Спортивная робототехника

Модуль 1 ПФДО.  Для доступа к полному курсу рекомендуем записаться на программу Спортивная робототехника модуль 2 бюджет

Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных автоматических механизмов — мобильных роботов, имеющих модульную структуру и оснащёнными универсальными микроконтроллерами. Основы физики, радиоэлектроники, программирования.

преподаватели

Изотов Александр Александрович

Содержание программы

1-й год обучения.

Стартовый уровень

 

Раздел 1. Вводное занятие (2 ч.)

Теория: Значение роботов в жизни людей. Достижения в области робототехники и автоматизации. Порядок и план работы творческого объединения. Первичный инструктаж по технике безопасности. Инструктаж по пожарной безопасности и охране труда. Правила поведения на рабочем месте. Основные приёмы работы, пользование инструментом и оборудованием на рабочем месте. Основные правила культуры и безопасности труда на рабочем месте. Размещение инструмента, оборудования и изготовляемой продукции на рабочем месте. Хранение готовых изделий. Общие правила, обеспечивающие пешеходу безопасность на дороге. Правила перехода в местах остановок маршрутных транспортных средств. Анализ причин, способствующих возникновению дорожно-транспортных происшествий с участием детей-пешеходов. Безопасность в каникулы.

 

Раздел 2. Теория электричества. Закон Ома. Схематическое изображение электронных компонентов. Маркировка, номиналы и величины. (16 ч.)

Теория: Основные понятия. Природа электричества.

Практика: Зарисовка схем и моделей.

 

Раздел 3. Работа с электронными приборами (мультиметр, лабораторный блок питания, осциллограф) (4 ч.)

Теория: Техника безопасности. Единицы измерения и величины. Элементы управления.

Практика: Работа с осциллографом, мультиметром и блоком питания.

 

Раздел 4. Макетная плата. Монтаж радиокомпонентов (6 ч.)

Программирование Arduino.

Теория: Устройство и особенности.

Практика: Сборка простых электрических цепей.

 

Раздел 5. Сборка и отладка электронных схем (на макетной плате) (24 ч.)

Теория: Знакомство с устройством электрических схем, способы их чтения. Принцип работы.

Практика: Сборка различных электрических схем. Отладка и поиск неисправностей.

Раздел 6. Основы работы с ПК. Знакомство с программой KiCAD. (12 ч.)

Теория: Основы информатики. Устройство ПК.

Практика: Интерфейс операционной системы Ubuntu Linux. Основные файловые операции. Интерфейс и инструменты программы KiCAD. Зарисовки принципиальных схем в программе KiCAD.

 

Раздел 7. Основы работы с инструментом: кусачки, дрель, паяльник, термоклеящий пистолет и т.п. (6 ч.)

Теория: Техника безопасности. Знакомство с инструментом.

Практика: Работа с инструментом под присмотром преподавателя.

Раздел 8: Проектирование и изготовление печатных плат (6 ч.)

Теория: Техника безопасности. Знакомство с печатной платой.

Практика: Создание проекта в программе KiCAD. Изготовление проекта на фрезеровальном станке.

 

Раздел 8. Проектирование и изготовление печатных плат (6)

Теория: Правила проектирования. Наглядные примеры.

Практика: Используемые материалы и инструменты. Изготовление.

 

Раздел 9. Монтаж радиокомпонентов на печатную плату (6 ч.)

Теория: Техника безопасности. Типы корпусов и правила размещения на плате.

Практика: Монтаж компонентов на плату.

 

Раздел 10. Сборка, отладка, диагностика и поиск неисправностей электронных схем (12 ч.)

Теория: Техника безопасности. Знакомство с типами неисправностей.

Практика: Диагностика и исправления неисправностей электронных устройств на печатной плате.

 

Раздел 11. Проект «Мультивибратор» (2 ч.)

Теория: Знакомство с принципом работы мультивибратора.

Практика: Сборка платы.

 

Раздел 12. Проект «Гирлянда» (6 ч.)

Теория: Знакомство с принципом работы гирлянды.

Практика: Сборка платы.

 

Раздел 13. Проект «Музыкальный инструмент» (6 ч.)

Теория: Знакомство с принципом работы электронного музыкального инструмента.

Практика: Сборка платы.

 

Раздел 14. Проект «Колесо фортуны» (6 ч.)

Теория: Знакомство с принципом работы электронной игры "Колесо фортуны«

Практика: Сборка платы.

 

Раздел 15. Беседа о правилах дорожного движения (2 ч.)

Теория: Правила перехода в местах остановок маршрутных транспортных средств. Анализ причин, способствующих возникновению дорожно-транспортных происшествий с участием детей-пешеходов. Безопасность в каникулы.

 

Раздел 16. Проект «Arduino Developing Board» (24 ч.)

Теория: Знакомство с принципом работы платы Arduino Developing Board.

Практика: Сборка платы.

 

Раздел 17: Заключительная конференция (4 ч.)

Теория: Подведение итогов.

Содержание учебного плана.

Базовый уровень

(2-й год обучения)

 

Раздел 1. Беседа о правилах дорожного движения (2 ч.)

Теория: Правила перехода в местах остановок маршрутных транспортных средств. Анализ причин, способствующих возникновению дорожно-транспортных происшествий с участием детей-пешеходов. Безопасность в каникулы.

 

Раздел 2. Знакомство с платформой Arduino. Основы проектирования и моделирования электронных устройств на базе Ардуино. Основы работы с ПК (12 ч.)

Теория: Основы работы с ПК. История появления платформы Arduino. Принципы работы. Устройство. Техника безопасности.

Практика: Интерфейс операционной системы Ubuntu Linux. Основные операции и работа с терминалом. Подключение платы Arduino к компьютеру.

 

Раздел 3. Среда программирования (6 ч.)

Теория: Знакомство со средой программирования Arduino IDE.

Практика: Интерфейс и основные инструменты программы.

 

Раздел 4. Взаимодействие ПК с микроконтроллером (последовательный интерфейс) (12 ч.)

Теория: Знакомство с последовательным интерфейсом.

Практика: Создание простых программ. Демонстрация возможностей Монитора порта и плоттера последовательного соединения

 

Раздел 5. Процедурное программирование (26 ч.)

Теория: Знакомство с процедурным программированием. Линейный алгоритм.

Практика: Создание простых программ.

 

Раздел 6. Типы данных и переменные. Операторы. Основные алгоритмические конструкции (26 ч.)

Теория: Знакомство с данными и их типами. Основные операторы и алгоритмы.

Практика: Создание простых примеров программ. Практическое применение операторов. Программное конструирование алгоритмов.

 

Раздел 7: Функциональное программирование (26 ч.)

Теория: Знакомство с функциями и их типами.

Практика: Создание простых функций.

 

Раздел 8. Беседа о правилах дорожного движения (2 ч.)

Теория: Правила перехода в местах остановок маршрутных транспортных средств. Анализ причин, способствующих возникновению дорожно-транспортных происшествий с участием детей-пешеходов. Безопасность в каникулы.

 

Раздел 9. Сенсоры и датчики (32 ч.)

Теория: Знакомство с несколькими сенсорами и датчиками. Принцип работы.

Практика: Работа с сенсорами и датчиками на Arduino.

 

Раздел 10. Базовые программы для спортивного робота (движения по линии, кегель-ринг, объезд препятствий и т.п.) (64 ч.)

Теория: Знакомство с основными видами робототехнических соревнований и с их правилами.

Практика: Создание простых программ роботов для различным соревнований.

 

Раздел 11. Заключительная конференция с защитой проектов и полевым испытаниями (4 ч.)

Теория: Подведение итогов. Демонстрация моделей и устройств.

 

Содержание учебного плана.

Базовый уровень

(3-й год обучения)

 

Раздел 1. Беседа о правилах дорожного движения (2 ч.)

Теория: Правила перехода в местах остановок маршрутных транспортных средств. Анализ причин, способствующих возникновению дорожно-транспортных происшествий с участием детей-пешеходов. Безопасность в каникулы.

 

Раздел 2. Творческий проект «Секундомер» (6 ч.)

Теория: Знакомство с 7-ми сегментным индикатором.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 3. Творческий проект «Пульсар» (6 ч.)

Теория: Знакомство с принципом управления большой нагрузкой при помощи биполярного транзистора.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 4. Творческий проект «Комнатный термометр» (12 ч.)

Теория: Знакомство с аналоговым датчиком температуры

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 5. Творческий проект «Метеостанция» (18 ч.)

Теория: Знакомство с датчиками атмосферной влажности, давления, LCD дисплеем 1602, датчиком углекислого газа и модулем времени.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 6. Творческий проект «Тестер батареек» (8 ч.)

Теория: Знакомство с принципом работы вольтметра.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 7: Творческий проект «Светильник с кнопочным управлением» (4 ч.)

Теория: Знакомство с работой тактовых кнопок. Антидребезг.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 8. Творческий проект «Светильник, управляемый по USB» (4 ч.)

Теория: Знакомство с двусторонним обменом данных по USB.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 9. Работа над творческим проектом «Беспилотный Аппарат» (6 ч.)

Теория: Знакомство в принципом работы драйвера мотора. Логика движения робота.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 10. Творческий проект «Музыкальный инструмент» (24 ч.)

Теория: Знакомство с функцией Tone. Массивы данных.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей устройства. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 11. Беседа о правилах дорожного движения (2 ч.)

Теория: Правила перехода в местах остановок маршрутных транспортных средств. Анализ причин, способствующих возникновению дорожно-транспортных происшествий с участием детей-пешеходов. Безопасность в каникулы.

 

Раздел 12. Творческий проект «Сборка базовой модели» (28 ч.)

Теория: Знакомство с платой расширения для Arduino Uno.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 13. Творческий проект «Дистанционное управление базовой моделью» (12 ч.)

Теория: Знакомство с радиомодулем Bluetooth HC-05.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 14. Творческий проект «Движение базовой модели по чёрной линии» (12 ч.)

Теория: Знакомство с инфракрасными датчиками отражения.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 15. Творческий проект «Робот, объезжающий препятствия» (12 ч.)

Теория: Знакомство с ультразвуковым сонаром HC-SR04.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 16. Творческий проект «Робот, находящий выход из лабиринта» (12 ч.)

Теория: Знакомство с инфракрасными датчиками препятствия.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 17. Работа над творческим проектом «Робот Паук» (24 ч.)

Теория: Робот должен осуществлять движение с помощью манипуляторов. Знакомство с сервоприводами и серво-контроллером. Изучения программной библиотеки управления несколькими сервоприводами.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 18. Работа над творческим проектом «Робот Искатель» (20 ч.)

Теория: Робот должен находить объекты определённого цвета. Проектирование алгоритма действий. Знакомство с датчиком цвета.

Практика: Изготовление конструкции. Монтаж и крепление электронных модулей робота. Программирование. Проверка работоспособности. Испытания.

 

Раздел 19. Заключительная конференция с защитой проектов и полевыми испытаниями (4 ч.)

Теория: Подведение итогов.

Практика: Демонстрация готовых проектов.

 

Цели программы

Создание условий для формирования у учащихся теоретических знаний и практических навыков в технических видах творчества, развитие конструктивного мышления средствами робототехники, раскрытие научно-технического и творческого потенциала личности учащегося, формирование ранней профориентации.

Результат программы

· правила безопасной работы;

· основные компоненты образовательных наборов;

· компьютерную среду (операционную систему), включающую в себя среду сквозного проектирования KiCAD;

· как использовать созданные электронные устройства;

· как самостоятельно решать технические задачи в процессе проектирования и создания электронных устройств (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приёмы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.);

· принцип работы простых электронных устройств;

· принципиальные схемы для различных электронных устройств;

· как корректировать принципиальные схемы при необходимости;

· назначение используемых контрольно-измерительных инструментов и приборов;

· как демонстрировать технические возможности электронных устройств.

 

К концу 1 года обучения учащиеся должны уметь:

· самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приёмы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т.д.);

· создавать действующие модели электронных устройств на основе образовательных наборов;

· создавать собственные электронные устройства;

· корректировать принципиальные схемы при необходимости.

 

К концу 2 года обучения учащиеся должны знать:

· конструкцию и функции микрокомпьютера Arduino;

· возможные неисправности и способы их устранения;

· язык программирования и его особенности;

· основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения программно й логики;

· знать основные типы данных и формы их представления для обработки на компьютере;

· составлять программы на языке программирования Arduino/C++;

· знать основные датчики и сенсоры из образовательного набора.

