Удивительный мир роботов

Комитет по образованию г. Улан-Удэ
МБОУ ДОД «Дом детского творчества Октябрьского района города Улан-Удэ»
УТВЕРЖДАЮ:
И. о. директора МБОУ ДОД ДДТОР
_____________ Н. А. Зубкова
Рекомендовано к реализации
руководитель методического совета
____________ П. И. Ронская
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
«УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР РОБОТОТЕХНИКИ»
Срок реализации:
Составитель:
1 год. (144 ч.)
педагог дополнительного
образования
Ронский Евгений Геннадьевич
г. Улан-Удэ 2014 год
Пояснительная записка
Робототехника (от «робот» и «техника»; англ. «robotics») — прикладная
наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Эта наука опирается на такие дисциплины как электроника, механика и
программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую,
авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную)
робототехнику.
Предмет робототехники - это создание и применение роботов, других
средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов
различного назначения.
Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника, в свою
очередь, породила новые направления развития и самих этих наук. В
кибернетике это связано, прежде всего, с интеллектуальным направлением и
бионикой как источником новых, заимствованных у живой природы идей, а в
механике – с многостепенными механизмами типа манипуляторов.
Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных
интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и
обладающих мощными микропроцессорами.
На
занятиях
по
Робототехнике
осуществляется
работа
с
образовательными конструкторами серии LEGO Mindstorms. Для создания
программы, по которой будет действовать модель, используется специальный
язык программирования (среда программирования) NXT-G (NXT Software)
Образовательная программа "УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР РОБОТОТЕХНИКИ" это
один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и
программирования. Во время занятий ученики научаться проектировать,
создавать и программировать роботов. Командная работа над практическими
заданиями способствует глубокому изучению составляющих современных
роботов, а визуальная программная среда позволит легко и эффективно изучить
алгоритмизацию и программирование.
В распоряжении обучающихся будут предоставлены Лего-конструкторы,
оснащенные специальным микропроцессором, позволяющим создавать
программируемые модели роботов. С его помощью обучаемый может
запрограммировать робота на выполнение определенных функций.
Дополнительным преимуществом изучения робототехники является
создание команды единомышленников и ее участие в олимпиадах по
робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению
знаний.
Образовательная программа "УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР РОБОТОТЕХНИКИ"
научно-технической направленности, т.к. так как в наше время робототехники и
компьютеризации ребенка необходимо учить решать задачи с помощью
автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и
воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и
запрограммировать.
Актуальность развития этой темы заключается в том, что в настоящий
момент в России развиваются нано технологии, электроника, механика и
программирование. Т.е. созревает благодатная почва для развития
компьютерных технологий и робототехники.
В педагогической целесообразности этой темы не приходится
сомневаться, т.к. дети научатся объединять реальный мир с виртуальным. В
процессе конструирования и программирования кроме этого дети получат
дополнительное образование в области физики, механики, электроники и
информатики.
Отличительные особенности данной дополнительной образовательной
программы от уже существующих заключаются в том, что она (программа)
предусматривает использование элементов дистанционного обучения.
Автор размещает в специально созданной в социальных сетях группе
свои мультимедийные интерактивные материалы по робототехнике, как
теоретической, так и практической направленности. В том числе и в качестве
домашней работы, или материалов для окончательного усвоения материала
полученного на очном занятии.
Автор применяет на очных занятиях и размещает в своей группе
программы, свои лекции, изготовленные по технологии Screencast (экранное
видео -записываются скриншоты (статические кадры экрана) в динамике), т. е.
всю последовательность своих действий по программированию и сборке
роботов записывает с экрана монитора компьютера в качестве видео ролика.
Возраст детей, участвующих в реализации данной дополнительной
образовательной программы колеблется от 10 до 17 лет. В коллектив могут
быть приняты все желающие, не имеющие противопоказаний по здоровью.
Сроки реализации программы 1 год. для обучающихся 58-х классов.
Режим работы, в неделю 2 занятия по 2 часа . Часовая нагрузка 144 часа.
Цель программы – развитие интереса к техническому творчеству,
обучение основам робототехники, формирование практических навыков по
конструированию роботов. Развитие творческих способностей и формирование
раннего профессионального самоопределения подростков и юношества в
процессе конструирования и проектирования.
Задачи:
Образовательные:

