Конспект урока по Робототехнике на тему Знакомство с оборудованием курса: набор LEGO® MINDSTORMS® EV3 Education. Робототехника и лего-конструирование Робототехника лего ev3 поурочный план
Задача данного курса - познакомить вас с конструктором Lego mindstorms. Научить собирать базовые конструкции роботов, программировать их под определенные задачи, разобрать с вами базовые решения наиболее распространенных задач-соревнований.
Курс рассчитан на делающих первые шаги в мир робототехники с помощью конструктора Lego mindstorms. Хотя все примеры роботов в этом курсе сделаны с помощью конструктора Lego mindstorms EV3, программирование роботов объясняется на примере среды разработки Lego mindstorms EV3, тем не менее, владельцы Lego mindstorms NXT тоже могут присоединиться к изучению данного курса, и, надеемся, найдут для себя тоже полезное...
1.1. Что в наборе? Классификация деталей, крепление деталей между собой, главный блок, моторы, датчики
Давайте начнем знакомиться с конструктором Lego mindstorms EV3. Распечатав конструктор, мы найдем в нем множество разнообразных деталей. Если вы знакомы с традиционными кирпичиками Lego, но раньше вам не приходилось сталкиваться с наборами Lego серии Technic, ты, возможно, вы будете слегка обескуражены видом непривычных деталей. Однако, разобраться с ними совсем несложно. Итак, условно разделим все детали на несколько категорий. На рисунке представлены детали, называемые балками (иногда для этих деталей можно встретить название - бим (beam)) Балки исполняют роль каркаса (скелета вашего робота),
Рис. 1
Следующая группа деталей служит для соединения балок между собой, с блоком и датчиками. Детали, имеющие крестообразное сечение, называются осями (иногда штифтами) и служат для передачи вращения от моторов к колесам и шестерням. Детали, похожие на цилиндры (имеющие в сечении окружность) называются пинами (от англ. pin - шпилька),
Рис. 2
Представленный ниже рисунок демонстрирует вам различные варианты соединения балок с помощью пинов.
Рис. 3
Следующую группу деталей называют коннекторами. Их главная задача - соединение балок в различных плоскостях, изменение угла соединения деталей и подсоединение датчиков к роботу.
Рис. 4
Переходим к следующей группе деталей. Шестерни предназначены для передачи вращения от моторов к другим элементам конструкции робота. Как правило, это колеса, но в тоже время шестерни могут широко применяться и в различных конструкциях роботов, не предполагающих вращение. С ними мы непременно еще не раз встретимся при конструировании сложных механизмов.
Рис. 5
Ну и, конечно же, движение в пространстве нашему роботу обеспечивают различные колеса и гусеницы, представленные в наборе.
Рис. 6
Следующая группа деталей несет в себе декоративные функции. С их помощью мы можем украсить нашего робота, придать ему неповторимый вид.
Рис. 7
В набор Lego mindstorms EV3 входят два больших мотора. Моторы выполняют роль мышц или силовых элементов нашего робота. Большие моторы, наиболее часто используются для передачи вращения на колеса, тем самым, обеспечивая движение робота. Можно сказать, что эти моторы выполняют ту же роль, что и ноги человека.
Рис. 8
Один средний мотор, который также входит в набор Lego mindstorms EV3 выполняет роль движущей силы для различного навесного оборудования робота (клешни, модули захвата, различные манипуляторы) По аналогии с большими моторами отведем среднему мотору ту же роль, которую у нас выполняют руки.
Рис. 9
Датчики, входящие в набор Lego mindstorms, представляют роботу необходимую информацию из внешней среды. Главная задача программиста - научиться извлекать и анализировать информацию, поступающую с датчиков, а затем подавать верные команды на моторы для выполнения определенных действий.
Рис. 10
Ну и основным элементом нашего конструктора является главный блок EV3. В этом корпусе заключен мозг нашего робота. Именно здесь выполняется программа, получающая информацию с датчиков, обрабатывающая её и передающая команды моторам.
Рис. 11
1.2. Собираем робота, с помощью которого будем изучать данный курс
Настало время - собрать нашего первого робота.
