Приложение для управления роботом лего с телефона
В последнее время возрастает интерес со стороны государства к проблеме развития научно-технического творчества детей. Поэтому в Концепции развития дополнительного образования, принятой в сентябре 2014 г., дополнительное образование детей рассматривается как одно из приоритетных сфер инновационного развития России и должно соответствовать целям опережающего развития.
Таким требованиям отвечает LEGO-конструирование и робототехника.
Еще Конфуций говорил: «Скажи мне - и я забуду, покажи мне - и я запомню, дай мне сделать - и я пойму». Это наиболее применимо именно к использованию робототехники и теме нашего мастер-класса.
А сейчас немного о нас. В нашем центре реализуются направления: Легоконструирование с 2011 года и Робототехника с января 2016 г. Созданы условия для развития научно-технического творчества учащихся: кабинет оборудован наборами образовательных конструкторов LEGO MINDSTORMS edication EV 3: базовый и ресурсный наборы и программным обеспечением как инструментом для обучения учащихся конструированию, моделированию и компьютерному программированию.
Мы выстраиваем образовательную траекторию учащихся, начиная с 1 по 9 класс. В объединении занимаются более 80 мальчишек.
На уровне начального общего образования учащиеся занимаются легоконструированием по ДОП «Легоконструирование» для детей 7-10 лет.
На занятиях используется игровая и проектная деятельность. Слово «проект» удачно вписалось в систему работы. Дети имеют возможность проявить свою индивидуальность, реализовать свои творческие задумки, фантазию, выразить свое видение мира. Учитывая развитие современного образования, в программу включены занятия с выходом в интернет, мультимедийные презентации. В своей работе использую программу LEGO DigitalDesigner – это удобный виртуальный конструктор, позволяющий создавать различные ЛЕГО объекты как с нуля, так и разбирать или дополнять уже готовые предлагаемые конструкции, что очень нравится детям.
На уровне основного общего образования для детей 10-16 лет усложняется как уровень моделирования, так и уровень программирования роботов.
Безусловно, помимо основных занятий, мы проводим другие различные мероприятия, позволяющие привлечь интерес к данному направлению: соревнования по робототехнике, выставки работ из легоконструктора, викторины, мастер-классы по конструированию и программированию роботов, где юные таланты соревнуются и делятся собственным опытом.
Непосредственными участниками образовательного процесса являются не только учащиеся, но и родители.
Традиционным стало мероприятие совместно с родителями «ЛЕГО - БУМ!», которое вот уже в течение 3 лет проходит в атмосфере заинтересованности и плодотворного сотрудничества.
В прошлом году в рамках творческого отчета ребята 7 класса приняли участие в образовательном Форуме «Радуга творчества», где выступили перед родителями и своими сверстниками на тему: «ПОЧЕМУ Я ЗАНИМАЮСЬ ТЕМ, ЧЕМ ЗАНИМАЮСЬ!». И защитили проект «Робот Центрик», который встречал ребят, родителей, гостей и открывал творческий отчет «Весеннее настроение - 2018!» в конце учебного года.
Мы понимаем, что для развития технической направленности, увеличения охвата детей программами технического творчества недостаточно ресурсов одного нашего учреждения, поэтому на районном форуме ПДО мы предложили расширять партнерство с организациями и учреждениями района по вопросам развития технического творчества и внесли предложение - создать сообщество педагогов по работотехнике для дальнейшего развития этого направления в районе.
Последующим шагом - мы зарегистрировались как участники комплекса учебно-тренировочных и спортивных мероприятий всероссийской программы «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России».
Одним из основных направлений работы является подготовка к робототехническим соревнованиям и участие в них. Соревнования – это не только подведение промежуточных итогов, но и явный и неявный обмен опытом, выработка вариативности профессиональных навыков, умения работать в команде над общей задачей. Это систематическая подготовка к районным, республиканским и всероссийским соревнованиям, где мы являемся постоянными участниками и призерами.
И сегодня на мастер-классе хочется поделиться опытом по управлению роботом с помощью планшета, смартфона.
Стремительное развитие робототехники в мире является закономерным процессом, который вызван принципиально новыми требованиями рынка к показателям качества технологических машин и систем. Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем комплексов различного назначения.
Педагоги
Дубровский Дмитрий Владимирович
Содержание программы
1. Введение в робототехнику.
Роботы. Виды роботов. Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Искусственный интеллект. Правила работы с конструктором LEGO.
Управление роботами. Методы общения с роботом. Состав конструктора LEGOMINDSTORMSEV3. Визуальные языки программирования. Их основное назначение и возможности. Команды управления роботами. Среда программирования модуля, основные блоки.
2. Знакомство с роботами LEGO MINDSTORMS EV3 EDUCATION.