Изучение основ и базовых понятий робототехники;

Формирование навыков создания роботов;

Обучение методам моделирования и конструирования,
проведения экспериментов;

Подготовка учащихся к самостоятельной научной и
практической работе;
Развивающие:

Развитие интереса к изучению механики, электроники и
вычислительной техники;

Развитие творческих способностей учащихся;

Развитие конструктивного креативного мышления;

Развитие навыков дисциплины труда.
Воспитательные:

Формирование коммуникативных способностей посредством
творческого общения;

Оказание помощи в выборе будущей профессии;

Воспитание
самодисциплины,
решительности,
целеустремлённости.

воспитание умения работать в коллективе.
Реализацию программы предполагается осуществить на основе
следующих принципов:

Последовательности (от простого к сложному);

от умения к навыку;

создание ситуаций успеха и развивающего общения;

связи теории с практикой;

систематичности;

доступности;

научности
Методы, используемые в процессе обучения робототехнике, призваны
дать детям основные понятия о стадиях творческого процесса, элементах
технической эстетики, приёмах и методах поиска технических решений.
Во время теоретических занятий используются словесные методы:
рассказ, беседа; наглядный метод с использованием плакатов, слайдовых
презентаций; частично-поисковый метод; метод проектов. Доказано, что самым
эффективным методом обучения является обучение во время игры, и курс
робототехники дает уникальную возможность получить знания из целого ряда
сложных технических дисциплин в увлекательной игровой форме.
Формы оценки результативности освоения образовательной программы:
 теоретический аспект: тестирование, опрос, выполнение контрольных
заданий и упражнений, зачет;
 практический аспект: наблюдение, выполнение контрольных заданий на
местности, зачетные соревнования, плановые (календарные) соревнования;
 развитие личностных качеств: наблюдение, самооценка;
По окончании полного курса обучения проводится итоговая аттестация
воспитанников.
Основная форма работы: практические занятия.
Формы организации деятельности: со всей группой, по подгруппам, парами,
индивидуальные.
Требования к знаниям и умениям.
По окончании курса обучения учащиеся должны:
знать:
 Что такое робототехника и её основные задачи и направления развития
 Основные
понятия
механики
приводов,
конструирования
и
программирования.
 теоретические основы создания робототехнических устройств;
 порядок взаимодействия механических узлов робота с электронными и
оптическими устройствами
 Понятие алгоритмов и основные принципы их построения
 Методы конструирования роботов и разработки программ для них
уметь:
 Разрабатывать, конструировать и компоновать различные типы приводов
и других элементов конструкций роботов.
 Ставить задачи и разрабатывать алгоритмы их выполнения
 Составлять программы для роботов по алгоритму
 Работать с визуальными средами программирования
 Производить отладку и доводку программ.
Учебно-тематический план
№
п/п
часы
Название разделов и тем
Теоретические
занятия
Практические
занятия
Всего.
1
ВВОДНОЕ ЗАНЯТИЕ (в том
числе техника безопасности)
2

2
2
Робототехника для начинающих,
базовый уровень
2
4
6
3
Технология NXT.
3
6
9
4
Знакомство с конструктором.
4
8
12
5
Начало работы с конструктором.
4
12
16
6
Программное обеспечение NXT
5
15
20
7
Первая модель.
4
12
16
8
Модели с датчиками.
4
14
18
9
Составление программ
8
10
18
10
Программирование моделей с
датчиками.
8
10
18
11
Робототехнические соревнования