На первом этапе конструкция нашего робота будет следующей:
- Два больших мотора, для того чтобы мы смогли научить нашего робота поворачивать
- Два ведущих колеса, на которые будут передаваться усилия моторов.
- Одно свободно вращающееся колесо или шаровая опора, которая будет придавать устойчивость нашему роботу.
- Один главный блок EV3, который будет хранить и выполнять нашу программу.
- Некоторое количество деталей для придания конструкции законченного вида.
Такой простейший робот называется роботом-тележкой.
Вы можете попробовать поэкспериментировать или собрать робота по предложенной инструкции в зависимости от версии вашего набора EV3:
Как только наш робот будет готов - начнем изучение среды программирования.
1.3. Знакомство со средой программирования
Первым делом загружаем среду программирования Lego mindstorms EV3. В главном меню программы выбираем: "Файл" - "Новый проект" или нажимаем "+" , показанный на рисунке стрелкой.
Рис. 12
В одном проекте может находиться множество программ. Для того, чтобы проект корректно загружался в нашего робота необходимо в названии проекта и программ использовать только буквы латинского алфавита! Давайте назовем наш проект lessons (уроки), а первую программу - lesson-1 (урок-1). Для того, чтобы дать название проекту, воспользуемся главным меню программы: "Файл" - "Сохранить проект как..." Чтобы изменить название программы - следует сделать двойной щелчок мышью на её названии (program) и вписать свое название.
Включим центральный блок нашего робота. Для этого нажмем на центральную (самую темную) кнопку блока. С помощью USB-кабеля, идущего в комплекте с конструктором, подключим робота к компьютеру. Успешное подключение робота отразится на вкладке аппаратных средств программного обеспечения EV3 в правом нижнем углу программы.
Рис. 13
Если подключение робота прошло успешно, то приступим к программированию и создадим нашу первую программу.
1.4. Наша первая программа!
Давайте научим нашего робота двигаться вперед на определенное расстояние. В нижней части экрана находится палитра программирования, каждому цвету палитры соответствуют различные группы программных блоков. Выберем зеленую палитру "Действие" . Она содержит блоки управления моторами, блок вывода информации на экран, блок управления звуком и кнопками контроллера EV3 (главного блока). Выберем блок "Рулевое управление и перетащим его в область программирования (центральная область программы).
Рис. 14
Каждая программа состоит из цепочки блоков, задающих определенное действие или проверяющих различные условия. Каждый блок имеет множество различных параметров. Первый, оранжевый блок с зеленым треугольником внутри называется - "Начало" . Именно с него начинается любая программа для нашего робота. Второй блок установили мы. Повторю - он называется "Рулевое управление" . Его назначение - одновременное управление двумя моторами.
Рис. 15
Но, если вы собирали робота по инструкции, предложенной выше, то, наверное, обратили внимание, что в ней отсутствует схема подключения моторов и датчиков. Настало время с этим разобраться. Блок EV3 имеет 4 порта, обозначенных цифрами: 1 , 2 , 3 , и 4 . Эти порты служат для подключения только датчиков. Для подключения моторов служат порты, обозначенные буквами: A , B , C и D . Можно подключать моторы в любые свободные порты, предназначенные для них. Но в случае управляемой тележки рекомендовано подключать моторы в порты: B и C . Давайте сейчас возьмем два соединительных кабеля длиной 25 см, левый мотор подключим к порту B , а правый - к порту C . Именно это подключение выбрано по умолчанию в блоке "Рулевое управление". Специальная кнопка, обозначенная стрелкой, отвечает за режим работы блока. Для первой программы выберем режим: "Включить на количество оборотов" . Значение 0 под черной стрелочкой на блоке означает прямолинейное движение, когда оба мотора крутятся с одинаковой скоростью. Число 75 задает мощность моторов, чем больше это значение, тем быстрее поедет наш робот. Цифра 2 задает количество оборотов каждого из моторов, на которое они должны провернуться.
Итак, наша первая программа готова. Загружаем ее в нашего робота. Для этого нажимаем кнопку "Загрузить" на вкладке аппаратных средств и отсоединяем USB-кабель от робота.
