Комитет по образованию г. Улан-Удэ

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:
2 года.
педагог дополнительного
образования
Ронский Евгений Геннадьевич
г. Улан-Удэ 2012 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.
Робототехника уже многие десятилетия является неотъемлемой
составляющей научно-технического прогресса, олицетворяет коренные перемены
в сфере промышленного производства, происходящие в конце XX и начале XXI
веков - перемены, которые оказывают влияние не только на производство, но и на
многие стороны жизни человечества. Важная роль роботов обусловлена еще и
тем, что они внедряются в другие, не связанные с промышленным производством
сферы человеческой деятельности: ликвидация аварий и природных катаклизмов,
борьба с терроризмом, освоение космоса и глубин океанов. По мере технического
совершенствования роботы обретают свойства, которые действительно делают их
всё более похожими на людей. Так, многие современные роботы обладают
«осязанием» и способны «видеть».
Актуальность программы.
В связи с наблюдающимся подъёмом экономики и ориентации
промышленности на развитие наукоёмкого производства в стране ощущается
потребность в специалистах инженерного профиля.
На производстве наблюдается нехватка высококвалифицированных
рабочих, в российских вооружённых силах недостаточно специалистов
технического профиля.
Использование роботов в различных сферах деятельности человека требует
от пользователей основательных знаний в области управления роботами.
Предлагаемую программу можно рассматривать как один из вариантов на
пути решения задачи по приобретению необходимых навыков и знаний.
Программа занятий в объединении рассчитана на подготовку детей к
самостоятельному конструированию роботов. Она предусматривает изучение
необходимых теоретических сведений по робототехнике и выполнение
монтажных, сборочных и наладочных работ по изготовлению роботов.
Содержание программы способствует развитию познавательных процессов
учащихся: внимания, мышления, воображения, а также развитию моторики.
Цель программы – развитие интереса к техническому творчеству,
обучение основам робототехники, формирование практических навыков по
конструированию роботов.
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.
Программа составлена для обучающихся 49-х классов и рассчитана
на 2 года обучения. Количество учащихся в группе – 10-12 человек.
Занятия проводятся 2раза в неделю по 3 часа.
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.
Средства обучения: Конструктор Лего для уроков робототехники - Lego
Mindstorms. Робот NXT содержит микропроцессор с флэш-памятью и портами для
подключения датчиков и двигателей. Он предлагает Bluetooth поддержку, чтобы
робот мог общаться с компьютером через беспроводное соединение или с
другими роботами NXT. Процессор NXT позволяет осуществлять сложные
операции в робототехнике в сфере программного обеспечения.
На начальном этапе обучения используются следующие наборы лего
конструктора:
Робот MINDSTORMS NXT 9797 и MINDSTORMS NXT 2.0 lego 9695 - 817
деталей серия Lego Education.
Набор LEGO Mindstorms 9797, в состав которого входят 431 деталь.
Детали образуют 5 больших групп:
1)
Электронные компоненты:
 Микропроцессорный модуль NXT с батарейным блоком
 Три мотора со встроенными датчиками
 Ультразвуковой датчик (датчик расстояния)
 Датчик касания
 Датчик звука – микрофон
 Датчик освещенности
 Комплект соединительных кабелей
 USB кабель для подключения NXT к компьютеру
 Соединительные кабеля разной длины для подключения датчиков и
сервоприводов к NXT
 Кабель-переходник для подключения датчиков старого образца
(совместимых с RCX) к NXT
 Три лампочки
Лампочки подключаются в выходным портам A, B и C NXT
2)
3)
4)
5)
Шестеренки, колеса и оси.
Соединительные элементы
Конструкционные элементы
Специальные детали
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
программирования
 Понятие алгоритмов и основные принципы их построения
 Методы конструирования роботов и разработки программ для них
и
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 (2 год обучения)
Название разделов и тем
Теоретические
занятия
Практические
занятия
Всего
часов
1.
Вводное занятие
1
2
3
2.
Комплекты
конструкторов LEGO
MINDSTORMS
Education NXT 9797 и
9695, и 8547 (8527)
Механическая передача
2
19
21
1
8
9
Основы
программирования
Тележки
3
18
21
1
11
12
Визуальная среда
программирования.
Алгоритмы управления
3
12
15
3
12
15
6
39
45
6
39
45
—
15
15
—
15
15
26
190
216
3.
4.
5.
6.
7.
Программирование в
NXT-G
9. Программирование в
Robolab
10. Робототехнические
соревнования
11. Защита проекта «Мой
собственный
уникальный робот»
Итого:
8.
Содержание программы
1. Вводное занятие.
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. Просмотр видеофильма о
роботизированных системах вооружения стран НАТО
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. Комплекты конструкторов LEGO MINDSTORMS Education NXT 9797 и
9695 а также 8547 (8527)
Комплекты деталей для изучения робототехники: контроллер,
сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой,
освещения. Порты подключения. Показ действующей модели робота и его
программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика
касания Игра: сделать модель из 6 деталей; сделать башню максимальной высоты
Создание колесной базы на гусеницах. Основные отличия модели 8547 (8527)
3. Механическая передача
Передаточное отношение, передаточное число, редуктор. Сборка
простейших механических передач, механизма запуска волчка. Сборка редуктора.
4. Основы программирования.
Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения робота по кругу,
вперед-назад, «восьмеркой» и пр. Программы для движения по кругу через меню
контроллера. Запуск и отладка программы. Написание других простых программ
на выбор учащихся и их самостоятельная отладка Интерфейс программы LEGO
MINDSTORMS Education NXT и работа с ним. Программы для воспроизведения
звуков и изображения .
5. Тележки
Одномоторная тележка. Полноприводная тележка. Тележка с
автономным управлением. Двухмоторная тележка Трёхколесная тележка.
Самостоятельная сборка тележки с изменением передаточного отношения. Сборка
базовой модели трехколесной тележки.
6. Визуальная среда программирования
Понятие «среда программирования», «логические блоки». Знакомство с
программами: NXT-G, Robolab 2.9, Robot C. Работа за компьютером. Закачивание
программы с компьютера на блок NXT
7. Алгоритмы управления
Элементы теории автоматического управления. Управление мотором,
синхронизация моторов, поворот на заданный угол, движение по линии, движение
с двумя датчиками, движение вдоль стены.
8. Программирование в NXT-G
Интерфейс программы. Написание линейной программы Блок движения,
ожидания. Понятие «мощность мотора», «калибровка». Применение блока
«движение» в программе. Создание и отладка программы для движения с
ускорением, вперед-назад. Ветвление. Циклы. Переменные. Программа с
вложенным циклом. Подпрограммы. Программирование двухмоторной тележки
на движение вперёд, плавный поворот, движение по кривой. Создание и отладка
программы для движения робота по «восьмерке». Использование блока
«случайное число» для управления движением робота Ультразвуковой датчик.
Объезд препятствий с использованием датчика расстояния, использование
датчика света. Написание программы для моделей: TriBot, RoboArm, Spike, Aipha
Rex.
9. Программирование в Robolab
Режимы «Администратор», «Программист». Типы команд. Команды:
действия, ожидания. Управляющие структуры. Модификаторы. Взаимодействие с
NXT. Программирование двухмоторной тележки на мощность моторов на 50%,
70%. Программирование мотора на выполнение 5, 7, 7.5, 11.75, 18 оборотов.
Ожидание значения таймера. Циклы с предусловием значения датчика.
Использование нижнего датчика освещенности Яркость объекта, отраженный
свет, освещенность, распознавание цветов роботом Движение вдоль линии.
Калибровка датчика освещенности Датчик касания, типы касания. Блок
«записи/воспроизведения». Запись траектории движения и её воспроизведение.
Запуск программ на модели робота. Отладка программы.
10. Робототехнические соревнования
Кельгеринг, робот-сумо, движение вдоль линии, путешествие по
комнате. Соревнования роботов на тестовом поле № 8547. Зачет времени и
количества ошибок
11. Защита проекта «Мой собственный уникальный робот»
Создание собственных роботов учащимися и их презентация.
Литература:
1. Гаазе-Рапопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амеды до робота:модели поведения.М.:Наука, 1987.- 288 с.
2. Комский Д.М. Простая кибернетика.- М.:Молодая гвардия, 1965.- 160 с.
3. Кривич М. Машины учатся ходить: Научно-популярная литература.- М.:
Детская литература, 1988.- 159 с.
4. Не счесть у робота профессий.- М.: Мир, 1987.- 182 с.
5. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники. Введение в
специальность. – М.: Высш. шк., 1990. – 224 с.
6. Робототехника/Под ред. Е.П.Попова и Е.И.Юревича, М., 1984. – 288 с.
7. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9 кл./Под ред.
И. М. Макарова, М.,1986 г.
8. Русецкий А. Ю. В мире роботов.-М.:Просвещение,1990-160 с.
9.
Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей Санкт-Петербург
2010г
10. http://www.robot.bmstu.ru
11. http://www.mindstorms.ru
12. http://www.prorobot.ru
13. http://home-edu.ru/user/uatml/00000550/robolab/pervorobot.htm
14. http://roboteh.pro/robotics