Правила техники безопасности при работе с роботами-конструкторами. Правила обращения с роботами. Основные механические 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 её на выполнение. Сервомоторы EV3, сравнение моторов. Мощность и точность мотора. Механика механизмов и машин. Виды соединений и передач и их свойства.
Сборка роботов. Сборка модели робота по инструкции. Программирование движения вперед по прямой траектории. Расчет числа оборотов колеса для прохождения заданного расстояния.
3. Датчики LEGO MINDSTORMS Education EV3 и их параметры.
Датчики. Датчик касания. Устройство датчика. Практикум. Решение задач на движение с использованием датчика касания.
Датчик цвета, режимы работы датчика. Решение задач на движение с использованием датчика цвета.
Ультразвуковой датчик. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния.
Гироскопический датчик. Инфракрасный датчик, режим приближения, режим маяка.
Подключение датчиков и моторов.
Интерфейс модуля EV3. Приложения модуля. Представление порта. Управление мотором.
4. Основы программирования и компьютерной логики.
Среда программирования модуля. Создание программы. Удаление блоков. Выполнение программы. Сохранение и открытие программы.
Счетчик касаний. Ветвление по датчикам. Методы принятия решений роботом. Модели поведения при разнообразных ситуациях.
5. Решение задач на конструирование и программирование.
Программное обеспечение EV3. Основное окно. Свойства и структура проекта. Решение задач на движение вдоль сторон квадрата. Использование циклов при решении задач на движение.
Решение задач на движение по кривой. Независимое управление моторами. Поворот на заданное число градусов. Расчет угла поворота.
Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии. Решение задач на движение вдоль линии. Калибровка датчика освещенности.
Программирование модулей. Решение задач на прохождение по полю из клеток. Соревнование роботов на тестовом поле
Цели программы
Развитие интереса школьников к технике и техническому творчеству.
Результат программы
1. Познакомиться с практическим освоением технологий проектирования, моделирования и изготовления простейших технических моделей.
2. Развить творческие способности и логическое мышление.
3. Выявить и развить природные задатки и способности детей, помогающие достичь успеха в техническом творчестве.
Особые условия проведения
Возраст детей от 11 до 13 лет.
Материально-техническая база
В программе используется образовательный конструктор Lego Mindstorms education EV3 и программное обеспечение LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 версии 1.4.0 как инструмента для обучения конструированию, моделированию и компьютерному управлению на занятиях. Занятия проводятся в кабинете, соответствующем требованиям ТБ, пожарной безопасности, санитарным нормам. Кабинет имеет хорошее освещение.
Обучение по данной программе дает возможность школьникам закрепить и применить на практике полученные знания по таким дисциплинам, как математика, физика, информатика, технология. На занятиях по техническому творчеству учащиеся соприкасаются со смежными образовательными областями. За счет использования запаса технических понятий и специальных терминов расширяются коммуникативные функции языка, углубляются возможности лингвистического развития обучающегося.
Для реализации программы используются образовательные конструкторы фирмы Lego, конструктор LEGO MINDSTORMS Education EV3. Он представляет собой набор конструктивных деталей, позволяющих собрать многочисленные варианты механизмов, набор датчиков, двигатели и микрокомпьютер EV3, который управляет всей построенной конструкцией.
Использование конструктора LEGO EV3 позволяет создать уникальную образовательную среду, которая способствуетразвитию инженерного, конструкторского мышления. В процессе работы с LEGO EV3 ученики приобретают опыт решения как типовых, так и нешаблонных задач по конструированию, программированию, сбору данных. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с соучениками, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи.
Содержание программы
Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Искусственный интеллект. Правила работы с конструктором LEGO. Правила техники безопасности при работе с роботами-конструкторами. Управление роботами. Методы общения с роботом.
Визуальные языки программирования, их основное назначение и возможности. Команды управления роботами. Среда программирования модуля, основные блоки. Интерфейс модуля EV3. Приложения модуля. Представление порта. Подключение датчиков и моторов. Управление мотором.
Основные механические 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 EV3, сравнение моторов. Мощность и точность мотора. Механика механизмов и машин. Виды соединений и передач и их свойства.
Сборка роботов. Сборка модели робота по инструкции. Программирование движения вперед по прямой траектории. Расчет числа оборотов колеса для прохождения заданного расстояния.
Датчики. Датчик касания. Устройство датчика. Решение задач на движение с использованием датчика касания.
Датчик цвета, режимы работы датчика. Решение задач на движение с использованием датчика цвета.
Ультразвуковой датчик. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния.
Гироскопический датчик. Инфракрасный датчик, режим приближения, режим маяка. Решение задач на движение с использованием датчика приближения.
Среда программирования модуля. Создание программы. Удаление блоков. Выполнение программы. Сохранение и открытие программы. Счетчик касаний. Ветвление по датчикам. Методы принятия решений роботом. Модели поведения при разнообразных ситуациях.
