Основы робототехники на примере LEGO Mindstorm EV3

Робототехника   является   одним   из   важнейших   направлений   научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и  технического проектирования соприкасаются с областью высоких технологий и проблемами искусственного интеллекта.

По    данным   Международной    федерации   робототехники, прогнозируется   резкое увеличение  оборота  отрасли.  Интенсивное  использование  роботов  в  быту,  производстве, медицине,  военном  деле  и  других  сферах,  требует  высокий  уровень  умений  и  знаний  не только  от  специалистов-разработчиков,  но  и  от  рядовых  пользователей,  которым  придётся сталкиваться с управлением роботами ежедневно.

Изучение робототехники позволяет на практике рассмотреть многие темы из учебного предмета  «Информатика  и  ИКТ»,  которые  иногда  встречают  затруднения  в  ходе  освоения основного  курса.  А  именно,  алгоритмизация  и  программирование,  исполнитель,  логика, основы   устройства   компьютера.   Также   данный   курс   даст   возможность   школьникам закрепить   и   применить   на   практике   полученные   знания   по   таким   дисциплинам,   как математика, физика и технология.

Робототехника ориентирована на работу в команде, что способствует формированию умения   взаимодействовать   с   соучениками,   формулировать,   анализировать,   критически оценивать, отстаивать свои идеи.

Педагоги

Жидких Денис Валерьевич

Содержание программы

Введение в робототехнику

 

Роботы.  Виды  роботов.  Значение  роботов  в  жизни  человека.  Основные направления применения роботов. Искусственный интеллект. Описание курса, предстоящей работы.

Понятие проектной деятельности.

Знакомство с конструктором, рабочим местом и средой разработки программ, правила работы.

Знакомство с роботами LEGO Mindstorm EV3

 

Основные управляющие детали конструктора.  Их название и назначение.

Модуль EV3. Обзор, экран, кнопки управления модулем, индикатор состояния, порты. Установка батарей, способы экономии энергии. Включение модуля EV3. Запись программы

и запуск ее на выполнение.

Сервомоторы  и  различные  датчики  EV3,  их  устройство  и  характеристики,  освоение методов работы с ними.

Robot Educator, основные возможности

 

Сбор   обучающего   робота.   Изучение   способов   движения   (по   прямой   и   кривой траектории) с использованием различных датчиков. Захват и перемещение объектов.

Первые соревнования роботов «Весёлые старты», «Кегельринг», «Змейка».

Robot Educator, более сложные действия

 

Рассматривается   группа   управляющих   операторов   и   варианты   их   применения. Изучения  операторов  ветвления  и  цикла,  принципа  многозадачности.  Полученные  знания применяются   для   решения   задач   из   предыдущих   тем   наглядно   демонстрируя   новые возможности и получаемые преимущества при их использовании.

Robot Educator, операции с данными

 

Рассматриваются   механизмы    обработки   данных   и    методы   их   применения    в программной  среде  разработки.  Изучаются  такие  понятия,  как:  шина  данных,  тип  данных, генератор случайных чисел, сравнение величин, логические операции, переменная и массив. Полученные знания используются при составления более сложных и эффективных программ для решения различных задач, соревнований.

Заключительные и творческие проекты

 

Учащиеся   реализуют   собственный   проект.   В   ходе   их   работы   с   одной   стороны осуществляется  коллективное  обсуждение  и  критика  их  идей,  а  с  другой  напротив  защита собственного  мнения  и  принятых  решений  учениками.  Для  вдохновения  на  собственные идеи проходит анализ готовых проектов, их конструкций и программ. В конце темы каждый учащийся   (либо   группа   учеников)   выступает   с   защитой   своего   проекта,   используя демонстрацию работы робота и средства компьютерных презентаций.

Цели программы

Развить  интерес  школьников  к  конструированию  и  программированию  технических систем,   расширить   их   область   знаний,   а   также   придать   необходимый   импульс   для творческой  реализации  в  робототехнике  и  смежных  с  нею  областях  (программирование, механика, электроника, инженерное конструирование).

Результат программы

Основными   результатами   изучения   курса,   являются   стимулирование   мотивации учащихся  к  получению  знаний,  формированию  творческой  личности,  привитие  навыков коллективного    труда,     а    также     развития    интереса     к    технике,    конструированию, программированию   и   высоким   технологиям.   В   дальнейшем,   учащиеся   смогут   более осознанно подойти к выбору инженерной направленности обучения.

В результате изучения курса учащиеся должны

 

Знать/понимать:

    роль и место робототехники в жизни современного общества;

    основные сведение из истории развития робототехники в России и мире;

    основных  понятия  робототехники,  основные  технические  термины,  связанные  с процессами конструирования и программирования роботов;

    общее устройство и принципы действия роботов;

    основные характеристики основных классов роботов;

    общую методику расчета основных кинематических схем;

    порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;

    методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;

    основы графических языков программирования;

    определения     робототехнического    устройства,     наиболее    распространенные ситуации, в которых применяются роботы;

    иметь    представления    о    перспективах    развития    робототехники,    основные компоненты программных сред;

    основные принципы компьютерного управления, назначение и принципы работы цветового, ультразвукового датчика, датчика касания, различных исполнительных устройств;

    различные способы передачи механического воздействия, различные виды шасси, виды и назначение механических захватов.

Уметь:

    собирать простейшие модели с использованием EV3;

    самостоятельно  проектировать  и  собирать  из  готовых  деталей  манипуляторы  и роботов различного назначения;

    использовать для программирования микрокомпьютер EV3 (программировать на дисплее EV3)

    владеть  основными  навыками  работы  в  визуальной  среде  программирования, программировать   собранные    конструкции   под    задачи    начального    уровня сложности;

    разрабатывать   и   записывать   в   визуальной   среде   программирования   типовые управления роботом

    пользоваться   компьютером,   программными   продуктами,   необходимыми   для обучения программе;

    подбирать    необходимые    датчики   и    исполнительные   устройства,   собирать простейшие   устройства   с   одним   или   несколькими   датчиками,   собирать   и отлаживать конструкции базовых роботов;

    правильно  выбирать  вид  передачи  механического  воздействия  для  различных технических   ситуаций,   собирать   действующие   модели   роботов,   а   также   их основные узлы и системы

    вести индивидуальные и групповые исследовательские работы.

Материально-техническая база

    определённое количество наборов конструктора LEGO Mindstorms EV3 (основной

+ расширенный), из расчёта 1 комплект на 1-2 учеников;

    набор    заданий    LEGO    Mindstorm    «Космические    проекты»,    «Инженерные проекты»;

    набор деталей LEGO Mindstorm «Космические проекты»;

    рабочие    места    для    учителя    и    учеников    оборудованные    ноутбуками    с установленным программным обеспечением LEGO Mindstorm Education EV3;

    набор полей для соревнований;

    различные плакаты, справочные материалы;

    зарядное устройство;

    учебная литература;

    средства реализации ИКТ материалов на уроке (компьютер, проектор, экран).