Робототехника

Что изучают в кружке робототехники

Занятия в кружке робототехники начинаются с основ и усложняются по мере того

как дети осваивают материал. На первых уроках ученики узнают:

• как читать чертежи:
• из каких деталей состоит робот;
• что такое схемотехника;
• как обращаться с нужными инструментами;
• что умеют делать роботы и где они встречаются с ними в повседневной жизни;
• как устроен программный код и зачем он нужен.

При этом, с самого начала обучения основной упор делается на практику, детей не перегружают ненужными теоретическими знаниями, не заставляют, что то зубрить и заучивать. После того как база будет пройдена и усвоена, стартует следующий этап программы, в ходе которого дети изучат:

• основы популярных языков программирования, таких как Python, Scratch и C++;
• принципы устройства микроконтроллеров Raspberry Pi, Multiplo и Arduino;
• пайку микросхем;
• устройство программных и аппаратных компонентов роботов;
• разработку простейших систем умного дома.

Вот таких роботов создают дети в кружке робототехники

К моменту окончания курса робототехники обучающиеся смогут придумывать, собирать и программировать роботов различной степени сложности, научаться обращаться со слаботочными системами и паять микросхемы. Кроме того, после обучения дети будут хорошо понимать как устроена робототехника, зачем нужна, где встречается и как будет развиваться.

Кем можно работать, получив образование в мехатронике и робототехнике

Прежде чем рассматривать конкретные профессии, которые существуют для специалистов в мехатронике и робототехнике, следует понимать, какие задачи смогут решать выпускники, получившие данное образование. Так, имея знания в рассматриваемой сфере, специалист может выполнять следующие функции на предприятии:

• Создание оборудования и станков для обеспечения механизации производственных процессов.
• Разработка техники различного назначения, в том числе и военной.
• Исследование возможностей по улучшению уже имеющихся в использовании механизмов и роботов.
• Работа над отдельными мехатронными системами, например — отдельными узлами автомобилей.
• Разработка микроскопических роботов и электронных изделий.
• Обслуживание и ремонт техники.
• Написание программного обеспечения для робототехники.
• Обучение робототехнике и мехатронике в рамках ВУЗов, школ и иных учреждений.
• Составление документации об использовании техники.
• Ведение научно-исследовательской и конструкторской деятельности.

Соответственно, перечень возможных профессий и конкретных специализаций, по которым могут работать специалисты в мехатронике и робототехнике — крайне широк. Например, к таким направлениям деятельности можно отнести следующие профессии:

• Инженер-электроник. Специалисты в этой профессии занимаются широким спектром работ, связанных с созданием электроники. Наличие образования по мехатронике позволяет в полной мере устраиваться на работу в любой сфере, где требуется работа с электроникой в целом.
• Инженер-электротехник. Учитывая сопряженность электроники и электротехники, получение образования в сфере мехатроники и робототехники дает возможность стать полноценным инженером-электротехником, в том числе и без получения дополнительных навыков, работая в самых разнообразных сферах.
• Программист. Все робототехники таки или иначе изучают программирование, так как наличие этих знаний является крайне важным для современной мехатроники в целом. А значит — получают хорошую базу для трудоустройства в различных сферах, где требуется знание основ и принципов программирования.
• Робототехник. К сожалению, специалисты в этой профессии сейчас не настолько востребованы, как в других, и поэтому по прямому профилю в своей специальности найти работу могут немногие выпускники. В то же время именно по этому направлению деятельности можно рассчитывать на наибольший размер оплаты труда и самые интересные перспективы.
• Конструктор. Работа конструктора во многом подразумевает значительное количество творчества и генерации новых идей, равно как и сочетание их с педантичностью для проведения точных расчетов. Это достаточно интересная профессия, однако ее востребованность не слишком высока.
• Педагог. Как специалист с высшим образованием, человек, получивший знания в сфере мехатроники и робототехники может стать преподавателем в ВУЗе, руководителем школьного кружка или каких-либо иных обучающих курсов.
• Кибернетик. Специалисты по кибернетике изучают в первую очередь теоретические направления взаимодействия человека и техники, а также работу с передачей и обработкой информации в технических и социальных системах
• Сервисный инженер. Любая техника нуждается в регулярном обслуживании и устранении неисправностей, и специалисты в мехатронике ценятся в том числе и в качестве сотрудников, которые обеспечивают безопасность, ремонт и обслуживание используемых роботов и иных средств автоматизации на производстве.

Плюсы и минусы профессии «Программист-робототехник»

Как и в любой другой сфере, специалист сталкивается с плюсами и минусами в своей области. 

Плюсы	Минусы
возможность постоянного развития и обучения высокая заработная плата востребованность в зарубежных странах	небольшое количество вакансий в России устаревшая модель образования необходимо разбираться в смежных областях

Возможность и необходимость обширных знаний и умений — одновременно плюс и минус, поскольку их приобретение и развитие занимают длительный период времени. Однако всесторонне развитый специалист с большей вероятностью найдёт подходящую вакансию и создаст интересный проект.

Личностные характеристики программиста-робототехника

Чтобы быть высококлассными специалистами, программисты-робототехники должны обладать не только любопытством, но и другими чертами характера. Очень важны:

Усидчивость. Написание и анализ кода — достаточно рутинный процесс, как и изучение новых материалов для воплощения их в проектах.

Склонность к анализу. В робототехнике, как в любой молодой отрасли, не много готовых решений. Поэтому оптимальное исполнение автоматизированной системы можно найти только подвергнув её всестороннему критическому анализу

Это важно, потому что оптимизация снижает требования к компонентам и увеличивает ресурс работы робота, что дополнительно снижает затраты.

Способность работать в команде. Можно создавать системы в одиночку, но команды создают более интересные и сложные проекты

Только команда может отправить луноход исследовать спутник Земли.

Развитая фантазия и интерес к поиску новых решений. Умение искать и находить новые возможные отрасли для внедрения роботов, чтобы облегчить труд людей и снизить расходы бизнеса.

Внимательность. Как и обычному программисту, робототехнику требуется внимательность, чтобы избежать ошибок в коде или своевременно его доработать, несмотря на широкий спектр проверочных программ.

Для преподавания помимо этих навыков потребуется умение и желание работать с детьми.

Возраст детей

В кружках робототехники могут обучаться дети примерно от 5 лет и до 15-17. Разумеется, программы у них разные.

Если говорить о платформе робототехники LEGO, то  младшие (дошкольники и учащиеся начальной школы) фактически играют с простейшим конструктором для конструирования роботов LEGO WeDo, познавая окружающий мир, учась взаимодействовать друг с другом. Детали робота довольно легко соединяются и похожи на детали традиционного конструктора LEGO, который есть у многих дошкольников. Программа для движения робота, которую создают обучающиеся, тоже несложная и пишется из готовых «блоков» под руководством преподавателя. Но робот у них получается самый настоящий.

Ребята постарше пользуются конструктором LEGO Mindstorms; он более сложный, с другим принципом крепления. Этот конструктор позволяет создать более сложную модель, нежели в LEGO WeDo. На занятиях вводятся элементы программирования на языке Scratch, С++, либо визуальном языке программирования.

Робототехникой занимаются и студенты, и взрослые. Но платформы и задачи, которые ставят перед собой взрослые, отличаются от детских занятий.

Где учиться

Это отличный старт в профессии для детей от 6 до 16 лет. А чтобы совершенствоваться, можно готовиться и участвовать в соревнованиях, таких как Всероссийская робототехническая олимпиада и World Robot Olympiad, WorldSkills Russia Juniors, Робофест, FIRST LEGO League, Робофинист и др.

• Окончив среднее техническое образование (техникум или колледж), можно пойти в механики или специалисты по сборке роботов или их обслуживанию, и параллельно с получением практического опыта можно учиться и совершенствоваться дальше. Если вы выбираете среднее техническое образование, то учиться робототехнике можно в колледже МГОК. 
• Для тех, кто нацелен на высшее образование, можно выбрать технический вуз по робототехнической специальности. Такие есть во всех крупных городах нашей страны.

МГТУ им. Баумана, СТАНКИН и СколТехИТМО и Политех Иннополис.GeekBrains, и SkillBox, и «Яндекс.Практикум»от «Яндекс.Практикума» и Skillbox до Udemy. 

