Робототехника (Рабочий поселок)

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

С началом нового тысячелетия в большинстве стран робототехника стала занимать существенное место в школьном и университетском образовании, подобно тому, как информатика появилась в конце прошлого века и потеснила обычные предметы.

преподаватели

Душин Илья Сергеевич

Содержание программы

3. Содержание дополнительной образовательной программы
"Робототехника"
3.1. Первый год обучения

Инструктаж по ТБ.

Введение: информатика, кибернетика, робототехника.

Основы конструирования (Простейшие механизмы. Принципы крепления деталей. Рычаг. Зубчатая передача: прямая, коническая, червячная. Передаточное отношение. Ременная передача, блок. Колесо, ось. Центр тяжести. Измерения. Решение практических задач).

Названия и принципы крепления деталей.

Строительство высокой башни.

Хватательный механизм.

Виды механической передачи. Зубчатая и ременная передача. Передаточное отношение.

Повышающая передача. Волчок.

Понижающая передача. Силовая "крутилка".

Редуктор. Осевой редуктор с заданным передаточным отношением

Зачет.

Моторные механизмы (механизмы с использованием электромотора и батарейного блока. Роботы-автомобили, тягачи, простейшие шагающие роботы)

Стационарные моторные механизмы.

Одномоторный гонщик.

Преодоление горки.

Робот-тягач.

Сумотори.

Шагающие роботы.

Маятник Капицы.

Зачет.

Трехмерное моделирование (Создание трехмерных моделей конструкций из Lego)

Введение в виртуальное конструирование. Зубчатая передача.

Простейшие модели.

Введение в робототехнику (Знакомство с контроллером NXT. Встроенные программы. Датчики. Среда программирования. Стандартные конструкции роботов. Колесные, гусеничные и шагающие роботы. Решение простейших задач. Цикл, Ветвление, параллельные задачи.)

Знакомство с контроллером NXT.

Одномоторная тележка.

Встроенные программы.

Двухмоторная тележка.

Датчики.

Среда программирования Robolab.

Колесные, гусеничные и шагающие роботы.

Решение простейших задач.

Цикл, Ветвление, параллельные задачи.

Кегельринг.

Следование по линии.

Путешествие по комнате.

Поиск выхода из лабиринта.

Основы управления роботом (Эффективные конструкторские и программные решения классических задач. Эффективные методы программирования: регуляторы, события, параллельные задачи, подпрограммы, контейнеры и пр.)

Релейный регулятор.

Пропорциональный регулятор.

Защита от застреваний.

Траектория с перекрестками.

Пересеченная местность.

Обход лабиринта по правилу правой руки.

Анализ показаний разнородных датчиков.

Синхронное управление двигателями.

Робот-барабанщик.

Удаленное управление (Управление роботом через bluetooth.)

Передача числовой информации.

Кодирование при передаче.

Управление моторами через bluetooth.

Устойчивая передача данных.

Игры роботов (Боулинг, футбол, баскетбол, командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств. Использование удаленного управления. Проведение состязаний, популяризация новых видов робо-спорта.)

"Царь горы".

Управляемый футбол роботов.

Теннис роботов.

Футбол с инфракрасным мячом (основы).

Состязания роботов (Подготовка команд для участия в состязаниях роботов различных уровней, вплоть до всемирных. Регулярные поездки. Использование микроконтроллеров NXT и RCX.)

Сумо.

Перетягивание каната.

Кегельринг.

Следование по линии.

Слалом.

Лабиринт.

Интеллектуальное сумо.

Творческие проекты[1] (Разработка творческих проектов на свободную тематику. Одиночные и групповые проекты. Регулярные выставки и поездки.)

Правила дорожного движения.

Роботы-помощники человека.

Роботы-артисты.

Свободные темы.

 

3.2. Второй год обучения
Инструктаж по ТБ.

Повторение. Основные понятия (передаточное отношение, регулятор, управляющее воздействие и др.).

Базовые регуляторы (Задачи с использованием релейного многопозиционного регулятора, пропорционального регулятора).

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.

Пневматика[2] (Построение механизмов, управляемых сжатым воздухом. Использование помп, цилиндров, баллонов, переключателей и т.п.)

Пресс

Грузоподъемники

Евроокна

Регулируемое кресло

Манипулятор

Штамповщик

Электронасос

Автоматический регулятор давления

Трехмерное моделирование (Создание трехмерных моделей конструкций)

Проекция и трехмерное изображение.

Создание руководства по сборке.

Ключевые точки.

Создание отчета.

Программирование и робототехника (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.)

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.

Элементы мехатроники (управление серводвигателями, построение робота-манипулятора)

Принцип работы серводвигателя.

Сервоконтроллер.

Робот-манипулятор. Дискретный регулятор.

Решение инженерных задач (Сбор и анализ данных. Обмен данными с компьютером. Простейшие научные эксперименты и исследования.)

Подъем по лестнице.

Постановка робота-автомобиля в гараж.

Погоня: лев и антилопа.

Альтернативные среды программирования (Изучение различных сред и языков программирования роботов на базе NXT.)

Структура программы.

Команды управления движением.

Работа с датчиками.

Ветвления и циклы.

Переменные.

Подпрограммы.

Массивы данных.

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

Управляемый футбол.

Теннис.

Футбол с инфракрасным мячом. Пенальти.

Состязания роботов (Подготовка команд для участия в состязаниях роботов различных уровней, вплоть до всемирных. Регулярные поездки. Использование различных контроллеров).

Интеллектуальное Сумо.

Кегельринг-макро.

Следование по линии.

Лабиринт.

Слалом.

Дорога-2.

Эстафета.

Лестница.

Канат.

Инверсная линия.

Гонки шагающих роботов.

Международные состязания роботов (по правилам организаторов).

Среда программирования виртуальных роботов Ceebot.

Знакомство с языком Cbot. Управление роботом.

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.

Творческие проекты[3] (Разработка творческих проектов на свободную тематику. Одиночные и групповые проекты. Регулярные выставки, доклады и поездки.)

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.



[1] Может быть вынесено в отдельный курс "Творческая лаборатория«.
[2] При наличии конструкторов 9641. Возможно перемещение в отдельный курс «Физика роботов».
[3] Может быть перенесено в отдельный курс "Творческая лаборатория".

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


Образовательные
Освоение принципов работы простейших механизмов. Расчет передаточного отношения. Понимание принципа устройства робота как кибернетической системы. Использование простейших регуляторов для управления роботом. Решение задачи с использованием одного регулятора. Умение собрать базовые модели роботов и усовершенствовать их для выполнения конкретного задания. Навыки программирования в графической среде.

Развивающие
Изменения в развитии мелкой моторики, внимательности, аккуратности и особенностей мышления конструктора-изобретателя проявляется на самостоятельных задачах по механике. Строительство редуктора с заданным передаточным отношением и более сложных конструкций из множества мелких деталей является регулярной проверкой полученных навыков.

Воспитательные
Воспитательный результат занятий робототехникой можно считать достигнутым, если учащиеся проявляют стремление к самостоятельной работе, усовершенствованию известных моделей и алгоритмов, созданию творческих проектов. Участие в научных конференциях для школьников, открытых состязаниях роботов и просто свободное творчество во многом демонстрируют и закрепляют его.

Кроме того, простым, но важным результатом будет регулярное содержание своего рабочего места и конструктора в порядке, что само по себе непросто.

Материально-техническая база

Компьютерная база ФМЛ, Конструкторы 9797 "Lego Mindstorms NXT"

9648 "Ресурсный набор"

9794 "Автоматизирован­ные устройства"

Дополнительные устройства и датчики, поля

Компьютерная база ФМЛ, Конструкторы 9797 "Lego Mindstorms NXT"

9648 "Ресурсный набор"

9786, 9794 "Автоматизированные устройства«,

дополнительные устройства и датчики, поля

ПО «Robolab 2.9» и др.

 

Конструкторы 9641 "Пневматика",

9632 "Технология и физика",

9628 "Моторные механизмы",

методическое пособие,

рабочие листы, поля

ПО: Robolab 2.9