Конструирование моделей роботов. Управление роботами

🎬 Открыть презентацию

Модуль: Основы робототехнического конструирования и управления

Тема урока: Конструирование моделей роботов. Управление роботами

Цель урока: Сформировать у обучающихся навыки конструирования функциональных моделей роботов и программирования базовых алгоритмов управления ими с учетом поставленных задач.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать основные принципы конструирования устойчивых робототехнических моделей
• Уметь создавать модели роботов с заданными функциональными характеристиками
• Владеть базовыми навыками программирования алгоритмов управления роботами
• Понимать связь между конструкцией робота и способами его программного управления

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать этапы создания робота, осуществлять контроль и корректировку конструкции
• Познавательные УУД: умение анализировать задачу и выбирать оптимальную конструкцию, моделировать технические решения
• Коммуникативные УУД: умение работать в команде, распределять обязанности, согласовывать действия

Личностные:

• Формирование ответственного отношения к учебно-практической деятельности
• Развитие инженерного и алгоритмического мышления
• Воспитание настойчивости в достижении цели, умения преодолевать трудности

Задачи урока:

1. Обобщить знания о базовых принципах конструирования роботов
2. Научить создавать устойчивые и функциональные модели роботов
3. Развить навыки программирования роботов в соответствии с конструктивными особенностями
4. Сформировать умение тестировать и оптимизировать созданные модели
5. Развить навыки командной работы при конструировании и программировании

Тип урока: Комбинированный (теоретическая часть + практическая работа)

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Робототехнические наборы (LEGO Mindstorms EV3/SPIKE Prime, Arduino или аналоги) из расчета 1 набор на 2-3 учащихся
• Компьютеры с установленной средой программирования
• Проектор и интерактивная доска для демонстрации
• Презентация “Основы конструирования роботов”
• Технические карты с вариантами конструкций роботов
• Демонстрационные модели роботов с различными типами конструкций
• Поля для испытания роботов (полигоны с препятствиями, линиями)
• Рабочие листы для проектирования моделей

Образовательные технологии: Проектная деятельность, практико-ориентированное обучение, работа в малых группах, проблемное обучение

Межпредметные связи:

• Физика: центр тяжести, устойчивость конструкций, механика движения
• Математика: расчёт передаточных отношений, геометрические параметры конструкций
• Информатика: алгоритмы управления, программирование
• Технология: материалы и инструменты, технические решения

Задача: Сконструировать и запрограммировать робота, способного преодолевать препятствия различного типа (подъемы, спуски, неровности). Требования к конструкции:

• Высокая проходимость
• Устойчивость на неровных поверхностях
• Оптимальное расположение центра тяжести
• Использование не менее одного датчика для определения препятствий

Задача: Создать робота с манипулятором, способного захватывать и перемещать объекты различной формы. Требования к конструкции:

• Устойчивая платформа
• Манипулятор с не менее чем двумя степенями свободы
• Эффективный механизм захвата
• Использование датчиков для определения объектов

Задача: Разработать робота, который следует по черной линии и способен обнаруживать и объезжать препятствия. Требования к конструкции:

• Маневренная ходовая часть
• Оптимальное расположение датчиков линии
• Датчик для обнаружения препятствий
• Механизмы для точного поворота

1. Конструкция робота (до 5 баллов):

   • Соответствие требованиям задания (0-1)
   • Устойчивость и надежность конструкции (0-1)
   • Функциональность механизмов (0-1)
   • Оригинальность и рациональность решений (0-1)
   • Качество сборки (0-1)

2. Программирование (до 3 баллов):

   • Работоспособность программы (0-1)
   • Оптимальность алгоритма (0-1)
   • Использование различных программных конструкций (0-1)

3. Результаты испытаний (до 3 баллов):

   • Успешное выполнение основной задачи (0-1)
   • Скорость выполнения задачи (0-1)
   • Точность выполнения задачи (0-1)

4. Командная работа и презентация (до 2 баллов):

   • Эффективность распределения ролей (0-1)
   • Качество представления результатов (0-1)

РАБОЧИЙ ЛИСТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РОБОТА

Группа: _______________________________
Участники: ___________________________
Вариант задания: _____________________

1. Эскиз робота (с указанием основных узлов):
   [место для рисунка]

2. Необходимые компоненты:
   □ Контроллер      Количество: ___
   □ Моторы          Количество: ___
   □ Датчик цвета    Количество: ___
   □ Датчик расстояния  Количество: ___
   □ Другие датчики: _________________

3. Основные механизмы:
   □ Колесная база
   □ Гусеничный привод
   □ Манипулятор
   □ Захват
   □ Другое: _________________________

4. Ожидаемые трудности и способы их решения:
   _____________________________________
   _____________________________________

5. План работы команды:
   Участник 1: _________________________
   Участник 2: _________________________
   Участник 3: _________________________