Бонус: бесплатные ресурсы, чтобы освоить азы робототехники.

Что такое робот?

Существует множество определений робота и никакого реального консенсуса пока не достигнуто. Дадим такое определение робота:

Это означает, что тостер, лампа, или автомобиль не будет рассматриваться как роботы. Прежде всего они не имеют возможности воспринимать свое окружение. С другой стороны, пылесос, который может перемещаться по комнате или солнечная панель, которая направлена на солнце и изменяет угол наклона в зависимости от положения солнца, могут быть  рассмотрены как роботизированные системы.

Важно также отметить, что “роботы” участвующие в войнах роботов, или какие-либо исключительно дистанционно управляемые устройства не подпадают под это определение. Скорее всего они будут ближе к более сложной радиоуправляемой машине

Также можно создать дистанционно управляемого робота на базе известных робототехнических конструкторов. Одним из таких конструкторов является Lego EV3.

Это определение является достаточно общим. Хотя оно может понадобиться в будущем для того чтобы понимать самые последние достижения в этой области. Робототехника в наше время стремительно развивается. Следовательно будет требоваться все больше специалистов для разработки, наладки, программирования и обслуживания роботов и роботизированных линий.

Есть 10 статей.

Каждая статья проведет вас через один шаг к созданию универсального мобильного робота. Это позволит вам создать своего собственного мобильного робота для выполнения задач по вашему выбору. Каждый урок будет проиллюстрировано примером из опыта. Статьи предназначены для того, чтобы быть изучены одна за другой и опираются на информацию, полученную раньше.

Василий, БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

Я поступил в вуз на радиотехнику. Ожидания от университета оправдались, я отучился лишь один семестр, поэтому кроме общеобразовательных предметов пока что особо ничего не изучали. Сейчас основной упор на математику, программирование (изучали паскаль, будет C) и физику.

Пока что я занимаюсь в университете только учебой. Работаю в Центре робототехники при ПФМЛ №239. Участвовал в куче всяких соревнований, из последнего — готовился вместе с командой к Robocup@work, где работаю над hardware-частью проекта.

Сейчас немало «лишних» предметов. Для меня это так называемый обязательный пункт, который я вынужден пройти, чтобы быть способным делать что-то дальше. Польза тоже есть, но на данном этапе ее с виду немного.

Я не уверен на 100%, что останусь в робототехнике, хотя электроника интересует, и ей заниматься точно буду. Робототехника — это комбинация многих факторов, где электроника важна, но без остального далеко не уедешь.

Регионы

Вуз	Факультет	Направление	Вступительные испытания	Проходной балл в	Количество бюджетных мест
2017 году
ТГУ (Томск)	Физико-технический	Мехатроника и робототехника	Р М Ф	221	25
Прикладная механика	Р М Ф	202	25
ТПУ (Томск)	Институт кибернетики	Мехатроника и робототехника	Р М Ф	219	40
УрФУ (Екатеринбург)	Институт новых материалов и технологий	Мехатроника и робототехника	Р М Ф	201	25
ТюмГУ (Тюмень)	Институт математики и компьютерных наук	Мехатроника и робототехника	Р М Ф		16
НГТУ (Новосибирск)	Механико-технологический	Робототехнические системы и комплексы	Р М И	—
Мехатроники и автоматизации	Электроэнергетика и электротехника	Р М Ф	204	102
ДВФУ (Владивосток)	Инженерная школа	Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)	Р М Ф	143	20
Мехатроника и робототехника	Р М Ф	189	15
СГТУ им. Гагарина Ю.А. (Самара)	Институт электронной техники и машиностроения	Интеллектуальная робототехника	Р М Ф	200	17
СФУ (Красноярск)	Политехнический институт	Мехатроника и робототехника	Р М Ф	153	18

Р — русский язык, М — математика, Ф — физика, И — информатика и ИКТ

Оплата труда

Важные качества

Профессия робототехника предполагает интерес к точным наукам и инженерному делу, аналитический склад ума, развитое логическое мышление в сочетании с богатым воображением.

Знания и навыки

Робототехник – это универсальный специалист: инженер, программист, кибернетик в одном лице. Ему необходимо знание механики, программирования, теории автоматического управления, теории проектирования автоматических систем. Очень важны навыки конструирования, умение работать руками, например, банально пользоваться паяльником.

Начало истории роботов

Слово «робот» придумал брат чешского писателя Карла Чапека Йозеф в 1920 г. для пьесы «R.U.R.» («Россумские универсальные роботы»). Позже, в 1941 г., Айзек Азимов использовал слово «робототехника» в научно-фантастическом рассказе «Лжец».

Но, видимо, одним из первых робототехников в истории человечества можно считать арабского изобретателя Аль-Джазари, жившего в XII веке. Остались свидетельства, что он создал механических музыкантов, которые развлекали публику, играя на арфе, флейте и бубнах. Леонардо да Винчи, живший в XV–XVI веках, оставил после себя чертежи механического рыцаря, способного двигать руками и ногами, открывать забрало своего шлема.  Но эти выдающиеся изобретатели вряд ли могли представить, каких вершин достигнут технологии через несколько столетий.

В основе современной робототехники лежат механика, электроника и программирование. Но, как предсказывают фантасты, со временем для изготовления роботов будут широко использовать био- и нанотехнологи. В результате получится киборг, т. е. кибернетический организм – что-то среднее между живым человеком и роботом. Чтобы не слишком радоваться по этому поводу, можно посмотреть фильм «Терминатор», любую его часть.

Вспомогательная литература по робототехнике

Нельзя сконструировать качественную роботизированную систему без глубоких теоретических знаний по роботостроению. Будущему профессионалу на начальном уровне также будет полезно изучение дополнительной литературы. По этой теме, кроме учебных пособий, существует множество книг.

Можно выделить следующие книги:

1. Платт Чарльз «Электроника для начинающих». В книге последовательно изложено, как нужно проектировать и создавать электронные устройства в домашних условиях.
2. Иванов Анатолий «Основы робототехники». В этом учебном пособии рассматриваются виды, классификация роботов, области применения РТУ и их роль в производственном процессе.
3. Трон Себастьян и др. «Probabilistic Robotics». Объект внимания авторов – вероятностная робототехника. В ее основу положены математические методы систематизации. Специалисты предполагают появление роботов другого качества, с более высоким уровнем надежности.
4. Зигварт Роланд «Introduction to Autonomous Mobile Robots». Книга посвящена мобильным автоматическим устройствам, имеющим возможность перемещения в пространстве. Автор освещает особенности мобильной робототехники со всех сторон.
5. Кук Дэвид «Robot Building for Beginners». Автор детально описывает устройство умных машин, давая таким образом читателю представление о конструировании роботов.
6. Бишоп Оуэн «Настольная книга разработчиков роботов». Это пособие рассчитано на новичков, автор знакомит читателя с конструированием робототехнических устройств.

Алексей, Университет ИТМО

В детстве мне нравилось собирать простые электрические схемы. Лампочки из фонариков, светодиоды из зажигалок, моторчики из плееров — всё шло в дело.

В школе я познакомился с программированием, которое меня тоже заинтересовало. Робототехника — область в которой, как мне казалось, реализуются оба вышеупомянутых направления моих интересов. Так что к концу девятого класса я решил получить высшее образование в Университете ИТМО.

Ожидания от университета не оправдались. Имея одно лишь желание, но не имея достаточного багажа знаний, в университете делать было нечего. Наивное предположение о том, что в университете меня научат, оказалось ошибочным. Университет лишь предоставляет возможность обучаться.

В ИТМО робототехнику преподают по нескольким стандартам на разных кафедрах. На кафедре систем управления и информатики (СУиИ), на которой обучался я, во главе угла стоит теория автоматического управления. Есть несколько курсов по механике, мехатронике, материалам и их обработке.

Программирование на кафедре СУиИ считается навыком, так что обучаться языкам нужно самостоятельно. Основной инструмент — Matlab и Simulink. По ходу обучения будут затронуты C, Ассемблер, CFC.

В процессе обучения была возможность поработать с LEGO Mindstorms и Beckhoff. В конструкторском бюро имеются также KUKA, Roomba, Boe-Bot, ТРИК, Intel Galileo, Raspberry Pi и там все очень увлечены ROS. Конструкторское бюро (КБ) — дело добровольное.