8
8

1
1
44
100
144
12
ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ
ИТОГО:
Содержание программы.
1. Вводное занятие
Рассказ о развитии робототехники в мировом сообществе и в
частности в России.
Задачи и примерная программа объединения; литература,
рекомендуемая для чтения. Общие вопросы организации работы детей в
творческом объединении.
Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных
сферах жизни человека, значение робототехники.
Показ видео роликов о роботах и роботостроении.
Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика
освещения, ультразвукового датчика, датчика касания.
Техника безопасности. Правила поведения в лаборатории.
Знакомство с материально-технической базой лаборатории. Правила
безопасности труда при работе с инструментами и приборами, питающимися от
сети переменного тока. Оказание первой помощи при электротравме.
2. Робототехника для начинающих, базовый уровень
Основы робототехники. Понятия: датчик,
микропроцессор,
интерфейс, привод, алгоритм, программа, среды программирования и т. п.
Алгоритм программы представляется по принципу LEGO. Из
визуальных блоков составляется программа. Каждый блок включает
конкретное задание и его выполнение. По такому же принципу собирается сам
робот из различных комплектующих узлов (датчик, двигатель, зубчатая
передача и т. д. ) узлы связываются при помощи интерфейса (провода, разъемы,
системы связи, оптику и т. п. )
3. Технология NXT.
О технологии NXT. Установка батарей. Главное меню. Сенсор цвета и
цветная подсветка. Сенсор освещённости. Акустический сенсор. Сенсор
нажатия. Ультразвуковой сенсор. Интерактивные сервомоторы. Использование
Bluetooth.
NXT
является
«мозгом»
робота
MINDSTORMS.
Это
интеллектуальный, автономный или управляемый компьютером элемент
конструктора LEGO, позволяющий роботу ожить и осуществлять различные
действия.
Различные сенсоры необходимы для выполнения определенных
действий: определение цвета и освещённости, обход препятствия, движение по
траектории, движение вдоль препятствия и т. д.
4. Знакомство с конструктором.
Твой конструктор (состав, возможности) Различия в комплектации
наборов 8527, 8547 и 9797
Основные детали (название и назначение). Датчики (назначение,
единицы измерения). Двигатели. Микрокомпьютер NXT. Аккумулятор
(зарядка, использование). Как правильно разложить детали в наборе. Ресурсный
набор 9695.
В конструкторе MINDSTORMS NXT применены новейшие
технологии робототехники: современный 32–битный программируемый
микроконтроллер; программное обеспечение с удобным интерфейсом на базе
образов и с возможностью перетаскивания объектов, а так же с поддержкой
интерактивности; чувствительные сенсоры и интерактивные сервомоторы;
разъемы для беспроводного Bluetooth и USB подключений.
5. Начало работы.
Включение \ выключение микрокомпьютера (аккумулятор, батареи,
включение, выключение)
Подключение двигателей и датчиков (комплектные элементы,
двигатели и датчики NXT).
Тестирование (Try me): Мотор Датчик освещенности. Датчик звука.
Датчик касания. Ультразвуковой датчик.
Структура меню NXT. Снятие показаний с датчиков (view)
Для начала работы заряжаем батареи. Учимся включать и выключать
микроконтроллер. Подключаем двигатели и различные датчики с последующим
тестированием конструкции робота.
6. Программное обеспечение NXT
Требования к системе. Установка программного обеспечения.
Интерфейс программного обеспечения. Палитра программирования. Панель
настроек. Контроллер. Редактор звука. Редактор изображения. Дистанционное
управление. Структура языка программирования NXT-G
Установка связи с NXT: через USB-порт ; с помощью устройства
Bluetooth
Загрузка программы. Запуск программы на NXT. Память NXT:
просмотр и очистка
Моя первая программа (составление простых программ на движение)
Разъяснение всей палитры программирования содержащей все блоки для
программирования, которые понадобятся для создания программ. Каждый блок
задает возможные действия или реакцию робота. Путем комбинирования
