Понятие движение объектов в образовательной робототехнике. Образовательная робототехника. Робототехника в образовании

Для тех, кто решил проверить свои силы в области роботостроения и заодно желает изучить возможности платформы Ardunio, есть отличный способ это сделать, собрав робота-паука, который будет описан в этой статье. В качестве основных силовых элементов, благодаря которым робот будет передвигаться, являются сервоприводы. Что касается мозга, то здесь в качестве него выступает Arduino , а также Fischertechnik. По словам автора, робот получился довольно интересным и перспективным.

Материалы и инструменты для изготовления:
- набор лезвий;
- термоклей;
- дремель (нужны очень тонкие сверла);
- винтоверт;
- дрель со сверлом 7/32;
- крестообразная отвертка;
- лезвие;
- отсек для батареек;
- макетная плата.

Из электроники понадобится:
- восемь микросервоприводов с кронштейнами;
- 6 батареек типа АА и прищепка;
- много перемычек и контактных разъемов.

В качестве программной части будет нужна Arduino с блоком питания.

И запчастей необходим набор Fischertechnik.

Процесс изготовления робота. :

Шаг первый. Создаем каркас робота
Чтобы изготовить каркас понадобится набор Fischertechnik. Как он должен выглядеть, можно увидеть на фото. Для создания каркаса нужны три высоких «кирпичика», между ними должно иметься четыре отверстия. Конкретно в этой самоделке будет использоваться элемент с 11-ю вырезами. Важно убедится в том, чтобы все сервоприводы были рабочими.

Шаг второй. Устанавливаем сервоприводы
Сервоприводы будут устанавливаться между «кирпичиками». Сервоприводы фиксируются с помощью винтов, для этого предварительно в местах крепления с помощью дремеля нужно просверлить отверстия. Сверлить нужно отверстия самого малого диаметра. Впрочем, для этих целей подойдет и термоклей, но в таком случае конструкция будет неразборной.

Второй сервопривод устанавливается на другой стороне вспять.

Шаг третий. Установка одного серводвигателя на другой
В первую очередь нужно разобраться с элементами крепления сервоприводов. Если двигатель вращается в противоположную сторону, его нужно повернуть до упора вправо. Как это сделать, можно увидеть на фотографии.

Конкретно в данном случае винт сервопривода должен выступать над пластиком, благодаря этому он будет подвижным. В корпусе второго сервопривода нужно проделать углубление под головку винта.
Что

Что-бы соединить два сервопривода используется горячий клей.

Шаг четвертый. Подсоединяем ноги
Как изготовить ноги, можно увидеть на фото. Всего их должно быть четыре.

После того как ноги будут собраны и подсоединены к роботу, конструкция должна выглядеть так, как на фото.

Шаг пятый. Создание диаграммы для соотношения
Диаграмма нужна для того, чтобы понять, на какой угол способен поворачиваться каждый из сервоприводов. Далее каждому сервоприводу присваивается определенный номер, и уже на основе этого номера будет создаваться прошивка для робота.

Шаг шестой. Макетная плата
Нужно вытащить все 30 перемычек. Далее все нужно соединить проводами так, как указано на схеме. На каждом сервоприводе есть три контакта, один отвечает за заземление, через один подается питание, а еще один нужен для контроля двигателя.

Контакты сервопривода Vcc и GND нужно соединить с контактами макета Vcc и GND. Также к каналам макета GND и Vcc подключается источник питания мощностью 7.5В.

Провода для управления сервоприводом окрашены в оранжевый и желтый цвет. Они подключаются к контактам 2 и 9. К примеру, контакт от первого двигателя подключается ко второму контакту на Arduino. Второй двигатель подключается уже к третьему контакту и так далее.

Шаг седьмой. Настраиваем сервоприводы.
Теперь настало время создать программный код для робота. В первую очередь на Arduino нужно создать новый проект, чтобы синхронизировать двигатели. Как должен выглядеть код, можно увидеть на фото. Благодаря этому коду происходит выравнивание ног робота.

Чтобы паук мог подняться, нужно создать еще один проект под названием Up и Down. Благодаря этому коду ноги паука смогут двигаться вверх и вниз.

Чтобы робот мог двигаться вперед и назад нужно также создать еще один проект. Как он будет выглядеть, можно увидеть на фото.

Ну и наконец, чтобы робот пошел, нужно скомбинировать переднюю и заднюю часть. Как можно отметить, программный код робота состоит из четырех блоков.

Вот и все, робот готов. Теперь на него можно устанавливать различные датчики, которые позволят роботу ориентироваться в пространстве. Также можно сделать роботу руки, чтобы он мог брать предметы. В общем, здесь уже все зависит от энтузиазма и воображения роботостроителя. Впрочем, даже в таком виде робот ведет себя довольно интересно.

Прошивка: (скачиваний: 152)

В российских образовательных программах робототехника приобретает все большее значение. Учащиеся российских школ вовлечены в проектирование и программирование робототехнических устройств, с применением LEGO-роботов, промышленных роботов, специальных роботов для МЧС России

Скачать:

Предварительный просмотр:

Робототехника в образовании

Мерзликина Н.В.