 

К концу 2 года обучения учащиеся должны уметь:

• создавать действующие модели умных устройства и роботов, отвечающих потребностям конкретной задачи;

• с помощью датчиков управлять умными устройствами и роботами;

• уметь создавать на языке программирования алгоритм решения конкретной задачи и отлаживать её.

• планировать, тестировать и оценивать работу умных устройств и роботов;

• уметь разрабатывать собственный проект;

• объяснять сущность алгоритма, его основных свойств, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

• определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд.

 

Ожидаемые результаты по итогам реализации дополнительной общеразвивающей программы:

• участие в культурно-массовых и творческих мероприятиях;

• участие в районных, областных, международных конкурсах и выставках технического творчества.

 

Ожидаемые индивидуальные результаты от реализации программы:

Личностные:

• формирование уважительного отношения к иному мнению; развитие навыков сотрудничества с взрослыми и сверстниками в разных социальных ситуациях, умения не создавать конфликтов и находить выходы из спорных ситуаций:

знать: способы выражения и отстаивания своего мнения, правила ведения диалога;

уметь: работать в паре/группе, распределять обязанности в ходе проектирования и программирования модели;

владеть: навыками сотрудничества со взрослыми и сверстниками, навыками по совместной работе, коммуникации и презентации в ходе коллективной работы над проектом.

Метапредметные:

• освоение способов решения проблем творческого и поискового характера;

знать: этапы проектирования и разработки модели, источники получения информации, необходимой для решения поставленной задачи;

уметь: применять знания основ механики и алгоритмизации в творческой и проектной деятельности;

владеть: навыками проектирования и программирования собственных моделей/роботов с применением творческого подхода.

• формирование умения понимать причины успеха/неуспеха учебной деятельности и способности конструктивно действовать даже в ситуациях неуспеха:

знать: способы отладки и тестирования разработанной модели/робота;

уметь: анализировать модель, выявлять недостатки в ее конструкции и программе и устранять их;

владеть: навыками поиска и исправления ошибок в ходе разработки, составления технического паспорта, проектирования и программирования собственных моделей.

• использование знаково-символических средств представления информации для создания моделей изучаемых объектов и процессов, схем решения учебных и практических задач:

знать: способы составления технического паспорта модели, способы записи алгоритма, способы разработки программы в среде программирования Arduino IDE;

уметь: уметь читать технологическую карту модели, составлять технический паспорт модели, разрабатывать и записывать программу средствами среды программирования Arduino IDE;

владеть: навыками начального технического моделирования.

• активное использование речевых средств и средств информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных и познавательных задач:

знать: способы описания модели, в том числе способ записи технического паспорта модели;

уметь: составлять технический паспорт модели, подготавливать творческие проекты и представлять их в том числе с использованием современных технических средств;

владеть: навыками использования речевых средств и средств информационных и коммуникационных технологий для описания и представления разработанной модели.

• использование различных способов поиска (в справочных источниках и открытом учебном информационном пространстве сети Интернет), сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в соответствии с коммуникативными и познавательными задачами и технологиями учебного предмета; в том числе умение вводить текст с помощью клавиатуры, фиксировать (записывать) в цифровой форме измеряемые величины и анализировать изображения, звуки, готовить своё выступление и выступать с аудио-, видео- и графическим сопровождением; соблюдать нормы информационной избирательности, этики и этикета:

знать: основные способы поиска, сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в ходе технического творчества и проектной деятельности;

уметь: готовить своё выступление и выступать с аудио-, видео- и графическим сопровождением в ходе представления своей модели;

владеть: навыками работы с разными источниками информации, подготовки творческих проектов к выставкам.

• овладение логическими действиями сравнения, анализа, синтеза, обобщения, классификации по различным признакам, установления аналогий и причинно-следственных связей, построения рассуждений, отнесения к известным понятиям:

знать: элементы и базовые конструкции модели, этапы и способы построения и программирования модели;

уметь: составлять технический паспорт модели, осуществлять анализ и сравнение моделей, выявлять сходства и различия в конструкции и поведении разных моделей;

владеть: навыками установления причинно-следственных связей, анализа результатов и поиска новых решений в ходе тестирования работы модели.

• определение общей цели и путей её достижения; умение договариваться о распределении функций и ролей в совместной деятельности; осуществлять взаимный контроль в совместной деятельности, адекватно оценивать собственное поведение и поведение окружающих:

знать: основные этапы и принципы совместной работы над проектом, способы распределения функций и ролей в совместной деятельности;

уметь: адаптироваться в коллективе и выполнять свою часть работы в общем ритме, налаживать конструктивный диалог с другими участниками группы, аргументировано убеждать в правильности предлагаемого решения, признавать свои ошибки и принимать чужую точку зрения в ходе групповой работы над совместным проектом;

владеть: навыками совместной проектной деятельности, навыками организация мозговых штурмов для поиска новых решений.

Предметные:

• использование приобретённых знаний и умений для творческого решения несложных конструкторских, инженерно-конструкторских, технологических и организационных задач; приобретение первоначальных представлений о компьютерной грамотности:

знать: основные элементы образовательных наборов, технические особенности различных моделей, сооружений и механизмов; компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

уметь: использовать приобретённые знания для творческого решения несложных конструкторских задач в ходе коллективной работы над проектом на заданную тему;

владеть: навыками создания и программирования действующих моделей/роботов на основе образовательных наборов, навыками модификации программы, демонстрации технических возможностей моделей/роботов.

• овладение основами логического и алгоритмического мышления, пространственного воображения и математической речи, измерения, пересчёта, прикидки и оценки, наглядного представления данных и процессов, записи и выполнения алгоритмов;

знать: конструктивные особенности модели, технические способы описания конструкции модели, этапы разработки и конструирования модели;

уметь: выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом, составлять технический паспорт модели, логически правильно и технически грамотно описывать поведение своей модели, интерпретировать двухмерные и трёхмерные иллюстрации моделей, осуществлять измерения, в том числе измерять время в секундах с точностью до десятых долей, измерять расстояние, упорядочивать информацию в списке или таблице, модифицировать модель путём изменения конструкции или создания обратной связи при помощи датчиков;

владеть: навыками проведения физического эксперимента, навыками начального технического конструирования, навыками составления программ.

Материально-техническая база

Для реализации программы созданы необходимые и специальные условия, соответствующие "Санитарно-эпидемиологическим требованиям к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей (утверждено постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 04.07.2014 № 41)«.

Компьютерный класс – это светлое, просторное помещение. В нём есть достаточное дневное и вечернее освещение; его легко проветрить. Эстетическое оформление кабинета, чистота и порядок, правильно организованные рабочие места имеют большое воспитательное значение. Всё это дисциплинирует учащихся, способствует повышению культуры их труда и творческой активности.

Учебное оборудование кабинета включает комплект мебели, инструменты и приспособления, необходимые для организации занятий, хранения и показа наглядных пособий. Столы размещены так, чтобы естественный свет падает с левой стороны. Учебная мебель промаркирована. В кабинете есть доска, на которой выполняются графические работы и поясняющие уточнения. В кабинете имеются компьютеры для работы с программным обеспечением.

Оборудование, необходимое для реализации программы:

Образовательные наборы:

o Компьютеры – 12 шт.;

o Образовательный набор «Амперка» – 12 шт.;

o Образовательный набор Uno Rich 3 – 12 шт.

o Образовательный набор Матрёшка Z– 12 шт.

Образовательные наборы хранятся в шкафу в определённом порядке, что обеспечивает быструю раздачу их на занятиях.

Программное обеспечение KiCAD, программное обеспечение Arduino IDE, комплект занятий, книга для учителя.

Дидактические материалы.

Дидактическое обеспечение программы располагает широким набором материалов и включает:

· инструкции по сборке (в электронном виде CD)

· книга для учителя (в электронном виде CD)

· экранные видео лекции, видео ролики;

· информационные материалы на сайте, посвящённом данной дополнительной образовательной программе;

· мультимедийные интерактивные домашние работы, выдаваемые обучающимся на каждом занятии.

Информационное обеспечение программы:

-видео, фото-источники, журналы и литература по технической направленности;

-материалы, предоставленные Интернет-источниками в режиме реального времени.