блоков в различной последовательности можно создать программы, которые
оживят робота.
7. Первая модель.
Сборка модели по технологическим картам (ТК).
Составление простой программы для модели, используя встроенные
возможности NXT (программа из ТК + задания на понимание принципов
создания программ)
Первую модель собираем ShooterBot, являющейся продолжением модели
«быстрого старта», находящегося в боксе. Инструкция в комплекте с
комплектующими узлами и деталями.
8. Модели с датчиками.
Сборка моделей и составление программ из ТК: с датчиком звука,
датчиком касания, датчиком цвета (или освещённости), ультразвуковым
датчиком и с подключением лампочки
Выполнение дополнительных заданий и составление собственных
программ.
Проводится сборка моделей роботов и составление программ по
технологическим картам, которые находятся в комплекте с набором деталей
для сборки робота. Далее составляются собственные программы.
9. Программы.
Составление простых программ по линейным и псевдолинейным
алгоритмам.
Учитывая, что при конструировании робота из данного набора
существует множество вариантов его изготовления и программирования,
начинаем с программ, предложенных в инструкции и описании конструктора.
10.Программирование моделей с датчиками.
Составление простых программ по алгоритмам, с использованием
ветвлений и циклов»
Датчики цвета (сенсоры) являются одним из двух датчиков, которые
заменяют роботу зрение (другой датчик - ультразвуковой). У этого датчика
совмещаются три функции. Датчик цвета позволяет роботу различать цвета и
отличать свет от темноты. Он может различать 6 цветов, считывать
интенсивность света в помещении, а также измерять цветовую интенсивность
окрашенных поверхностей.
Датчик касания позволяет роботу осуществлять прикосновения. Датчик
касания может определить момент нажатия на него чего-либо, а так же момент
освобождения.
Ультразвуковой датчик позволяет роботу видеть и обнаруживать
объекты. Его также можно использовать для того, чтобы робот мог обойти
препятствие, оценить и измерить рас стояние, а также зафиксировать движение
объекта.
В каждый серво мотор встроен датчик вращения. Он позволяет
управлять скоростью и углом поворота двигателя, что делает возможным
управление движениями робота.
11.Робототехнические соревнования:
Категории могут быть различными.
Категории соревнований заранее рассматриваем различные. Используем
видео материалы соревнований по конструированию роботов и повторяем их на
практике. Затем применяем все это на соревнованиях.
Кельгеринг, робото-сумо, движение вдоль линии, путешествие по
комнате. Соревнования роботов на тестовом поле № 8547. Зачет времени и
количества ошибок
Список литературы и электронных ресурсов.
1.
Вортников С. А. РОБОТОТЕХНИКА. «Информационные устройства
робототехнических систем» Издательство МГТУ.
2.
Гаазе-Рапопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амеды до робота: модели
поведения.- М.:Наука, 1987.- 288 с.
3.
Комский Д.М. Простая кибернетика.- М.:Молодая гвардия, 1965.- 160 с.
4.
Кривич М. Машины учатся ходить: Научно-популярная литература.- М.:
Детская литература, 1988.- 159 с.
5.
Не счесть у робота профессий.- М.: Мир, 1987.- 182 с.
6.
Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники. Введение в
специальность. – М.: Высш. шк., 1990. – 224 с.
7.
Робототехника/Под ред. Е. П. Попова и Е. И. Юревича, М., 1984. – 288 с.
8.
Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9 кл./Под
ред. И. М. Макарова, М.,1986 г.
9.
Русецкий А. Ю. В мире роботов.-М.:Просвещение,1990-160 с.
10. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей Санкт-Петербург
2010г.
11. http:\\www.robot.bmstu.ru
12. http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=2
13. http://www.mindstorms.su/
14. http://www.lego.com/education/#
15. http://mindstorms.lego.com/
16. http://robototechnika.ucoz.ru
17. http://www.prorobot.ru
18. http://www.wroboto.ru
19. educatalog.ru - каталог образовательных сайтов