В образовательной программе, как таковых проектов нет. Самостоятельно можно примкнуть к КБ или лаборатории и на их базе вести проект. Это делается беспрепятственно, а в последующем можно работать в лаборатории за зарплату.

Качество образования достаточно сложно оценить. Так как дается именно возможность получить образование, а не образование как таковое. Очень большая роль отводится самостоятельной работе. Так что при умении самостоятельно обучаться можно выйти из университета очень хорошим специалистом. При отсутствии такого умения и недостаточном уровне самоорганизации можно, напротив, выйти никем.

Я ждал, что меня всему научат. Возьмут за руку и поведут в мир моих грез. Преподнесут на блюдечке с голубой каемочкой все знания, отсутствующие в моей голове, разжуют, как следует, и положат в рот. Такого не произошло. Поэтому я очень скоро больно ударился о действительность. Мне недоставало знаний, главным образом, в области математики. Мне не хватало дисциплинированности. И я абсолютно был неспособен самостоятельно усваивать материал. Но я не признавал своей непригодности, так что по инерции докатился до получения диплома бакалавра и поступления в магистратуру. В магистратуре я уже смог признать отсутствие в себе потенциала и закончил обучение по собственному желанию.

Коротко о главном

Программист-робототехник создаёт роботов, которые работают автономно или под управлением человека. Это перспективная профессия: число роботизированных проектов растёт, а правительство РФ говорит о необходимости дальнейшего развития и финансирования роботизации. При этом найти работу можно как в России, так и за рубежом.

Зарплаты в этой отрасли могут похвастаться высокой планкой, требования к компетенциям специалиста — тоже. Получить все необходимые знания и навыки о том, что делают на робототехнике, вряд ли можно самостоятельно, но доступно обучение в ВУЗах и на онлайн-курсах. Если вам непременно нужен диплом — выбирайте традиционный первый вариант, а для быстрого старта в профессии больше подойдут курсы. Вы получите самую свежую теорию, актуальные кейсы и практику, без которой никакие знания не работают.

Внедрение роботов во все сферы жизни человека означает снижение риска для жизни в сложных условиях и сохранение ценных ресурсов — освободившиеся силы и время человек может посвятить новым идеям. По крайней мере это пока остаётся привилегией людей, а роботы способны лишь подражать и следовать алгоритму. В теории робот, который осознает себя как личность, может быть создан неким робототехником — кто знает, может это будете вы.

Когда начинать обучение робототехнике?

Начинать изучение и записываться в кружки лучше всего с детства, впрочем, не слишком рано — в 8-12 лет
, говорят специалисты. Раньше ребенку сложнее уловить понятные абстракция, а позднее, в подростковом возрасте, у него могут появиться другие интересы, и он станет отвлекаться. Также ребенка необходимо мотивировать на изучение математики, чтобы ему было интересно и легко в будущем проектировать механизмы и схемы, составлять алгоритмы.

С 8-9 лет
ребята уже могут понимать и запоминать, что такое резистор, светодиод, конденсатор, а позже и понятия из школьной физики осваивать с опережением школьной программы

Не важно, станут они специалистами в этой области или нет, полученные знания и навыки точно даром не пропадут

В 14-15 лет
нужно продолжать заниматься математикой, отодвинуть занятия в кружке по робототехнике на второй план и начать изучение программирования более серьезно — разбираться не только в сложных алгоритмах, но и в структурах хранения данных. Далее идут математический базис и знания в алгоритмизации, погружение в теорию механизмов и машин, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, реализацию алгоритмов автоматической навигации, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение.

Александр Колотов: «Если в этот момент познакомить будущего специалиста с основами линейной алгебры, комплексным счислением, теорией вероятности и статистики, то к поступлению в вуз он уже будет хорошо представлять, зачем ему стоит обращать дополнительное внимание на эти предметы при получении высшего образования»

Что нужно знать и как стать робототехником

Робототехника строится на нескольких базовых науках:

1. Математика — из неё произрастают все остальные фундаментальные основы робототехники.
2. Физика — без понимания движения тел и законов их взаимодействия невозможно освоить такую сложную дисциплину, как робототехника. Также из физики нужно взять механику и принципы работы электротехники.
3. Мехатроника — это синергия механики и электроники. Робототехнику нужно понимать, как заставить механические приборы работать от электричества.
4. Программирование — а это как раз то, что заставляет сложные приборы работать. Недостаточно просто собрать робота, нужно еще задать правила, по которым он будет работать, это задача программирования.