Рис. 16
Устанавливаем робота на ровную поверхность. С помощью стрелок на блоке EV3 заходим в папку нашего проекта, выбираем программу lesson-1 и центральной кнопкой блока EV3 запускаем ее на выполнение.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение – средняя общеобразовательная школа № 111 город Пермь
Конспект урока
на тему:
« Движение по геометрическим фигурам и картам »
учитель информатики и ИКТ
Корепанова Т.А.,
Конспект урока на тему: « Движение по геометрическим фигурам и картам »
Урок из курса Робототехники, раздел – «Программирование в среде NXT-G.». На уроке, используя конструктор LEGO Mindstorms 9797 ученики строят модель колесного робота. Затем составляют в среде программирования NXT-G программу, загружают ее в робота и демонстрируют выполнение представленных алгоритмов. Рассмотренные на уроке алгоритмы движения визуально представляют собой различные геометрические фигуры и траектории.
Цели :
ознакомление с робототехникой с помощью конструктора LEGO Mindstorms 9797;
систематизация знаний по теме «Алгоритмы» (на примере работы Роботов NXT);
усвоение понятий алгоритм, исполнитель, свойства алгоритма, дать представление о составлении простейших алгоритмов в среде программирования NXT-G.
В ходе занятия обучающиеся должны продемонстрировать следующие результаты в виде универсальных учебных действий:
Регулятивные:
систематизировать и обобщить знания по теме «Алгоритмы» для успешной реализации алгоритма работы собранного робота;
Научиться программировать роботов с помощью среды программирования NXT-G.
Познавательные:
Изучение робототехники, создание собственного робота, умение программировать в среде NXT-G;
экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.
Коммуникативные: развить коммуникативные умения при работе в группе или команде.
Личностные: развитие памяти и мышления, возможность изучения робототехники в старших классах.
Тип урока: комбинированный
Вид урока: практическая работа
Оборудование : мультимедиа проектор, конструктор LEGO Mindstorms 9797 (5 шт.), внабор которого входят 431 элемент, включая программируемый блок управления NXT, 3 сервомотора, датчики звука, расстояния, касания и освещенности, набор фигурок собранных из LEGO конструктора (экоград), поля, карты.
План урока:
Организационный момент (2 мин)
Повторение теоретического материала предыдущего урока (10 мин)
Практическая работа: разработка алгоритма для робота (28 мин)
Сборка робота для движения по картам (20 мин)
Разработка алгоритма для робота(10 мин)
Проверка работы алгоритма, исправление ошибок (10 мин)
Контрольный запуск (5 мин)
Подведение итогов урока. Рефлексия (3 мин)
Этап информации о домашнем задании (2 мин)
Ход урока:
Организационный момент.
Учитель : Добрый день, ребята! На прошлом уроке мы занимались конструированием роботов из конструктора NXT. Сегодня мы будем создавать для них программы, которые он будут выполнять. Также вы попробуете самостоятельно собрать колесного робота и напишите для него алгоритм так, чтоб он согласно карте, которую вы вытяните добрался до места назначения.
II . Повторение теоретического материала предыдущего урока.
Учитель : Для начала давайте вспомним, какие виды алгоритмов мы знаем?
Дети отвечают на вопрос (линейный, циклический и разветвляющийся)- слайд 2 .
Для какого вида алгоритмов используются следующие блоки из среды программирования NXT-G (блоки показаны на слайде 3)?
Дети отвечают на вопрос (движение, цикл, ветвление) .
3
. Какие действия может выполнить робот NXT с помощью блока «Движение»?
Дети отвечают на вопрос (Ехать вперед, Ехать назад, Поворот влево, Поворот вправо, Свободный поворот (любой угол), Разворот.) – слайд 4.
4. Какие простейшие геометрические фигуры вы знаете?
Дети отвечают на вопрос (слайд 5)
5. Укажите, какие углы могут быть у указанных геометрических фигур:
Дети отвечают на вопрос (слайд 6).
6. Каким образом можно повернуть робота NXT на определенный угол?
Дети отвечают на вопрос (слайд 7).
Учитель демонстрирует правильные ответы на слайдах 2-7.
III . Практическая работа: разработка алгоритма для робота
Теперь давайте обратимся к нашим роботам (на данном уроке это колесные роботы, созданные без инструкций), которые мы собирали на прошлом занятии.
Задание 1: Составить линейный алгоритм для движения робота по квадрату с заданной стороной.
Сначала определим, какие команды нам понадобятся, в какую сторону должен вращаться сервомотор, промежуток времени работы сервомотора для движения по одной стороне и последовательность выполнения команд.
Правильный вариант (способ поворота – отключение одного сервомотора):
Примечание: время работы сервомотора в каждом отдельном случае будет разное, т.к. ученик настраивает вращение на свое время или количество оборотов. Соответственно для каждого случая сторона квадрата будет разной. И вариант поворота каждый обучающийся применяет свой.
После выполнения данного задания ученикам задается вопрос: какой еще вид алгоритмов можно использовать для выполнения предложенного задания?
Правильный ответ: циклический.
Задание 2: изменить созданный линейный алгоритм на циклический для выполнения этого же задания.
Правильный вариант:
Способ поворота в примере тот же, что и в предыдущем. Цикл настроен на Счетчик (количество повторений - 4).
Учитель: ребята, давайте сравним разработанные алгоритмы и сделаем вывод. Какой алгоритм вам больше нравится и почему?
Ребята отвечают на вопрос (циклический, потому что алгоритм компактнее) .
Задание 3: создать алгоритм для движения робота по треугольнику:
Правильный вариант для равностороннего треугольника:
Способ поворота в примере тот же, что и в предыдущем. Цикл настроен на Счетчик (количество повторений - 3).
Задание 4
Получить карту с маршрутом
Собрать робота
Написать алгоритм
Проверить на поле
Контрольный запуск
IV . Подведение итогов урока. Рефлексия.
Итак, ребята, давайте подведем итоги нашей работы.
Какие виды алгоритмов мы с вами сегодня использовали при составлении программ?
Какой блок необходим для движения по геометрическим фигурам?
Возможно ли использовать блок цикла для движения робота по разностороннему пятиугольнику и почему?
V . Этап информации о домашнем задании.
Запишите домашнее задание: подумать и изобразить схематично пример собственного робота-исполнителя и написать алгоритм его работы на естественном языке.
Задание обязательно будет оценено!
Спасибо за урок! До свидания, ребята.
Список использованных текстовых и графических источников:
Инструкция для работы с комплектом LEGO Mindstorms 9797.
Приложение:
Карты
Доехать от центра до стадиона
Доехать от стадиона до школы
Доехать от школы до банка
Карта № 2
Доехать от центра до зоопарка
Доехать от зоопарка до кинотеатра
Доехать от кинотеатра до больницы
Карта № 3
Доехать от центра до бассейна
Доехать от бассейна до парка
Доехать от парка до школы
Корепанова Т.А. МАОУ СОШ № 111г. Пермь
Введение:
Задача данного курса - познакомить вас с конструктором Lego mindstorms. Научить собирать базовые конструкции роботов, программировать их под определенные задачи, разобрать с вами базовые решения наиболее распространенных задач-соревнований.
Курс рассчитан на делающих первые шаги в мир робототехники с помощью конструктора Lego mindstorms. Хотя все примеры роботов в этом курсе сделаны с помощью конструктора Lego mindstorms EV3, программирование роботов объясняется на примере среды разработки Lego mindstorms EV3, тем не менее, владельцы Lego mindstorms NXT тоже могут присоединиться к изучению данного курса, и, надеемся, найдут для себя тоже полезное...
Введение:
На втором занятии мы детальнее познакомимся со средой программирования и подробно изучим команды, задающие движение нашему роботу-тележке, собранному на первом занятии. Итак, давайте запустим среду программирования Lego mindstorms EV3, загрузим наш проект lessons.ev3, созданный ранее и добавим в проект новую программу - lesson-2-1. Программу можно добавить двумя способами:
- Выбрать команду "Файл"-"Добавить программу" (Ctrl+N) .