Современную жизнь очень сложно представить без использования информационных технологий. Интенсивный переход к информатизации общества обуславливает все более глубокое внедрение информационных технологий в различные области человеческой деятельности. В ноябре 2015 года состоялось заседание комиссии по развитию информационного общества в Совет Федерации. Одной из рассматриваемых на заседании тем стало развитие образовательной робототехники.

В российских образовательных программах робототехника приобретает все большее значение. Учащиеся российских школ вовлечены в проектирование и программирование робототехнических устройств, с применением LEGO-роботов, промышленных роботов, специальных роботов для МЧС России.

Робототехника – это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Она 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.

Образовательная робототехника – это инструмент, закладывающий прочные основы системного мышления, интеграция информатики, математики, физики, черчения, технологии, естественных наук с развитием инженерного творчества.

Внедрение технологий образовательной робототехники в учебный процесс способствует формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и познавательных универсальных учебных действий, являющихся важной составляющей ФГОС.

На сегодняшний день существуют различные точки зрения по вопросу образовательной робототехники. Вот как это вопрос раскрывает Аркадий Семенович Ющенко - доктор технических наук, профессор, зав.кафедрой Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана: «Робототехник – это тот, кто может соединить механическую, силовую, компьютерную части (и работу этих специалистов) воедино. Но когда я сталкиваюсь с робототехникой в школе, то для меня это просто вид развивающего учебного оборудования, которое используется для того, чтобы школьнику лучше усвоить знания школьной программы и получить необходимые дополнительные навыки.»

Владислав Николаевич Халамов, директор учебно-методического центра образовательной робототехники: «Робототехника – универсальный инструмент для общего образования. Робототехника идеально вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы, причем в четком соответствии с требованиями ФГОС. Она подходит для всех возрастов – от дошкольников до студентов. А использование робототехнического оборудования на уроках – это и обучение, и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом людей, обладающих инженерно-конструкторским мышлением.»

До 60-х годов прошлого века к робототехнике относились исключительно как к выдумке писателей-фантастов, чему, несомненно, способствовало и то, что сам термин «робот» был придуман Карелом Чапеком и его братом Йозефом (термин был впервые использован в пьесе К. Чапека «Россумские универсальные роботы», 1921 год).

Инженерно-техническая направленность использования образовательной робототехники служит блестящей возможностью ребенку проявить свои знания в области инженерно-технической мысли путем быстрого (мобильного) создания конструкторов с использованием простых и сложных инженерных механизмов и технических решений. В настоящее время в образовании применяют различные робототехнические комплексы, например, LEGO Education, FischerTechnik, Mechatronics Control Kit, Festo Didactic и другие.

Одним из важных аспектов стимулирования детей к самостоятельному развитию творческой мыслительной деятельности и поддержанию интереса к техническому обучению является их участие в конкурсах, олимпиадах, конференциях и фестивалях технической направленности. Существует целая система соревнований по робототехнике разного уровня: региональные, межрегиональные, всероссийские, международные.

Образовательная робототехника в последнее время развивается со скоростью света, внедряется во все сферы жизни, как компьютеры в 80-е годы прошлого столетия. Сегодня образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении. Такое понимание робототехники позволяет выстроить модель преемственного обучения для всех возрастов – от воспитанников детского сада до студентов. Одной из важных особенностей работы с образовательной робототехникой должно стать создание непрерывной системы - робототехника должна работать на развитие технического творчества, воспитание будущего инженера, начиная с детского сада и до момента получения профессии и даже выхода на производство.

Как вы оцениваете образовательную робототехн ику в России и что нас ждет в ближайшие 5 лет? Такой вопрос мы задали тренерам, судьям и участникам Всероссийской робототехнической олимпиады. Самые интересные ответы ниже.

Сергей Филиппов, учитель робототехники ФМЛ 239, Санкт-Петербург, тренер команд-победителей российских и международных соревнований:

На уровне школьной робототехники я считаю, что у нас ускоренное развитие и мы входим в мировой уровень. Студенческая — сильно отстает — это не одно десятилетие надо активно работать. И возникнет странная ситуация, когда мотивированные, талантливые и очень опытные школьники придут в вузы. Не всех их смогут обеспечить достаточно интенсивной и интересной учебой и работой.

В прошлом году на ВРО наблюдался стремительный скачок усложнения творческих проектов, и они были очень интересные. В этом году тенденция поддерживается, но немножко устаканивается — нового рывка не было. Хотя предлагаются довольно интересные решения, технологии.

Федеральный тьютор по робототехнике и высоким технологиям в детских технопарках «Кванториум»:

Я думаю, что поколение детей, которое выросло, скажем, с уровня LEGO, перейдет сейчас уже на следующий этап, добавится более сложная электроника, мехатроника и прочее. И я думаю, что будущее за DIY-роботами — сделай своими руками — мейкеры и прочие ребята, которые будут делать роботов как-будто из хлама. Собрали своего робота и вау.

Динара Гагарина, Занимательная робототехника, и Андрей Гурьев, Кванториум

Александр Колотов, Университет Иннополис:

О том, что будет дальше, можно только фантазировать. Если мы посмотрим тренды в сети интернет, какие задачи сейчас решаются ведущими робототехниками, вузами исследовательскими или уже реализуется в коммерческих проектах, то видно, что образовательная робототехника в какой-то момент должна начать соответствовать этому уровню, что должна выстраиваться какая-то определенная ступенька подготовки. Задачи, которые должны ставить перед собой участники, тренеры, которые готовят этих участников, с каждым годом усложняться должны. Потому что, если говорить избитую достаточно фразу из «Алисы в Зазеркалье», что чтобы остаться на месте, нужно быстро бежать, а чтобы попасть куда-то, нужно бежать в два раза быстрее. Также и сейчас, если мы хотим, чтобы наши школьники, которые сейчас занимаются робототехникой, через 5 лет условно пришли в вуз, а через 5 лет после вуза пришли на предприятие, получается через 10 лет, то они должны задачи решать не 30-летней давности, которые потеряли актуальность, а задачи, которые сейчас актуальны, только тогда через 10 лет они смогут выбиваться в тот робототехнический уклад, которые сформируется через 10 лет, а он сформируется мгновенно. Мы знаем, что 10 лет назад облачные технологии, нейроинтерфейсы и нейронные сетки — это все была какая-то фантазия, сейчас инструментарий шагнул далеко вперед и каких-то базовых основ, базовой математики уже достаточно, чтобы начать понимать и с этим знакомиться. Базовая математика у школьников есть. Математика, программирование, физика есть. Соответственно они могут научиться не просто решать задачи позавчерашнего дня, а хотя бы вчерашнего или сегодняшнего дня. Я вижу развитие такое. Это не только в России, но и по всему миру. А у нас, может быть, получится задать тон, какие задачи могут решать школьники.

Нашим школьникам, это не секрет, традиционно нравится решать сложные задачи, которые являются challenge . Мы слабы в доведении до конца, т.е. нам нравится задача, она нас мотивирует, но когда уже более-менее все понятно, как все должно работать, все выстроено…. Плюс, наверное, это российская тоже черта — перфекционизм — это другая проблема, когда хочется все время лучше и лучше. Можно остановиться …

Игорь Лосицкий , Университет ИТМО:

Я хорошо оцениваю состояние, поскольку, если сравнивать с мировой, то у нас неплохие результаты, судя по результатам олимпиады, значит и уровень образовательной робототехники в норме относительно среднемирового. Перспективы … Не знаю… Как-то началось все очень так с каким-то пафосом, с какими-то ожиданиями, а, глядя по сторонам, можно заметить, что занимаются одни и те же люди, больше их не становится, уровень иногда растет, иногда падает. Потому что перспектив у детей, как робототехников, в России очень мало. Они все равно становятся либо инженерами, либо программистами в итоге… , но я пока не знаю, чтобы это было таким же массовым явлением, которое сильно востребовано в России настолько же, например, как программирование.

Максим Васильев, РАОР:

Если сравнивать, например, с другими странами, в том числе близлежащими, то состояние образовательной робототехники в России неплохое. Она достаточно популярна, она поддерживается на очень многих уровнях — государственном, частном, например, частный университет Иннополис проводит серьезную олимпиаду. Много движений, где робототехника, начинает свое место занимать, начиная от допобразования до Кванториумов, робототехника учитывается при поступлении в вузы. Процесс идет сейчас достаточно семимильными шагами. Думаю, что все хорошо, если о перспективах говорить, то будет еще лучше.

Усложнение будет в том смысле, что меняются технологии, добавляются вещи общего технического плана, в том числе опускаются в образовательную робототехнику. LEGO выпустит новый набор по робототехнике, там будут какие-то новые технологии, которых сейчас нет в EV3 (который сейчас самый популярный). Подтянутся другие производители, которые тоже это включат (может быть, это элементы технического зрения). Это все, с одной стороны усложнится, но тем не менее это все равно будет доступно детям.

В школе не нужно заниматься образовательной робототехникой… Не к месту совершенно. У школы есть стандартные образовательные предметы, которые крайне нужны и важны: физика, химия, математика. Лучше бы астрономию вернули, черчение… Учителям это не нужно. Особенно сидеть, собирать этих роботов. Они плохо понимают, это не в их интересах. Учитель информатики учился на информатика, ему механика чужда.

Дмитрий Алексеев, генеральный директор компании DNS, Центр развития робототехники во Владивостоке:

С образовательной робототехникой все хорошо. Нас ждет развитие робототехники самой по себе… Будут усложняться сами роботы. Я думаю, что мы скоро увидим в рамках школьных соревнований задачи на распознавание образов, техническое зрение. Честно говоря, думаю, что следующая версия LEGO будет это поддерживать. Ну, если LEGO не сделает, мы сделаем.