены договоры с рядом детских садов о проведении исследований по тематике проектов. Йошкар - Олинский кукольный театр и художественное училище примут активное участие в создании фигур сказочных героев.Созданные в рамках настоящей работы информационные робототехнические конструкции имеют явные преимущества перед существующими робототехническими конструкциями с элементами искусственного интеллекта, а именно:

• их стоимость в 50 – 100 меньше существующих,
• их можно изготовить из надежных , широко используемых комплектующих: радиотелефонов, стеклоподъемников, контроллеров,
• они имеют хорошие эксплуатационные характеристики, просты в эксплуатации и безопасны для детей, их можно легко перепрограммировать для решения различных задач ,
• можно легко организовать их серийное производство и реализацию с большим экономическим эффектом.

Сказочных героев можно установить в яслях, садиках, детских больницах, в культурных и оздоровительных центрах, где они будут рассказывать сказки, учить детей правилам хорошего тона, способствуя их всестороннему развитию. В яслях и датских садах это могут быть «сказочники», «смехошарики», в детских больницах - «Айболиты» «Медицинские сестры». Робототехнические конструкции типа «Кот в сапогах», «Медведь», «Снегурочка» «Акбарс» можно установить в вестибюле культурных центров, где они будут приветствовать входящих, снимать шляпу, говорить комплименты . Информационные робототехнические конструкции могут быть экскурсоводами и гидами на выставках и презентациях. Сказочные герои большого размера в праздничные дни могут устанавливаться на площадях, в парках на концертных площадках и участвовать в праздничных мероприятиях – это значительно снизит расходы на проведения таких мероприятий и повысит эмоциональное и псижологическое воздействие на зрителей

На сегодняшний день в рамках госбюджетных НИР разработаны эскизные проекты для пяти изделий, «Попугай»,»Кот в сапогах», « Крокодил Гена и Чебурашка», «Схемошарик» ; разработаны и отмакетированы электрические схемы на устройство управление объектами, определены принципы создания радиоканала и канала видео наблюдения. выбраны технологические принципы изготовления корпусов роботов с минимальной стоимостью изготовления, разработаны программы функционирования объектов и многое другое. Роботы выполняют 6 -12 команд: двигают руками, поворачивают голову на влево и на вправо, наклоняются, «моргают глазами», «говорят» сдвижением губ, могут индивидуально общаться с маленькими зрителями и, кроме того, некоторые роботы могут передвигаться и выполнять другие операции. Конструктивно робототехническая конструкция представляет собой постамент, на котором крепится фигура робота.Внутри постамента устанавливается блок управления и аккумулятор. Блок управления через разъём подсоединяется с механизмами, расположенными внутри фигуры. В качестве двигателей использованы двигатели постоянного тока. Типовая видеосистема позволяет оператору, который находится в соседнем кабинете на расстоянии до 20 метров следить за обстановкой вблизи робота и активно участвовать в «спектакле». Для управления движениями робота при внешнем управлении спроектирован пульт управления на базе обычного радиотелефона. Значительное внимание уделено вопросам безопасности детей..

В реализации проекта принимают участие сотрудники и студенты Поволжского государственного технологического университета, Марийского государственного университета, сотрудники Марийского проектного института, Йошкар-Олинского художественного училища, Центра развития человека «Прозрение», сотрудники Йошкар-Олинского кукольного театра.

Предлагаемый проект предназначенным для всестороннего развития и воспитания наших детей. Подобных робототехнических конструкций нет ни в одном регионе нашей страны и это будет визитной карточкой нашего города. При серийном производстве робототехнических объектов на малом предприятии и реализации их в соседних регионах, можно получить большую экономическую прибыль, а также поднять престиж республики Мари Эл.

Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ в рамках научного проекта
№15-06-10686.