- Нажать "+" на вкладке программ.
Введение:
Наше третье занятие мы посвятим изучению вычислительных возможностей модуля EV3 и разберем примеры практических решений задач на вычисление траектории движения. Снова запускаем среду программирования Lego mindstorms EV3, загружаем наш проект lessons.ev3 и добавляем в проект новую программу - lesson-3-4. Добавлять новую программу в проект мы научились с вами на предыдущем уроке.
Введение:
В состав конструктора Lego mindstorms EV3 входят различные датчики. Главная задача датчиков - представлять информацию из внешней среды модулю EV3, а задача программиста - научиться получать и обрабатывать эту информацию, подавая необходимые команды моторам робота. На протяжении ряда уроков мы будем последовательно знакомиться со всеми датчиками, входящими и в домашний, и в образовательный наборы, научимся взаимодействовать с ними и решать наиболее распространенные задачи управления роботом.
Регулятивные:
систематизировать и обобщить знания по теме «Алгоритмы» для успешной реализации циклического алгоритма работы собранного робота;
Научиться программировать роботов с помощью программы LEGO Education Mindstorms EV3.
Познавательные:
Изучение робототехники, создание собственного робота, умение программировать с помощью программы для LEGO Mindstorms EV3;
экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.
Коммуникативные: развить коммуникативные умения при работе в группе или команде.
Личностные: развитие памяти и мышления, возможность изучения робототехники на старших курсах.
Тип урока: комбинированный
Вид урока: практическая работа
Оборудование: мультимедиа проектор, конструктор LEGO Mindstorms EV3 45544 (4 шт.), в набор которого входят 541 элемент, включая USB ЛЕГО-коммутатор, 2 больших сервомотора, датчик ультразвуковой, датчик цвета, датчик касания.
План урока:
Организационный момент (2 мин)
Повторение теоретического материала предыдущего урока (10 мин)
Практическая работа: разработка алгоритма для робота (23 мин)
Подведение итогов урока. Рефлексия (3 мин)
Этап информации о домашнем задании (2 мин)
Ход урока:
Организационный момент.
Задача данного занятия - познакомить вас с конструктором Lego mindstorms. Научить программировать их под определенные задачи, разобрать с вами базовые решения наиболее распространенных задач.
Группа деталей служит для соединения балок между собой, с блоком и датчиками. Детали, имеющие крестообразное сечение, называются осями (иногда штифтами) и служат для передачи вращения от моторов к колесам и шестерням.
II. Повторение теоретического материала предыдущего урока.
Учитель: Каждый из нас ежедневно использует различные алгоритмы: инструкции, правила, рецепты и т.д. Обычно мы это делаем не задумываясь. Например, вы хорошо знаете, как сажать деревья. Но допустим, нам надо научить этому младшего брата или сестру. Значит, нам придется четко указать действия и порядок их выполнения.
Что это будут за действия и какой их порядок?
Учащиеся составляют правило посадки деревьев.
Выкопать ямку.
Опустить в ямку саженец.
Засыпать ямку с саженцем землей.
Выкопать ямку.
Опустить в ямку саженец.
Теперь давайте ответим на следующие вопросы:
Чем характеризуется циклический алгоритм?
Для чего нужны циклические алгоритмы?
Какими свойствами обладают циклические алгоритмы?
Как исполнитель реализует циклический алгоритм?
Обучающиеся отвечают на предложенные вопросы, а учитель демонстрирует правильные ответы на слайдах.
III. Практическая работа: разработка циклического алгоритма для робота
Теперь давайте обратимся к нашим роботам (на данном уроке это «трехколесные боты с установленным маркером для рисования на поле», созданные по инструкции), которые мы собирали на прошлом занятии.
Попробуем в специальной программе составить циклический алгоритм, который они будут исполнять с помощью вот таких команд:
Повторение действия или набора действий
Пауза (в секундах)
Задание 1: написать линейный алгоритм, с помощью которого робот будет двигаться по прямой и поворачивать на угол (90 градусов).