Программное обеспечение EV3. Среда LABVIEW. Основное окно. Свойства и структура проекта. Решение задач на движение вдоль сторон квадрата. Использование циклов при решении задач на движение.
Решение задач на движение по кривой. Независимое управление моторами. Поворот на заданное число градусов. Расчет угла поворота.
Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии. Решение задач на движение вдоль линии. Калибровка датчика освещенности.
Решение задач на прохождение по полю из клеток. Соревнование роботов на тестовом поле.
Использование конструктора Lego в качестве цифровой лаборатории. Измерение освещенности. Определение цветов. Распознавание цветов.
Измерение расстояний до объектов. Сканирование местности.
Сила. Плечо силы. Подъемный кран. Счетчик оборотов. Скорость вращения сервомотора. Мощность.
Управление роботом с помощью внешних воздействий. Реакция робота на звук, цвет, касание. Таймер.
Движение по замкнутой траектории. Решение задач на криволинейное движение.
Конструирование моделей роботов для решения задач с использованием нескольких видов датчиков.
Решение задач на выход из лабиринта. Ограниченное движение.
Работа над проектами «Движение по заданной траектории», «Кегельринг». Правила соревнований.
Конструирование собственной модели робота. Программирование и испытание собственной модели робота.
Соревнование роботов на тестовом поле.
Подведение итогов работы учащихся. Подготовка презентаций. Защита проекта «Мой уникальный робот».
Цели программы
развитие мотивации ребенка к познанию и техническому творчеству через формирование практических умений и навыков в области робототехники.
Результат программы
Предметные результаты
В результате освоения программы обучающиеся будут знать:
- основные понятия робототехники, основные технические термины, связанные с процессами конструирования и программирования роботов;
- общее устройство и принципы действия роботов;
- общую методику расчета основных кинематических схем;
- основные принципы компьютерного управления, назначение и принципы работы цветового, ультразвукового датчика, датчика касания, различных исполнительных устройств;
- правила техники безопасности при работе в кабинете, оснащенном электрооборудованием.
В результате освоения программы обучающиеся будут понимать:
- порядок обнаружения неисправностей в различных роботизированных системах;
- методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;
- основные способы передачи механического воздействия, различные виды шасси, виды и назначение механических захватов.
В результате освоения программы обучающиеся будут 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 команды управления роботом;
- 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 начального уровня сложности.
Материально-техническая база
- учебный кабинет, оборудованный в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями на 15 ученических мест;
- ноутбук, с установленным программным обеспечением для LEGO EV3 (13 компьютеров и компьютер преподавателя), для программирования робототехнических средств, программирования контроллеров конструкторов, настройки самих конструкторов, отладки программ, проверка совместной работоспособности программного продукта и модулей конструкторов;
- столы для испытаний роботов (размер 2000х4000 мм);
- игровые поля, окрашенные внутри в черный цвет (размер 2340х1140 мм, высота бортиков - 90 мм);
- листы ватмана для нанесения трассы и препятствий, черная и цветная изоляционные ленты разной ширины, скотч, двойной скотч, ножницы;
Сегодня мобильная робототехника является одним из самых перспективных и динамично развивающихся направлений. Роботы активно внедряются в различные сферы деятельности человека. Программа «Мобильная робототехника» создана для развития обучающихся в области моделирования, конструирования и программирования роботов из Lego mindstorms. Они не только будут создавать модель робота, но и разрабатывать эффективную программу, под управлением которой робот выполнит поставленную перед ним задачу. В процессе конструирования и программирования дети получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.
В будущем робототехника будет охватывать все сферы жизни. Даже сегодня роботы выполняют задания, которые люди считают скучными, грязными или опасными.Чтобы быть конкурентоспособными в этой развивающейся области робототехники, компании будут искать людей, свободно владеющих роботостроением и программированием, знаниями механических конструкций и электропроводки.
Обучаясь по программе, дети получат необходимые знания и умения в области робототехники. Даже если они не станут инженерами и умение управлять роботом им не понадобится, то понимание, как работает автоматическое устройство, и опыт конструирования обязательно пригодятся в другой деятельности, какую бы профессию они не выбрали в будущем.
Педагоги
Иванов Егор Сергеевич – педагог дополнительного образования. В 2019 году прошел профессиональную переподготовку по специальности "Педагог дополнительного образования детей и взрослых"
Обучающиеся педагога являются участниками соревнований по мобильной робототехнике. В городском конкурсе профессионального мастерства среди школьников «Школа профессионалов» в номинации «Мобильная робототехника» заняли I и II места; в региональном отборочном этапе Всероссийского чемпионата RoboCup Russia в г. Красноярске завоевали I место; во Всероссийском чемпионате RoboCup Russia в г. Томске получили II место и стали участниками Международного чемпионата RoboCup Euro 2019 в Германии, г. Ганновер.
