Впервые на Робофесте: впечатления преподавателя робототехники.
Рассмотрим простейший алгоритм движения по черной линии на одном датчике цвета на EV3.
Данный алгоритм является самым медленным, но самым стабильным.
Робот будет двигаться не строго по черной линии, а по ее границе, подворачивая то влево, то вправо и постепенно перемещаясь вперед.
Алгоритм очень простой: если датчик видит черный цвет, то робот поворачивает в одну сторону, если белый - в другую.
Реализация в среде Lego Mindstorms EV3
В обоих блоках движения выбираем режим «включить». Переключатель настраиваем на датчик цвета - измерение - цвет. В нижней части не забудьте изменить «нет цвета» на белый. Также, необходимо правильно указать все порты.
Не забудьте добавить цикл, без него робот никуда не поедет.
Проверьте. Для достижения лучшего результата попробуйте изменить значения рулевого управления и мощности.
Движение с двумя датчиками:
Вы уже знаете алгоритм движения робота по черной линии с использованием одного датчика. Сегодня рассмотрим движение по линии с использованием двух датчиков цвета.
Датчики нужно установить таким образом, чтобы черная линия проходила между ними.
Алгоритм будет следующий:
Если оба датчика видят белый цвет – двигаемся вперед;
Если один из датчиков видит белый, а другой черный – поворачиваем в сторону черного;
Если оба датчика видят черный цвет – мы на перекрестке (например, остановимся).
Для реализации алгоритма нам потребуется отслеживать показания обоих датчиков, и только после этого задавать движение роботу. Для этого будем использовать переключатели, вложенные в другой переключатель. Таким образом, мы опросим сначала первый датчик, а потом, независимо от показаний первого, опросим второй датчик, после чего зададим действие.
Подключим левый датчик к порту №1, правый – к порту №4.
Программа с комментариями:
Не забывайте, что моторы запускаем в режиме «Включить», чтобы они работали столько, сколько необходимо исходя из показаний датчиков. Также, часто забывают о необходимости цикла - без него программа сразу завершится.
http://studrobots.ru/
Эта же программа для модели NXT:
Изучить программу движения. Запрограммировать робота. Переслать видео тестирования модели
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Ахматовская средняя общеобразовательная школа»
«Первый шаг в науку - 2017»
Секция естественнонаучного направления
РОБОТ, ДВИГАЮЩИЙСЯ ПО ЧЁРНОЙ ЛИНИИ
Федоров Илья Юрьевич, ученик МБОУ «Ахматовская СОШ».
Руководитель проекта: учитель математики и информатики МБОУ «Ахматовская СОШ» Кашкин Александр Валерьевич
с. Ахматово 2017
Введение Обоснование выбора темы
Появление в школе комплектов Робототехники LEGO Mindstorms NXT нас очень заинтересовало. Это не просто детская игра, а целая наука, объединяющая в себя физику, математику, информатику, английский. Мы решили изучить данную науку, чтобы воплощать в роботах свои фантазии. Активно участвовать в муниципальных и республиканских соревнованиях по робототехнике.
Актуальность
Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, она легко вписывается в школьную программу обучения по техническим предметам. Ключевые опыты в физике и математике можно наглядно показать с помощью LEGO роботов.
Робототехника поощряет мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе. Возможность делать и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет школьников находить решения без потери уважения среди сверстников. Робот не ставит оценок и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.
Различные языки программирования графическими элементами помогают школьникам мыслить логически и рассматривать вариантность действия робота. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.
Цель проекта:
Создание робота для соревнований «Шорт-трек» на республиканском этапе по робототехнике «РобоФест-2017» в г. Чебоксары для младших школьников (9-11 лет).
Задачи проекта:
познакомиться с конструктором LEGO NXT
изучить основы программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0
сконструировать модель робота
создать программу для управления роботом
испытать полученного робота
конструктор со средой программирования LEGO MINDSTORMS NXT.
Гипотеза:
робототехника позволяет воплощать в роботах свои фантазии.
Ожидаемые результаты
умение программировать в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0,
умение конструировать различные модели роботов,
заинтересованность обучающихся школы в изучении Робототехники.
1. Объяснительно-иллюстративный – предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с литературой и др);
2. Эвристический – метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);
3. Проблемный – постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения;
4. Программированный – набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (компьютерный практикум);
5. Репродуктивный – воспроизводство знаний и способов деятельности (собирание моделей и конструкций по образцу, упражнения по аналогу);
6. Частично-поисковый – решение проблемных задач с помощью педагога;
7. Поисковый – самостоятельное решение проблем.
Материальные ресурсы:
конструктор с программным обеспечением Lego Mindstorms NXT – 2 набора,
АРМ ученика и учителя (компьютер, проектор, сканер, принтер)
Организационный этап (октябрь, ноябрь 2016г.)
знакомство с конструктором LEGO NXT
изучение основ программирования в среде LEGO MINDSTORMS
разработка механизма робота на основе конструктора LEGO NXT.
составление программы для управления роботом в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0
тестирование модели робота, устранение дефектов и неисправностей.
Заключительный этап (февраль 2017 г.)
защита проекта
демонстрация модели робота
Основная часть Теоретические положения
Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника 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. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.
Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах-сиделках, роботах-нянечках, роботах-домработницах, роботах - всевозможных детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно в школе и с самого младшего возраста. Поэтому, образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. В качестве основного оборудования при обучении детей робототехнике в школах предлагаются конструкторы LEGO MINDSTORMS NXT.
LEGO Mindstorms NXT – это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота.
Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.
С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.
Конструирование робота.
Наша задача была создать робота, двигающегося по чёрной линии как можно с большей скоростью. Для этого были использованы балки и соединительные втулки различной величины и формы, два датчика освещённости, один датчик расстояния, два сервермотора, программируемый микрокомпьютер NXT 2.0 и соединительные провода. Для увеличения скорости использовали шестерёнки, по две на каждое колесо. В конструкции робота нужно было правильно подойти: к увеличению скорости, так как датчики освещённости не всегда успевали реагировать на изменение освещённости, к правильному расположению датчиков освещённости над игровым полем и к расстоянию между датчиками (1 см и 8-7 см). Датчик расстояния нужно было установить так, чтобы он мог определить расстояние примерно до такого же по размерам робота.
Программирование робота.
Программирования робота проводилось в среде программирования NXT 2.0, на моноблоке.
Первый способ.
Для разработки программы был применён алгоритм движения по чёрной линии с использованием двух датчиков освещённости: когда два датчика одновременно находятся на белом поле или на чёрном (на перекрёстке) – работают два двигателя, если же правый находится на белым, а левый на чёрном поле, то правый двигатель работает, а левый стоп и наоборот, когда левый находится на белым, а правый на чёрном, то работает левый, а правый стоп. В результате такого программирования мы получили программу:
Второй способ.
Второй способ программирования заключается в том, что мощность работы двигателей зависит от величины показания датчиков освещённости. Показания датчиков обрабатываются с помощью арифметических блоков и подаются на двигатели. В результате мы получили такую программу:
Тестирование робота.
Для тестирования было изготовлено игровое поле. Его размеры и виды линий совпадали с размерами и видами линий, которые используются на соревнованиях по робототехнике.
В результате тестирования программ были сделаны выводы: вторая программа наиболее эффективная, так как в результате её исполнения робот проходил трассу плавне и в результате время на прохождения трассы робот тратил в два раза меньше.
Реализация проекта
На ступени реализации организационного этапа мы изучили:
основные компоненты конструкторов LEGO;
конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;
виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
виды имеющихся датчиков и принцип их работы;
основные приемы конструирования роботов;
конструктивные особенности различных роботов;
как передавать программы в NXT;
как использовать созданные программы;
приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.).
Заключение
В ходе реализации проекта у нас сформировались умения и навыки:
самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т.д.);
создавать действующие модели роботов на основе конструктора LEGO;
создавать программы на компьютере на основе компьютерной программы MINDSTORMS NXT 2.0;
передавать (загружать) программы в NXT;
корректировать программы при необходимости;
демонстрировать технические возможности роботов;
излагать логически правильно действие своей модели (проекта).
В результате реализации проекта «Робот, движущийся по чёрной линии» у нас получилась модель робота, которую можно успешно использовать на соревнованиях по робототехнике. Мы получили первые навыки программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.
Перспективы развития проекта
создание новых моделей роботов,
участие в различных состязаниях робот,
Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов/Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 87 стр.
Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.
Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011. – 32 стр.
Программное обеспечение MINDSTORMS NXT 2.0 .
Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов/ Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012
Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010,
Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: рабочая тетрадь/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011
http://lego.rkc-74.ru/
http://www.lego.com/education/
http://www.wroboto.org/
http://www.roboclub.ru/
http://robosport.ru/
По этой номинации учащимся необходимо было собрать и запрограммировать робота, который сможет выполнить проезд трассы на время, приехав к зоне старта/финиша быстрее робота - соперника.
В этом первенстве приняла участие команды нашей школы, в которые вошли учащиеся Саенко Ярослав, Фадин Дмитрий, Кисилев Николай. Ребята занимаются в кружке «Робототехника» и поэтому для них участие в соревнованиях было и интересно, и познавательно.
Все наши участники достойно справились с задачей сборки роботов. У каждой команды получилось запрограммировать робота и пройти 1 этап соревнований - квалификационные заезды, когда робот должен пройти трассу от начала и до конца за ограниченное время.
Для команды Саенко Ярослава и Фадина Димы сложным оказался 2 этап - одновременные заезды, где на перекрестке, нужно было пропустить соперника. Кисилев Коля справился и с этой задачей.
В результате - наша команда заняла 2 место. Поздравляем ребят с заслуженной победой.
Панова Г.Е.