Робототехника (базовый)

Модуль 1 ПФДО.  Для доступа к полному курсу рекомендуем записаться на программу Робототехника (базовый) модуль 2 бюджет

Программа объединения «Робототехника» нацелена на помощь школьникам в самостоятельной творческой деятельности по созданию макетов и моделей простейших технических объектов. Программирование и сборка роботов лего.

преподаватели

Скрипников Николай Евгеньевич

Содержание программы

 

1. Вводное занятие (1 ч).

Теория: Инструктаж по ТБ. (1 ч.)

2. Повторение. (3 ч.)

Теория: Основные понятия. Передаточное отношение, регулятор, управляющее воздействие и др. (1 ч.)

Практика: Построение механизмов по заданным параметрам (2 ч.)

3. Базовые регуляторы (12 ч.)

Теория: Задачи с использованием релейного многопозиционного регулятора, пропорционального регулятора. (4 ч.)

Практика: Следование за объектом. Одномоторная тележка. Контроль скорости. П-регулятор. Двухмоторная тележка. Следование по линии за объектом. Безаварийное движение. Объезд объекта. Слалом. Движение по дуге с заданным радиусом. Спираль. Вывод данных на экран. Работа с переменными. Следование вдоль стены. ПД-регулятор. Поворот за угол. Сглаживание. Фильтр первого рода. Управление положением серводвигателей. (8 ч.)

4. Пневматика (14ч).

Теория: Построение механизмов, управляемых сжатым воздухом. Использование помп, цилиндров, баллонов, переключателей и т.п. (4 ч.)

Практика: Пресс. Грузоподъемники. Евроокна. Регулируемое кресло. Манипулятор. Штамповщик. Электронасос. Автоматический регулятор давления (10 ч.)

 

5. Трехмерное моделирование (4ч).

Теория: Создание трехмерных моделей конструкций из Lego (1 ч.)

Практика: Проекция и трехмерное изображение. Создание руководства по сборке. Ключевые точки. Создание отчета. (3 ч.)

6. Программирование и робототехника (32ч).

Теория: Эффективные конструкторские и программные решения классических задач. Эффективные методы программирования и управления: регуляторы, события, параллельные задачи, подпрограммы, контейнеры и пр. Сложные конструкции: дифференциал, коробка передач, транспортировщики, манипуляторы, маневренные шагающие роботы и др. (10 ч)

Практика: Траектория с перекрестками. Поиск выхода из лабиринта. Транспортировка объектов. Эстафета. Взаимодействие роботов. Шестиногий маневренный шагающий робот. Ралли по коридору. Рулевое управление и дифференциал. Скоростная траектория. Передаточное отношение и ПД-регулятор. Плавающий коэффициент. Кубический регулятор. (22 ч.)

 

7. Элементы мехатроники (10 ч.)

Теория: управление серводвигателями, построение робота-манипулятора (4 ч.)

Практика: Принцип работы серводвигателя. Сервоконтроллер Робот-манипулятор. Дискретный регулятор. (6 ч.)

 

8. Решение инженерных задач (18ч).

Теория: Сбор и анализ данных. Обмен данными с компьютером. Простейшие научные эксперименты и исследования. (6 ч.)

Практика: Подъем по лестнице. Постановка робота-автомобиля в гараж. Погоня: лев и антилопа. (12 ч.)

9. Безопасность дорожного движения (2ч).

Теория: Беседа о безопасном дорожном движении. Игра.

10. Альтернативные среды программирования (12ч).

Теория: Изучение различных сред и языков программирования роботов на базе EV3. (4 ч.)

Практика: Структура программы. Команды управления движением. Работа с датчиками. Ветвления и циклы. Переменные. Подпрограммы. Массивы данных. (8 ч.)

11. Игры роботов (12ч).

Теория: Теннис, футбол, командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств. Программирование удаленного управления. Проведение состязаний, популяризация новых видов робо-спорта. (4 ч.)

Практика: Управляемый футбол. Теннис. Футбол с инфракрасным мячом. Пенальти. (8 ч.)

12. Состязания роботов (28ч).

Теория: Подготовка команд для участия в состязаниях роботов различных уровней. Регулярные поездки. Использование различных контроллеров (6 ч.)

Практика: Интеллектуальное Сумо. Кегельринг-макро. Следование по линии. Лабиринт. Слалом. Дорога-2. Эстафета. Лестница. Канат. Инверсная линия. Гонки шагающих роботов.

(22ч.)

 

13. Среда программирования виртуальных роботов Ceebot.

(14ч).

Теория: Знакомство с языком Cbot. Управление роботом. (4 ч.)

 

Практика: Транспортировка объектов. Радар. Поиск объектов. Циклы. Ветвления. Цикл с условием. Ожидание события. Ориентация в лабиринте. Правило правой руки. Ралли по коридору. ПД-регулятор с контролем скорости. Летательные аппараты. Тактика воздушного боя. (10 ч.)

 

14. Творческие проекты. (10 ч).

Теория: Разработка творческих проектов на свободную тематику. Одиночные и групповые проекты. Регулярные выставки, доклады и поездки. (4 ч.)

 

Практика: Человекоподобные роботы. Роботы-помощники человека. Роботизированные комплексы. Охранные системы. Защита окружающей среды. Роботы и искусство. Роботы и туризм. Правила дорожного движения. Роботы и космос. Социальные роботы. Свободные темы.

(6 ч.)

 

Содержание учебного плана

1. Инструктаж по ТБ (1 ч.)

2. Повторение. Основные понятия (1 ч.)

3. Знакомство с языком RobotC (12 ч.).

Теория: Вывод на экран. Управление моторами. Встроенные энкодеры. Графика на экране контроллера. Работа с датчикам. Вывод графиков показаний на экран. Подпрограммы: функции с параметрами. Косвенная рекурсия. Алгоритм «Ханойские башни». (2 ч.)

Практика: Массивы. Запоминание положений энкодера. Параллельные задачи. Воспроизведение положений энкодера. Операции с файлами. Запоминание пройденного пути в файл. Воспроизведение. Множественный выбор. Конечный автомат. (10 ч.)

4. Безопасное дорожное движение (2 ч.).

Теория: Проведение беседы по безопасности дорожного движения. Тематическая игра-проверка. (2 ч.)

5. Применение регуляторов (12 ч).

Теория: Задачи стабилизации, поиска объекта, движение по заданному пути. (2 ч.)

Практика: Следование за объектом. Следование по линии. Следование вдоль стенки. Управление положением серводвигателей. Перемещение манипулятора. (10 ч.)

 

6. Элементы ТАУ (20 ч).

Теория: релейный многопозиционный регулятор, пропорциональный регулятор, дифференциальный регулятор, кубический регулятор, плавающие коэффициенты, периодическая синхронизация, фильтры (6 ч.)

Практика: Релейный многопозиционный регулятор. Пропорциональный регулятор. Пропорционально-дифференциальный регулятор. Стабилизация скоростного робота на линии. Фильтры первого рода. Движение робота вдоль стенки. Движение по линии с двумя датчиками. Кубический регулятор. Преодоление резких поворотов. Плавающие коэффициенты. Гонки по линии. Периодическая синхронизация двигателей. Шестиногий шагающий робот. ПИД-регулятор. (14 ч.)

7. Роботы-андроиды. (16 ч).

Теория: построение и программирование роботов на основе сервоприводов, сервоконтроллеров и модулей датчиков (4 ч.)

Практика: Шлагбаум. Мини-манипулятор. Серво постоянного вращения. Колесный робот в лабиринте. Мини-андроид. Робот-собачка. Робот-гусеница. Трехпальцевый манипулятор. Роботы-пауки. Роботы-андроиды. Редактор движений. Удаленное управление по bluetooth. Взаимодействие роботов. (12 ч.)

8. Трехмерное моделирование (4 ч).

Теория: Создание трехмерных моделей конструкций из Lego (1 ч.)

Практика: Проекция и трехмерное изображение. Создание руководства по сборке. Ключевые точки. Создание отчета. (3 ч.)

9. Решение инженерных задач (20 ч).

Теория: Сбор и анализ данных. Обмен данными с компьютером. Простейшие научные эксперименты и исследования (6 ч.)

Практика: Стабилизация перевернутого маятника на тележке. Исследование динамики робота-сигвея. Постановка робота-автомобиля в гараж. Оптимальная парковка робота-автомобиля. Ориентация робота на местности. Построение карты. Погоня: лев и антилопа. (14 ч.)

10. Знакомство с языком Си (24 ч).

Теория: Изучение различных сред с языком программирования Си для микроконтроллеров. (6 ч.)

Практика: Структура программы. Команды управления движением. Работа с датчиками. Ветвления и циклы. Переменные. Подпрограммы. Массивы данных. (18 ч.)

11. Сетевое взаимодействие роботов (14 ч).

Теория: Устойчивая передача данных, распределенные системы, коллективное взаимодействие. (4 ч.)

Практика: Устойчивая передача данных по каналу Bluetooth. Распределенные системы. Коллективное поведение. (10 ч.)

12. Основы технического зрения (12 ч).

Теория: использование бортовой и беспроводной веб-камеры (5 ч.)

Практика: Поиск объектов. Слежение за объектом. Следование по линии. Передача изображения. Управление с компьютера. (7 ч.)

13. Игры роботов (8 ч).

Теория: Футбол: командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств. Программирование коллективного поведения и удаленного управления. Простейший искусственный интеллект. Проведение состязаний, популяризация новых видов робо-спорта. (2 ч.)

Практика: Автономный футбол с инфракрасным мячом. Теннис роботов. Футбол роботов. (6 ч.)

14. Состязания роботов (20 ч).

Теория: Подготовка команд для участия в состязаниях роботов различных уровней. Регулярные поездки. Использование различных контроллеров (4 ч.)

Практика: Интеллектуальное Сумо. Кегельринг-макро. Следование по линии. Лабиринт. Слалом. Дорога-2. Эстафета. Лестница. Канат. Инверсная линия. Гонки шагающих роботов. Линия-профи. Гонки балансирующих роботов-сигвеев. Международные состязания роботов (по правилам организаторов). Танцы роботов-андроидов. Полоса препятствий для андроидов. (16 ч.)

15. Творческие проекты (8 ч).

Теория: Разработка творческих проектов на свободную тематику. Одиночные и групповые проекты. Регулярные выставки, доклады и поездки (2 ч.)

Практика: Человекоподобные роботы. Роботы-помощники человека. Роботизированные комплексы. Охранные системы. Защита окружающей среды. Роботы и искусство. Роботы и туризм. Правила дорожного движения. Роботы и космос. Социальные роботы. Свободные темы. (6 ч.)

 

 

 

Цели программы

Создание условий для мотивации, подготовки и профессиональной ориентации школьников для возможного продолжения учебы в ВУЗах и последующей работы на предприятиях по специальностям, связанным с робототехникой.

Результат программы

Программа направлена на постепенное воспитание у ученика чувства уверенности в своей способности решать многие проблемы, воспитание личности с хорошими духовными и интеллектуальными качествами, уверенными в своих силах. В результате обучения по программе ожидается профориентация школьника для дальнейшего занятия техническим творчеством и ориентация обучающихся для поступления в учебные заведения технического профиля.

Первый год обучения – использование регуляторов для управления роботом. Решение задачи с использованием двух регуляторов или дополнительного задания для робота. Умение конструировать сложные модели роботов с использованием дополнительных механизмов. Расширенные возможности графического программирования. Навыки программирования исполнителей в текстовой среде.

Второй год обучения – Знакомство с языком Си. Расширенные возможности текстового программирования. Умение составить программу для решения многоуровневой задачи. Процедурное программирование. Использование нестандартных датчиков и расширений контроллера. Умение пользоваться справочной системой и примерами.

Материально-техническая база

Помещение, в котором проводятся занятия должно быть светлым, соответствовать Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей СанПиН 2.4.4.3172-14.

До начала занятий и после их окончания необходимо осуществлять сквозное проветривание помещения. В процессе обучения обучающиеся и педагог должны строго соблюдать правила техники безопасности труда.

 

Материально-техническое обеспечение программы

 

· Мебель для хранения инструмента.

· Стеллажи для хранения моделей.

· Столы и стулья для детей и педагога.

· Материалы: бумага, картон, клей ПВА, фанера.

· Дидактические материалы: шаблоны деталей и моделей, чертежи, схемы.

· Оборудование: 3D принтер, проектор, компьютеры

· Информационное обеспечение: видеозаписи соревнований, обучающие видео, фотографии.

· Кадровое обеспечение: педагог с образованием не ниже средне-специального.