Передвижной подъемный кран в среде конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™

XII Грачевская районная учебно – исследовательская конференция  учащихся

Секция: естественные науки – 1: математика, физика, информатика

Название работы:    «Передвижной подъемный кран в среде конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™»

Автор работы:

Сугаков Ростислав Валерьевич

Место выполнения работы:  

с. Тугулук,  МКОУ СОШ 8,

 6 класс

Научный руководитель:

Шеховцова Елена Сергеевна,

 учитель информатики

МКОУ СОШ 8 с. Тугулук

 с. Бешпагир, 2015

Оглавление

  Введение……………………………………………………………….....2

1.  Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™…/………………..……...4
2.  Передвижной подъемный кран в среде конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™..…….………………………………………………….6

1. Подготовка деталей. Сборка……..…………………….......6
2. Составление программы. Описание программы.…………6
3. Испытание робота ………….………….................................6

3.  Заключение…………………………………………………….….……...7
4.  Источники…………………………………………………………….…..8

  Приложения………………………………………………….……….10-11

Введение

В этом учебном году я познакомился с конструктором ПервоРобот LEGO® WeDo™, наборы которого есть в нашей школе.  В процессе изучения стандартных исполнителей из набора возникла идея создать своего исполнителя Передвижной подъемный кран, который бы не только поднимал грузы, но и передвигался на плоскости под управлением программы. Мне очень понравилось создавать модели и программировать их поведение, это занятие переросло  в увлечение. Мои работы вызывают интерес у школьников, учителей и моих родителей; и, может быть, робототехника поможет мне определиться с дальнейшей учебой.

   Главной проблемой на начальном этапе был недостаток теоретических знаний по программированию роботов. Во внеурочное время я познакомился с основами создания программ в среде LEGO Education WeDo Software. При изготовлении робота возникла проблема нехватки некоторых деталей одного набора, поэтому в конструкции были использованы моторы из трех наборов. На заключительном этапе работы после того как робот был готов у меня была такая проблема – как правильно и научно объяснить на учебном занятии назначение робота и где его можно использовать. Я показал презентацию по аналогичным промышленным роботам и продемонстрировал возможности передвижного подъемного крана, так же планирую использовать робота для изучения темы «Алгоритмы» в 7 классе.

В процессе исследования и испытания робота приходилось осваивать новое: это и незнакомые  алгоритмы программирования, и дистанционное управление роботом, и то, что полученного робота, после небольших изменений в конструкции, можно иначе использовать. Я об этом в начале работы и не догадывался.

Цель работы: ознакомление с  робототехникой с помощью конструктора ПервоРобот LEGO  WeDo.

   Задачи:

1. Изучить и настроить программу исполнителя «Передвижной подъемный кран».
2. Собрать модель этого робота из конструктора Lego WeDo.
3. Испытать робота.
4. Продемонстрировать на уроке информатики движение робота по программе.

Объект исследования: конструктор ПервоРобот LEGO  WeDo.

Предмет исследования: связь  между робототехникой и конструктором ПервоРобот LEGO  WeDo.

   Как результаты исследования считаю следующее: приобретенный опыт в программировании и конструировании, возможность применения робота на уроках информатики, технологии и физики, знакомство с аналогичными работами в литературе и Интернете.

I. Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™

Конструктор LEGO Education WeDo был создан в первую очередь для учащихся начальной школы. Он позволяет в простой и наглядной форме изучать соновы механики, робототехники, конструирования и программирования. Конструктор вполне можно использовать и для работы со старшими классами. Работая индивидуально, парами или в командах учащиеся любых возрастов могут учиться, создавая и программируя модели, проводя исследования, выполняя проекты, составляя отчеты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с конструкторм. 

Компания LEGO была основана в 1932 году. Создателем компании был датчанин Оле Кирк Кристиансен. Первоначально компания выпускала стремянки, гладильные доски и деревянные игрушки. Слово «LEGO», позже ставшее названием компании, появилось в 1934 году, от выражения «leg godt» - «увлекательная игра». Конструктор ПервоРобот LEGO  WeDo используется для построения  Лего - моделей.

 Программное обеспечение конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo Software) предназначено для создания программ путём перетаскивания Блоков из Палитры на Рабочее поле и их встраивания в цепочку программы(технология drag-and-drop). Программа работает на основе LabVIEW. Для управления моторами, датчиками наклона и расстояния, предусмотрены соответствующие Блоки. Кроме них имеются и Блоки для управления клавиатурой и дисплеем компьютера, микрофоном и громкоговорителем. Программное обеспечение автоматически обнаруживает каждый мотор или датчик, подключенный к портам LEGO®-коммутатора. Раздел «Первые шаги» программного обеспечения WeDo знакомит с принципами создания и программирования LEGO-моделей 2009580 ПервоРобот LEGO WeDo.  Комплект содержит 12 заданий. Все задания снабжены анимацией и пошаговыми сборочными инструкциями.

Набор содержит 158 элементов: LEGO-детали, LEGO USB Hub, мотор, датчик движения и датчик наклона.

LEGO USB Hub – это коммутатор, подключаемый к компьютеру через разъем USB, который осуществляет управление датчиками и моторами при помощи программного обеспечения LEGO Education WeDo Software. Через два разъема коммутатора подключенного к компьютеру подается питание на моторы и проводится обмен данными между датчиками и компьютером. Программное обеспечение LEGO Education WeDo автоматически обнаруживает каждый мотор или датчик. Программа может работать с тремя USB LEGO- коммутаторами одновременно. Это позволяет собирать из нескольких наборов конструктора сложные модели, содержащие до шести моторов или датчиков.

В моделях роботов LEGO Education WeDo можно запрограммировать направление вращения вала мотора (по часовой стрелке или против) и его мощность, соответственно и скорость вращения. Питание на мотор (5В) подается через USB порт компьютера. К мотору можно подсоединять оси или другие LEGO – элементы.

Датчик наклона сообщает и о направлении наклона. Он различает шесть положений: «Носом вверх», «Носом вниз», «На левый бок», «На правый бок», «Нет наклона» и «Любой наклон».

Датчик расстояния обнаруживает объекты на расстоянии до 15 см.

II. Передвижной подъемный кран в среде конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™

2.1. Подготовка деталей. Сборка

     Оборудование для сборки, программирования и испытания робота:

ноутбук, конструктор Lego Education WeDo. Испытания проводились на классном лабораторном столе. Съемки этапов сборки и испытания проводились цифровым фотоаппаратом.

Подготавливаются моторы и детали конструкции, устанавливается  LEGO USB Hub (Приложение 1).

Создание четырехколесной модели из конструктора LEGO WeDo (Приложение 2).

2.2. Составление программы. Описание программы

Программа движения исполнителя представляет  собой последовательность команд (блоков). Каждая команда имеет свои параметры, заданные в меню настроек. Команды записаны последовательно, для основных этапов движения  выполнено краткое описание, чтобы можно было наглядно продемонстрировать программу на занятиях.

Вот что представляет собой программа исполнителя «Передвижной подъем-ный кран (Приложение 3).

2.3. Испытание робота

В качестве испытания были выполнены следующие действия: движение без груза,

подъем и выпускание стрелы, движение с грузом, опускание груза

III. Заключение

Основными целями своей работы я определил: овладение основами программирования LEGO WeDo, сборка робота – исполнителя, испытание робота в автономном режиме. В процессе работы я практически осуществил то, что было изначально запланировано. Был получен готовый робот для программирования и испытания, выполнены все этапы движения робота.

Конструктор ПервоРобот LEGO  WeDo позволил мне ощутить себя в качестве юного исследователя, инженера, программиста и математика.

Алгоритм движения робота «подъем груза – перемещение - опускание груза», который рассматривается в данной работе, очень распространен у промышленных роботов первого поколения. Однако у подъемного крана есть еще одна степень свободы – поворот башни. Поэтому на ближайшую перспективу я определил для себя добиться построения конструкции с поворотом башни.

Видеофрагменты исполнителя «Передвижной подъемный кран» будут использованы для показа на занятиях по робототехнике в курсе информатики и размещены на школьном сайте.

Источники:

1. Образовательная робототехника. http://robot.edu54.ru/constructors/53/article/56
2. Каталог сайтов по робототехнике - полезный, качественный и наиболее полный сборник информации о робототехнике. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://robotics.ru/ , свободный. — Загл. с экрана.
3. ПервоРобот LEGO® WeDoTM - книга для учителя [Электронный ресурс].
4. ПервоРобот LEGO® WeDoTM – рекомендации учителю [Электронный ресурс].
5. http://www.int-edu.ru/object.php?m1=608&m2=2&id=1002 
6. http://education.lego.com/ru-ru/lego-education-product-database/wedo/9580-lego-education-wedo-construction-set/

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3