Программируемые роботы

Оглавление

Оглавление        

Введение        

Обоснование выбора темы        

Актуальность        

Цель проекта:        

Задачи проекта:        

Предмет исследования:        

Гипотеза:        

Ожидаемые результаты        

Методы реализации проекта:        

Материальные ресурсы:        

Этапы разработки проекта:        

Основная часть        

Теоретические положения        

Реализация проекта        

Заключение        

Вывод        

Перспективы развития проекта        

Библиографический список        

Список литературы для учителя:        

Список литературы для школьников:        

Интернет ресурсы:        

Введение

Обоснование выбора темы

Появление в школе комплектов Робототехники  LEGO Mindstorms NXT нас очень заинтересовало. Это не просто детская игра, а целая наука, объединяющая в себя физику, математику, информатику, английский язык. Мы решили изучить данную науку, чтобы воплощать в роботах свои фантазии.

Актуальность

Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, она легко вписывается в школьную программу обучения по техническим предметам. Ключевые опыты в физике и математике можно наглядно показать с помощью LEGO роботов. 

Робототехника поощряет мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе. Возможность делать и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет школьников находить решения без потери уважения среди сверстников. Робот не ставит оценок и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.

Различные языки программирования графическими элементами помогают школьникам мыслить логически и рассматривать вариантность действия робота. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.

Цель проекта:

обучение основам робототехники и создание действующий модели программируемого робота

Задачи проекта:

• познакомиться с конструктором LEGO NXT
• изучить основы программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0
• сконструировать модель робота
• создать программу для управления роботом
• испытать полученного робота

Предмет исследования:

конструктор со средой программирования LEGO MINDSTORMS NXT.

Гипотеза:

робототехника позволяет воплощать в роботах свои фантазии.

Ожидаемые результаты

• умение программировать в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0,
• умение конструировать различные модели роботов,
• заинтересованность обучающихся школы в изучении Робототехники.

Методы реализации проекта:

1. Объяснительно-иллюстративный – предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с литературой и др);

2. Эвристический – метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);

3. Проблемный – постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения;

4. Программированный – набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (компьютерный практикум);

5. Репродуктивный – воспроизводство знаний и способов деятельности (собирание моделей и конструкций по образцу, упражнения по аналогу);

6. Частично-поисковый – решение проблемных задач с помощью педагога;

7. Поисковый – самостоятельное решение проблем.

Материальные ресурсы:

• конструктор с программным обеспечением Lego Mindstorms NXT – 2 набора,
• АРМ ученика и учителя (компьютер, проектор, сканер, принтер)

Этапы разработки проекта:

1. Организационный этап (сентябрь-октябрь 2012 г)

• знакомство с конструктором LEGO NXT  
• изучение основ программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0

2. Этап реализации проекта (ноябрь-декабрь 2012 г)

• разработка механизма робота на основе конструктора LEGO NXT.  
• составление программы для управления роботом в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0  
• тестирование модели робота, устранение дефектов и неисправностей.

3. Заключительный этап (январь 2013 г)

• защита проекта  
• демонстрация модели робота  

Основная часть

Теоретические положения

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических  и образовательных проектов в области робототехники позволит  ускорить подготовку кадров,  развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах-сиделках,  роботах-нянечках, роботах-домработницах, роботах - всевозможных  детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы  специалисты обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно в школе и с самого младшего возраста. Поэтому,  образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и  актуальность в настоящее время. В качестве основного оборудования при обучении детей робототехнике в школах предлагаются конструкторы LEGO MINDSTORMS NXT.

LEGO  Mindstorms NXT – это  конструктор (набор  сопрягаемых  деталей  и электронных блоков) для создания программируемого робота.

Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.

С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.

Реализация проекта

На ступени реализации организационного этапа мы изучили:

• основные компоненты конструкторов LEGO;
• конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
• компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;
• виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
• виды имеющихся датчиков и принцип их работы;
• основные приемы конструирования роботов;
• конструктивные особенности различных роботов;
• как передавать программы в NXT;
• как использовать созданные программы;
• приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.).

Изучаем литературу по основам робототехники

Изучаем программирование в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0

На этапе непосредственной реализации проекта мы занимались разработкой механизма робота на основе конструктора LEGO NXT.

Старались составить программу для управления роботом в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. Здесь столкнулись с небольшой проблемой, вся программа только на английском языке и нужно было переводить все термины и команды с английского языка на русский.

Итак, мы получили первую нашу модель робота и составили программу для управления им.

Протестировали эту модель робота, нам она показалась слишком простой. Мы решили ее усовершенствовать. Для этой работы нам помог Интернет.

Получилась машина управляемая пультом, соединенным с ней.

Сборка новой машины.

Результат новых усилий.

Провода оказались короткими, и пользоваться таким пультом неудобно. Так возникла новая проблема, которую нужно было решить.

Мы изменили пульт управления и сделали его беспроводным. Составили программы для управления машиной и работы пульта. Но в этот раз машина могла двигаться только вперед и поворачивать вправо-влево. Опять проблема – как заставить ее двигаться еще и назад?

Пришлось еще раз изменять устройство пульта и менять программу.

Очень сложная задача – составление и изменение программы.

Ну, вот и получилась машина, которая была в наших фантазиях. Она управляется дистанционно с помощью пульта, может двигаться во всех направлениях.

Теперь нужно протестировать ее работу.

Мы довольны результатом. Получилось то, что мы хотели.

Заключение

В ходе реализации проекта у нас сформированные умения и навыки:

• самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т.д.);
• создавать действующие модели роботов на основе конструктора LEGO;
• создавать программы на компьютере на основе компьютерной программы MINDSTORMS NXT 2.0;
• передавать (загружать) программы в NXT;
• корректировать программы при необходимости;
• демонстрировать технические возможности роботов;
• излагать логически правильно действие своей модели (проекта).

Вывод

В результате реализации проекта «Программируемые роботы» у нас получилась модель автомобиля, которая управляется дистанционно с помощью пульта. Мы получили первые навыки программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.

Перспективы развития проекта

• создание новых моделей роботов,
• участие в различных состязаниях робот,
• оказание помочь младшим школьникам в освоении данной программы.

Библиографический список

Список литературы для учителя:

1. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов/Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 87 стр.
2. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.
3. Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011. – 32 стр.
4. Программное обеспечение MINDSTORMS NXT 2.0 .

Список литературы для школьников:

1. Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов/ Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012
2. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010,
3. Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: рабочая тетрадь/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011

Интернет ресурсы:

• http://lego.rkc-74.ru/
• http://www.lego.com/education/
• http://www.wroboto.org/
• http://www.roboclub.ru/
• http://robosport.ru/
• http://www.prorobot.ru/