Расписание
Режим занятий соответствует нормам и требованиям САНПиН: 1 учебное занятие 2 академических часа с десятиминутным перерывом
Содержание программы
Объем программы – 72ч.
Тема 1. Основы работы с конструктором и блоком управления.
Детали конструктора LEGO. Инструкции по сборке моделей роботов. Индикация на блоке управления, переход к пунктам меню. Установка аккумуляторов в блок управления. Методы определения деталей нужной формы и нужного размера.
Тема 2. Среда конструирования – знакомство с деталями конструктора.
Исполнительные механизмы и датчики. Технология подключения к NXT и EV3 моторов, датчиков, USB. Правила подключения. Сборка первой модели робота по инструкции. Параметры блоков программирования и изменение их значений.
Тема 3. Изучение управления двигателями.
Движение по сложной траектории с поворотами и разворотами. Параметры блоков управления двигателями для реализации различных вариантов движения робота.
Тема 4. Использование датчика касания. Блок "Жди".
Тема 5. Использование датчика цвета. Блок "Жди".
Подключение датчика цвета к модели робота. Создание и запуск программ для управления двигателями в зависимости от состояния датчика освещенности.
Тема 6. Цикл. Программы с циклами для робота с датчиком цвета.
Создание программ с конечным и бесконечным циклом, зависящем от состояния датчика цвета или датчика освещенности.
Тема 7. Подготовка модели робота для соревнования «Кегельбан». Соревнование по «Кегельбану» в группе (между группами).
Тема 8. Подготовка модели робота для соревнования «Борьба Сумо». Соревнование по «Борьбе Сумо» в группе (между группами).
История разработки базовой модели робота для дисциплины «Робосумо», основные требования к роботу, необходимые к использованию датчики. Правила соревнований по борьбе «Сумо» для роботов.
Разработка и создание модели робота-сумоиста. Участие в соревнованиях по борьбе «Сумо» для роботов со своей моделью и своей программой.
Тема 9. Движение робота в простом лабиринте с двумя датчиками касания.
Основные требования к модели робота для дисциплины «Лабиринт». Правила выхода из лабиринта (Правило правой руки, правило левой руки). Создание робота с двумя датчиками касания для движения в лабиринте. Разработка алгоритма по любому из разобранных правил, создание соответствующей программы. Участие в соревнованиях.
Тема 10. Подготовка модели робота для соревнования ЮниорПрофи (JuniorSkills) на примерах соревнований прошлых лет.
Создание модели робота для участия в соревнованиях ЮниорПрофи («JuniorSkills») Разработка алгоритма и создание программы. Тестирование и отладка программы. Соревнования ЮниорПрофи («JuniorSkills») в группе (между группами).
Цели программы
Создание условий для изучения основ алгоритмизации и программирования с использованием робота Lego EV3, развития научно-технического и творческого потенциала обучающегося в процессе инженерно-технического конструирования и программирования роботов.
Результат программы
По окончанию курса обучения учащийся должен
ЗНАТЬ:
- правила техники безопасности во время работы;
- основные компоненты конструкторов ЛЕГО;
- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
- компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;
- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
- основные приемы конструирования роботов;
- конструктивные особенности различных роботов;
- способ передачи программы в блок управления;
- порядок создания алгоритма программы, действия робототехнических средств;
- способы использования созданных программ;
УМЕТЬ:
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов;
применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и других объектов;
- определять преимущества и недостатки каждой экспериментальной конструкции относительно поля её применения;
- создавать реально действующие модели роботов при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;
- составлять, отлаживать и модифицировать программы для различных исполнителей, собранных из LEGO;
- составлять алгоритмы действий для исполнителя с заданным набором команд;
- корректировать программы при необходимости.
Приобретет навыки поиска необходимой информации, научатся предъявлять ее другим участникам образовательного процесса.
Будет уметь работать в группе, слушать собеседника.
Особые условия проведения
В объединение принимаются обучающиеся, ранее успешно освоившие дополнительную общеразвивающую программу "Робототехника".
Материально-техническая база
Базовый комплект LEGO 9797 MINDSTORMS Education – 10 наборов;
Дополнительный ресурсный набор LEGO 9695 Education – 10 наборов;
Конструкторы Lego Mindstorms EV3 (Базовый набор) – 2 набора;
Конструкторы Lego Mindstorms EV3 (Ресурсный набор) −3 набора;
Конструктор Перворобот NXT2 – 10 наборов;
Набор LEGO 8547 – 6 наборов;
Дополнительные устройства и датчики;
Зарядное устройство – 10 штук;
Ноутбук «Lenovo»- 11 штук;
Программное обеспечение ПервоРобот NXT 2.0;
Проектор "Beng";
Аккумуляторная батарея – 10 шт.;
Блок питания – 10 шт.;
Поля для соревнований − 4 шт.
Читайте также: