Робототехника Lego

Предметная направленность: физика, математика, информатика.

Оснащение, используемое при выполнении проектов: робототехнический конструктор Lego Mindstorms NXT 2.0, среда программирования NXT-G.

 

1. Робот, проходящий лабиринты


Издавна человек создавал легенды, в которых фигурировали некие существа или описывались сокровища, скрытые от других в многокилометровых лабиринтах. В подобных сооружениях хоронили фараонов, помещали святилища, а на острове Крит в лабиринте якобы обитал Минотавр. Такого рода постройки часто упоминаются в различных произведениях – от древних мифов до классических повестей.

Лабиринт представляет собой сеть соединенных коридоров или тоннелей. Чем больше возможных ходов имеет сооружение и чем более они запутанны, тем оно сложнее для прохождения.

Как известно из легенды, Тесею удалось найти выход из владений Минотавра с помощью нити, которую он тянул за собой от входа. Сейчас же найти выход из лабиринта для человека не составит особого труда, тем более есть возможность собрать робота, который все сделает сам.

Школьный технопарк предлагает сконструировать и запрограммировать мобильного робота из конструктора Lego Mindstorms, способного находить выход из лабиринта. В этом ребятам помогут различные датчики, например, ультразвуковые и инфракрасные дальномеры.

В результате выполнения проекта ребята получат базовые навыки конструирования роботов, алгоритмизации и программирования на языке NXT-G. Также в ходе работы ребята смогут на практике познакомиться с математикой (расчет дистанции, поворота, времени движения), физикой (знакомство с понятиями ультразвуковых и инфракрасных волн, законом сохранения импульса) и информатикой (построение алгоритмов, преобразование данных).

Возраст учащихся: 5–11 классы.

 

2. Робот, преодолевающий ступенчатые преграды

С внедрением в нашу жизнь различных машин и механизмов многие сложные процессы перестали быть чем-то нереализуемым. Значительно упростилась работа человека в тех местах, которые могут быть опасны для его здоровья, или в местах, куда человек физически не может попасть. Для прохождения подобных дистанций человек построил множество машин, способных преодолевать препятствия. Такие машины и роботы называются вездеходами.

Роботы-вездеходы могут быть построены с применением различных передвижных платформ: колесных, гусеничных и т. д. Однако при прохождении сложного участка пути не каждый вездеход способен преодолеть препятствия определенной геометрии. Так, например, прохождение лестниц и других ступенчатых конструкций может являться невыполнимой задачей. Для этого необходимо разработать специальный механизм, позволяющий роботу подниматься на определенное расстояние.

В Региональном школьном технопарке учащимся предлагается разработать и собрать специальную конструкцию, способную преодолевать ступенчатые преграды, в частности лестницы.

В ходе выполнения проекта школьники получат практические навыки конструирования роботов, в частности познакомятся с понятием «передача», «передаточное отношение». Также ребята получат базовые навыки алгоритмизации и программирования на языке NXT-G. Учащиеся смогут попробовать себя в роли конструктора, программиста, менеджера команды, а также поработают в команде с другими ребятами.

Возраст учащихся: 5–11 классы.

 

3. Робот-пожарный

Современная робототехника неуклонно прогрессирует, она все чаще используется в непосредственных практических целях, нередко «умные» машины применяют военные и экстренные службы. Одним из наиболее частых вариантов применения роботов является удаленное управление ими в тех случаях, когда присутствие человека в этом месте сопряжено с угрозой для его здоровья и самой жизни. В лаборатории робототехники мы предоставляем Вам возможность стать одним из разработчиков прототипа робота-пожарного на базе учебного набора Lego Mindstorms NXT 2.0. При создании робота Вы сможете попробовать себя как в роли конструктора, так и в роли программиста. Комплект Lego Mindstorms NXT 2.0 включает в себя среду для программирования NXT-G, с помощью которой Вы освоите базовые принципы программирования и алгоритмизации.

Возраст учащихся: 5–11 классы.

 

4. Робот-футболист

В рамках данного проекта предполагается создание учащимися мобильного робота, способного забить гол в ворота, а также написание программы для этого робота. Робот должен распознать «мяч», «ворота» (условная область поля) и специальным приспособлением «забить» мяч в ворота. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ в среде NXT-G.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с явлениями упругого соударения, трения качения), математики (освоение понятий координатной плоскости, расстояния на плоскости) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 7–11 классы.

 

5. Создание робота для перемещения по направляющей линии

В рамках данного проекта предполагается создание учащимися мобильного робота, реализующего перемещение по заданной траектории (линия черного цвета на белом поле), а также написание программы для этого робота. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с понятиями «свет», «трение качения» и оптическими явлениями), математики (работа с линейными уравнениями, операции над одночленом) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 6–11 классы.

 

6. Робосумо

В рамках данного проекта предполагается создание учащимися двух мобильных роботов, реализующих функции поиска другого робота на поле и взаимодействия с ним, а также написание программы для этих роботов. Каждый из двух роботов на поле, взаимодействуя с другим, должен вытолкнуть «противника» за пределы обозначенной области.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с явлением упругого соударения, трения качения, азами кинематики механизмов), математики (освоение понятий координатной плоскости, расстояния на плоскости) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 7–11 классы.

 

7. Кегельринг

В рамках данного проекта предполагается создание учащимися  мобильного робота, реализующего функции поиска множества объектов на поле и взаимодействия с ними, а также написание программы для этого робота. Робот за определенное время должен переместить за пределы определенной области некоторый набор объектов (кегли).

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с физикой звуковых волн), математики (работа с линейными функциями, координатной плоскостью, одночленом, освоение понятия расстояния на плоскости) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 5–11 классы.

 

8. Манипулятор

В рамках данного проекта предполагается создание учащимися  стационарной робототехнической конструкции, реализующей функции захвата и перемещения объекта, а также написание программы для этого робота. Робот-манипулятор позволяет выполнять такие действия, как захват предмета, перемещение предмета в пространстве, установка предмета на новое место.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (освоение кинематики твердого тела, кинематики точки), математики (работа с линейной, нелинейной функцией, координатной плоскостью, алгоритмом отыскания координат точки) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 7–11 классы.

 

9. Робот-вездеход

В рамках данного проекта предполагается создание автономного мобильного робота-исследователя, способного эффективно передвигаться в условиях леса или города, иметь хорошую маневренность и стабильность при передвижении по овражистой и пересеченной местности. Также данный робот должен иметь возможность транспортировки полезного груза. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с явлением трения качения, классической механикой), математики (освоение понятий координатной плоскости, расстояния на плоскости) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 5–11 классы.

 

10. Робот-погрузчик

В рамках данного проекта предполагается создание автономного мобильного робота-погрузчика на базе конструктора, способного выполнять простые складские операции без участия человека.  При этом робот должен уметь точно определять положение груза в рабочей области, уметь прочно захватывать переносимый объект или груз, а также обладать системой позиционирования в пространстве. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с явлениями упругого соударения, трения качения), математики (освоение понятий координатной плоскости, расстояние на плоскости) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 9–11 классы.

 

11. Робот-исследователь

В рамках данного проекта предполагается создание автономного мобильного робота-исследователя. Задачей данного робота является объезд замкнутого пространства учебной аудитории по периметру с функцией одновременного построения карты и сбора информации о состоянии окружающей среды, например, температуре и влажности, при этом робот должен своевременно определять статические и динамические препятствия и избегать столкновения с ними. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с физикой звуковых волн), математики (освоение понятий линейных функций, координатной плоскости, расстояния на плоскости) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 6–11 классы.


12. Создание системы дистанционного управления мобильным роботом

В рамках данного проекта предполагается создание мобильного робота на автомобильном шасси с парой ведущих и парой подруливающих колес на дистанционном многопозиционном управлении. Взаимодействие робота с пультом управления организуется на базе технологии Bluetooth. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (освоение азов кинематики механизмов, классической механики), математики (работа с линейными уравнениями) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 5–11 классы.

 

13. Создание шагающего робота на основе механизма Чебышева

В рамках данного проекта предполагается создание шагающего автономного мобильного робота на базе механизма Чебышева, способного эффективно перемещаться по ровной поверхности. Помимо прямолинейных движений, робот должен выполнять развороты, а также обладать базовыми средствами обхода препятствий на основе метода «правой руки». Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Результаты выполнения проекта:

  • углубленные знания физики (знакомство с азами кинематики механизмов, классической механики), математики (освоение понятий координатной плоскости, расстояния на плоскости, линейных уравнений) и информатики (алгоритмизация);
  • готовая робототехническая конструкция, алгоритмические и программные решения в виде исходного кода и блок-схем;
  • видеоролик с демонстрацией работы спроектированного робота, презентация по результатам проекта (представление этапов работы: постановка задачи, требований, объяснение выбранного решения, демонстрация робота, блок-схема алгоритма, описание результатов испытаний).

Возраст учащихся: 6–11 классы.



г.Астрахань, ул. Анри Барбюса 7
тел.: +7-905-060-05-66
e-mail: technopark@aucu.ru
www.schooltech.ru www.aucu.ru