Чтобы получить профессию робототехника, можно пойти учиться в ВУЗы. В России специальность «Мехатроника и робототехника» открыта в московских, питерских, омских, вятских и других ВУЗах. Плюсы этого подхода — сильное инженерное образование со времён СССР и наличие диплома, который в РФ играет не последнюю роль, особенно в государственных компаниях. 

Минусы тоже есть:

• Отрасль новая, а это значит, что вузовское образование может быть не очень подходящим для освоения дисциплины. 
• Длительность обучения. Учиться придется 5+ лет. Это долго, если вы переступили возрастной порог в 25-30 лет, вы вряд ли захотите на очное отделение.
• Огромные затраты на образование. Цена вузовского образования — 200 000+ рублей в год. Это приличная статья расходов.
• Большой процент лишней информации. Как бы ни была продумана образовательная программа университета, в ней всегда есть общеобразовательные предметы: от философии до юриспруденции. Для работы робототехником они бесполезны и только отнимают время.

Минусов много и их нельзя назвать несущественными. Поэтому, если вы не хотите тратить кучу денег и времени, выбирайте другой путь — можно начать с курсов по программированию. Сейчас таких курсов очень много и большинство из них по-настоящему качественные. Кроме того, обучение на курсах робототехники — это возможность научиться новой профессии в небольшие, по сравнению с ВУЗами, сроки. Однако напомним, что стать специалистом в какой-либо сфере можно только совмещая теорию и практику в течение длительного времени и анализируя прогресс. 

Начинающему программисту-робототехнику для старта будут полезны курсы по языку C++ и языку Python.

Программистам, которые хотят развиваться в сторону автономных роботов, подойдут курсы машинного обучения.

Опытным программистам пригодятся курсы виртуальной и дополненной реальности, поскольку спектр применения этих технологий для роботов неустанно растёт.

Перспективы трудоустройства по профессии

Кем можно пойти работать, получив диплом? Специальность позволяет освоить наиболее востребованные в современном мире технологий профессии, среди которых:

• IT-специалист,
• системный программист,
• инженер,
• электроник,
• конструктор,
• кибернетик,
• робототехник.

Это активно растущая область, требующая в свои ряды настоящих профессионалов своего дела. При этом на рынке труда сегодня востребованы как специалисты-теоретики, которые проектируют и создают новые идеи, так и эксперты-практики, готовые осуществлять свою деятельность в коллективе, создающем новые узлы под необходимые параметры.

Прежде профессионалы данной области в основном были востребованы для разработок в военной и космической сферах, однако теперь их знания все чаще требуются и обычным фирмам и компаниям. Стоит отметить, что вышеперечисленные должности являются в России одними из самых высокооплачиваемых. Так, начинающий специалист может заработать от 30 000 рублей. Оклад же ведущего эксперта организации нередко представляет собой шестизначную цифру.

Луиза, МГУ им. М. В. Ломоносова (филиал в Ташкенте)

Я поступила в филиал МГУ на факультет прикладной математики и информатики, чтобы научиться программировать. На деле оказалось, что здесь в основном преподают математику. Много предметов, начиная от мат анализа и линейной алгебры и заканчивая уравнениями математической физики. Но программирование проходим и сейчас изучаем C++, до этого изучали C, получили представления об Ассемблере и веб-разработке. Нагрузка в вузе огромная, при этом качество образования могло бы быть лучше. Не хватает времени на изучение чего-либо стороннего, тем не менее, я продолжу заниматься робототехникой.

Где еще посмотреть вузы?

Учеба.ру» — самый большой каталог вузов и учебных программ в России и за рубежом. На портале можно выбрать интересующую специальность, сравнить программы, узнать стоимость обучения, проходные баллы и условия поступления. Почти всё, что нужно знать, чтобы составить список вузов и направлений.

Второй сайт — «Поступи онлайн» — помогает оценить шансы на поступление в выбранный вуз или специальность. С помощью калькулятора ЕГЭ можно узнать возможные варианты.