Сначала определим, какие команды нам понадобятся, в какую сторону должен крутить мотор, промежуток времени работы мотора и последовательность выполнения команд.
Правильный вариант:
Примечание: время работы мотора в каждом отдельном случае будет разное, в зависимости от требуемого угла поворота подбираются значения работы мотора (время/мощность).
Задание 2: изменить созданный линейный алгоритм на циклический (возможно задать количество повторений цикла).
Правильный вариант:
Примечание: Проанализировать какую геометрическую фигуру нарисует робот маркером на поле. (Будет нарисован квадрат)
Задание 3: изменить алгоритм (изменяя параметры движения вперед НО! не изменяя угол поворота, и зациклив робота на конечное число повторений тела цикла - 4) и посмотреть какую фигуру будет рисовать робот. Пример:
Описание действий: проехать вперед 2 секунды, повернуть на угол 90 градусов, проехать вперед 4 секунды, повернуть на угол 90 градусов. В итоге получится прямоугольник.
Примечание: Проанализировать какую геометрическую фигуру нарисует робот маркером на поле. (Будет нарисован прямоугольник)
Задание 4: изменить алгоритм на свое усмотрение (изменяя параметры движения вперед и изменяя угол поворота, и зациклив робота на бесконечное число повторений тела цикла) и посмотреть какие фигуры будет рисовать робот. Поговорить с ребятами о термине «геометрический узор». Например:
Проанализировать получившиеся фигуры. Обратить внимание на алгоритм для каждой из них. Скорее всего, у каждой группы учеников получится какой-то свой узор.
IV. Подведение итогов урока. Рефлексия.
Итак, ребята, давайте подведем итоги нашей работы.
Какой вид алгоритмов мы с вами сегодня рассмотрели на практике?
Какими свойствами обладает циклический алгоритм?
Какие задачи можно реализовывать с помощью циклических алгоритмов?
V. Этап информации о домашнем задании.
Запишите домашнее задание: разработать алгоритм движения робота, чтобы он нарисовал следующую фигуру.
Задание обязательно будет оценено!
Спасибо за урок! До свидания, ребята.
Список использованного УМК:
Инструкция для работы с комплектом LEGO Mindstorms EV3 45544.
Вязовов С.М., Калягина О.Ю., Слезин К.А. Соревновательная робототехника: приемы программирования в среде EV3: учебно-практическое пособие. – М. Издательство «Перо», 2014 г.
Программа LabView для комплектов Lego EV3 45544.
Программа ПервоЛого 3.0.
Интернет-ресурсы.
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.
Приведём примерные вопросы для проведения мониторинга знаний по робототехнике за 1 полугодие.
1) Конструирование это - .....(выберите верное определение термина)
2)По ключевым словам определить вид конструктора: шарик, желобок, угол наклона, препятствия.
3) Выберите основные характеристики деревянного конструктора:
4) Выберите пропущенное слово: ____________конструктор состоит из различных по цвету и размеру кирпичиков, которые «надеваются» друг на друга с помощью специальных креплений.
5) Выберите конструктор, который может превращаться из одной законченной модели в другую.
6) Набор из различных металлических пластинок, уголков, которые скрепляются между собой болтиками называется?
7) Непосредственное использование материалов для обеспечения некоторой механической функции; при этом все основано на взаимном сцеплении и сопротивлении тел. Выберете соответствующий данному определению термин:
8) Кто сформулировал три закона Робототехники? Назовите Имя и Фамилию писателя фантаста, сформулировавшего три закона робототехники.
9) Антропоморфная, имитирующая человека машина, стремящаяся заменить человека в любой его деятельности. Укажите термин соответствующий данному определению:
10) Кто придумал слово "Робот"? Назовите Имя и Фамилию писателя фантаста, автора слова "РОБОТ".
11) Автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков, самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком. Укажите термин соответствующий данному определению:
12) Совокупность механизмов, заменяющих человека или животное в определенной области; используется она главным образом для автоматизации труда. Укажите соответствующий данному определению термин:
13) Деталь конструктора Lego Mindstorms EV3, предназначенный для программирования точных и мощных движений робота:
