Дополнительная общеразвивающая программа технической направленности «Робототехника» — КиберПедия 

Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...

Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...

Дополнительная общеразвивающая программа технической направленности «Робототехника»

2019-11-19 174
Дополнительная общеразвивающая программа технической направленности «Робототехника» 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Дополнительная общеразвивающая программа технической направленности «Робототехника»

(базовый уровень)

Возраст обучающихся 10 -17 лет

Срок реализации 3 года

 

Автор-составитель:

Баранова Надежда Сергеевна,

 учитель информатики и физики МОУ-Гимназии №2 г. Раменское

 

 

Раменское

2019 г.


Пояснительная записка

Направленность программы - научно-техническая. Программа направлена на привлечение обучающихся к современным технологиям конструирования, программирования и использования роботизированных устройств.

Последние годы одновременно с информатизацией общества лавинообразно расширяется применение микропроцессоров в качестве ключевых компонентов автономных устройств, взаимодействующих с окружающим миром без участия человека. Стремительно растущие коммуникационные возможности таких устройств, равно как и расширение информационных систем, позволяют говорить об изменении среды обитания человека. Авторитетными группами международных экспертов область взаимосвязанных роботизированных систем признана приоритетной, несущей потенциал революционного технологического прорыва и требующей адекватной реакции как в сфере науки, так и в сфере образования.

В связи с активным внедрением новых технологий в жизнь общества постоянно увеличивается потребность в высококвалифицированных специалистах. Появилась необходимость в непрерывном образовании в сфере робототехники. Заполнить пробел между детскими увлечениями и серьезной ВУЗовской подготовкой позволяет изучение робототехники в школе на основе образовательных робототехнических конструкторов.

 Изучение робототехники позволяет детям применить на практике теоретические знания, полученные на математике, физике, информатике и технологии и ведет к более глубокому пониманию основ этих учебных предметов, закрепляет полученные навыки, формирует образование в его наилучшем смысле. Возможность прикоснуться к миру роботов для современного ребенка является очень мощным стимулом к познанию нового, преодолению инстинкта потребителя и формированию стремления к самостоятельному созиданию. Процесс моделирования, конструирования и программирования роботов наполнен интересными и непростыми задачами, которые неизбежно встанут перед юными инженерами. Их решение сможет привести к развитию уверенности в своих силах и к расширению горизонтов познания. Новые принципы решения актуальных задач человечества с помощью роботов, усвоенные в школьном возрасте (пусть и в игровой форме), ко времени окончания вуза и начала работы по специальности отзовутся в принципиально новом подходе к реальным задачам.

Цель дополнительной образовательной 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.

Задачи дополнительной образовательной программы:

Образовательные

Познакомить обучающихся с комплексом базовых технологий, применяемых при создании роботов

Реализовать межпредметные связи с физикой, информатикой и математикой

Развивающие

Развивать инженерное мышление, навыки конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем

Развивать креативное мышление и пространственное воображение обучающихся

Организовывать и участие в робототехнических мероприятиях различного уровня для закрепления изучаемого материала и в целях мотивации обучения

Воспитательные

Сформировать навыки безопасной работы с робототехническими конструкторами и компьютерной техникой.

Сформировать ответственное отношение к работе.

Формировать навыки проектного мышления, работы в команде.

Отличительные особенности программы

Основная идея программы: создание творческого сообщества обучающихся, родителей и педагогов увлеченных техническим творчеством.

Элементы кибернетики и теории автоматического управления адаптированы для уровня восприятия детей, что позволяет начать подготовку инженерных кадров уже с 5 класса школы.

Программа связан с циклом робототехнических мероприятий различного уровня: фестиваль «РобоФинист» (международный), Чемпионат по футболу управляемых роботов «Раменское+Коломна» (региональный), Фестиваль для обучающихся 1-4 классов «РобоТёмка» (муниципальный), Чемпионат ЮниорПрофи: Компетенции (региональный), Фестиваль «РобоТема» (региональный), Фестиваль «РобоФест» (Всероссийский», WRO.

Обучающиеся не только участвуют в соревнованиях и являются организаторами фестивалей.

Возраст детей, участвующих в реализации дополнительной образовательной программы

10-13 лет – основная группа

14-17 лет – старшая группа

Программа может быть скорректирована в зависимости от возраста учащихся. Некоторые темы взаимосвязаны со школьным курсом и могут с одной стороны служить пропедевтикой, с другой стороны опираться на него. Например, передаточные отношения связаны с обыкновенными дробями, которые изучаются во второй половине 5 класса. Понятие скорости появляется на физике в 7 классе, но играет существенную роль в построении дифференциального регулятора. Если программа реализуется с обучающимися старших классов, то на изучение многих тем потребуется гораздо меньше времени. Для старшеклассников предусмотрены индивидуальные планы обучения

Сроки реализации программы

Программа рассчитана на трехгодичный срок обучения.

В первый год обучающиеся проходят курс конструирования, построения механизмов с электроприводом, а также знакомятся с основами программирования контроллеров базового набора.

Во второй год обучающиеся изучают пневматику, возобновляемые источники энергии, сложные механизмы и всевозможные датчики для микроконтроллеров. Программирование в графической инженерной среде изучается углубленно.

На третий год обучающиеся осваивают основы теории автоматического управления, интеллектуальные и командные игры роботов, занимаются творческими и исследовательскими проектами.

Режим занятий. Занятия проводятся 2 раза в неделю по 2 учебных часа (144 часа) в первый и второй год обучения и 3 раза в неделю в 3 год обучения (216 часов).

 

2. Учебно-тематический план дополнительной образовательной программы «Робототехника»

Содержание программы первого года обучения

 

Знакомство с конструктором, основными деталями и принципами крепления. Создание простейших механизмов, описание их назначения и принципов работы. Создание трехмерных моделей механизмов в среде визуального проектирования. Силовые машины. Использование встроенных возможностей микроконтроллера: просмотр показаний датчиков, простейшие программы, работа с файлами. Знакомство с графической средой программирования, базовые команды управления роботом, базовые алгоритмические конструкции. Простейшие регуляторы: релейный, пропорциональный. Участие в учебных состязаниях.

 

Содержание программы второго года обучения

 

Использование регуляторов для управления роботами. Решение задач с двумя контурами управления или с дополнительным заданием для робота (например, двигаться по линии и объезжать препятствия). Программирование виртуальных исполнителей. Текстовые среды программирования. Более сложные механизмы: рулевое управление, дифференциал, манипулятор и др. Двусоставные регуляторы. Участие в учебных состязаниях.

 

Содержание программы третьего года обучения

 

Освоение текстового программирования в среде RobotC. Исследовательский подход к решению задач. Использование памяти робота для повторения комплексов действий. Элементы технического зрения. Расширения контроллера для получения дополнительных возможностей робота. Работа над творческими проектами. Выступления на детских научных конференциях. Участие в учебных состязаниях. Решение задач на сетевое взаимодействие роботов.

 

Первый год обучения

 

1. Инструктаж по ТБ.

2. Введение: информатика, кибернетика, робототехника.

 

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

 

3.1. Названия и принципы крепления деталей.

3.2. Строительство высокой башни.

3.3. Хватательный механизм.

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

3.5. Повышающая передача. Волчок.

3.6. Понижающая передача. Силовая «крутилка».

3.7. Редуктор. Осевой редуктор с заданным передаточным отношением.

3.8. Зачет.

 

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

 

4.1. Стационарные моторные механизмы.

4.2. Одномоторный гонщик.

4.3. Преодоление горки.

4.4. Робот-тягач.

4.5. Сумотори.

4.6. Шагающие роботы.

4.7. Маятник Капицы.

4.8. Зачет.

5. Трехмерное моделирование (Создание трехмерных моделей конструкций из Lego).

5.1. Введение в виртуальное конструирование. Зубчатая передача.

5.2. Простейшие модели.

6. Введение в робототехнику (Знакомство с контроллером EV3. Встроенные программы. Датчики.

Среда программирования. Стандартные конструкции роботов. Колесные, гусеничные и шагающие роботы. Решение простейших задач. Цикл, Ветвление, параллельные задачи.)

 

6.1. Знакомство с контроллером EV3.

6.2. Одномоторная тележка.

6.3. Встроенные программы.

6.4. Двухмоторная тележка.

6.5. Датчики.

6.6. Графическая среда программирования EV3-G/

6.7. Колесные, гусеничные и шагающие роботы.

6.8. Решение простейших задач.

6.9. Цикл, Ветвление, параллельные задачи.

6.10.       Кегельринг.

6.11.       Следование по линии.

6.12.       Путешествие по комнате.

6.13.       Поиск выхода из лабиринта.

 

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

 

7.1. Релейный регулятор.

7.2. Пропорциональный регулятор.

7.3. Защита от застреваний.

7.4. Траектория с перекрестками.

7.5. Пересеченная местность.

7.6. Обход лабиринта по правилу правой руки.

7.7. Анализ показаний разнородных датчиков.

7.8. Синхронное управление двигателями.

7.9. Робот-барабанщик.

8. Удаленное управление (Управление роботом через bluetooth.).

8.1. Передача числовой информации.

8.2. Кодирование при передаче.

8.3. Управление моторами через bluetooth.

8.4. Устойчивая передача данных.

 

9. 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).

 

9.1. «Царь горы».

9.2. Управляемый футбол роботов.

9.3. Теннис роботов.

9.4. Футбол с инфракрасным мячом (основы).

 

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

 

10.1.Сумо.

10.2.Перетягивание каната.

10.3.Кегельринг.

10.4.Следование по линии.

10.5.Слалом.

10.6.Лабиринт.

10.7.Интеллектуальное сумо.

Второй год обучения

 

1. Инструктаж по ТБ.

 

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

 

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

 

3.1. Следование за объектом. Одномоторная тележка. Контроль скорости. П-регулятор.

3.2. Двухмоторная тележка. Следование по линии за объектом. Безаварийное движение.

3.3. Объезд объекта. Слалом.

3.4. Движение по дуге с заданным радиусом. Спираль.

3.5. Вывод данных на экран. Работа с переменными.

3.6. Следование вдоль стены. ПД-регулятор.

3.7. Поворот за угол. Сглаживание. Фильтр первого рода.

3.8. Управление положением серводвигателей.

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

 

4.1. Пресс.

4.2. Грузоподъемники.

4.3. Евроокна.

4.4. Регулируемое кресло.

4.5. Манипулятор.

4.6. Штамповщик.

4.7. Электронасос.

4.8. Автоматический регулятор давления.

5. Трехмерное моделирование (Создание трехмерных моделей конструкций из Lego).

5.1. Проекция и трехмерное изображение.

5.2. Создание руководства по сборке.

5.3. Ключевые точки.

5.4. Создание отчета.

 

6. 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.).

 

6.1. Траектория с перекрестками.

6.2. Поиск выхода из лабиринта.

6.3. Транспортировка объектов.

6.4. Эстафета. Взаимодействие роботов.

6.5. Шестиногий маневренный шагающий робот.

6.6. Ралли по коридору. Рулевое управление и дифференциал.

6.7. Скоростная траектория. Передаточное отношение и ПД-регулятор.

6.8. Плавающий коэффициент. Кубический регулятор.

 

7. Элементы мехатроники (управление серводвигателями, построение робота-манипулятора). 7.1. Принцип работы серводвигателя.

7.1. Робот-манипулятор.

7.2. Сбор и анализ данных. Обмен данными с компьютером.

8. Простейшие научные эксперименты и исследования).

 

8.1. Подъем по лестнице.

8.2. Постановка робота-автомобиля в гараж.

8.3. Погоня: лев и антилопа.

 

9. Альтернативные среды программирования (Изучение различных сред и языков программирования роботов на базе EV3).

 

9.1. Структура программы.

9.2. Команды управления движением.

9.3. Работа с датчиками.

9.4. Ветвления и циклы.

9.5. Переменные.

9.6. Подпрограммы.

9.7. Массивы данных.

 

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

 

10.1.Управляемый футбол.

10.2.Теннис.

10.3.Футбол с инфракрасным мячом. Пенальти.

 

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

 

11.1.Интеллектуальное Сумо.

11.2.Кегельринг-макро.

11.3.Следование по линии.

11.4.Лабиринт.

11.5.Слалом.

11.6.Дорога-2.

11.7.Эстафета.

11.8.Лестница.

11.9.Канат.

11.10.Инверсная линия.

11.11.Гонки шагающих роботов.

11.12.Международные состязания роботов (по правилам организаторов).

 

Третий год обучения

 

1. Инструктаж по ТБ.

 

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

 

3. Знакомство с языком RobotC.

3.1. Вывод на экран.

3.2. Управление моторами. Встроенные энкодеры.

3.3. Графика на экране контроллера.

3.4. Работа с датчиками. Вывод графиков показаний на экран.

3.5. Подпрограммы: функции с параметрами.

3.6. Косвенная рекурсия. Алгоритм «Ханойские башни».

3.7. Массивы. Запоминание положений энкодера.

3.8. Параллельные задачи. Воспроизведение положений энкодера.

3.9. Операции с файлами.

3.10.Запоминание пройденного пути в файл. Воспроизведение.

3.11.Множественный выбор. Конечный автомат.

4. Применение регуляторов (задачи стабилизации, поиска объекта, движение по заданному пути).

4.1. Следование за объектом.

4.2. Следование по линии.

4.3. Следование вдоль стенки.

4.4. Управление положением серводвигателей.

4.5. Перемещение манипулятора.

 

5. Элементы ТАУ (релейный многопозиционный регулятор, пропорциональный регулятор, дифференциальный регулятор, кубический регулятор, плавающие коэффициенты, периодическая синхронизация, фильтры).

 

5.1. Релейный многопозиционный регулятор.

5.2. Пропорциональный регулятор.

5.3. Пропорционально-дифференциальный регулятор.

 

5.4. Стабилизация скоростного робота на линии.

5.5. Фильтры первого рода.

5.6. Движение робота вдоль стенки.

5.7. Движение по линии с двумя датчиками.

5.8. Кубический регулятор.

5.9. Преодоление резких поворотов.

5.10.Плавающие коэффициенты.

5.11.Гонки по линии.

5.12.Периодическая синхронизация двигателей.

5.13.Шестиногий шагающий робот.

5.14.ПИД-регулятор.

6. Трехмерное моделирование (Создание трехмерных моделей конструкций из Lego).

6.1. Проекция и трехмерное изображение.

6.2. Создание руководства по сборке.

6.3. Ключевые точки.

6.4. Создание отчета.

 

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

 

7.1. Стабилизация перевернутого маятника на тележке.

7.2. Исследование динамики робота-сигвея.

7.3. Постановка робота-автомобиля в гараж.

7.4. Оптимальная парковка робота-автомобиля.

7.5. Ориентация робота на местности.

7.6. Построение карты.

8. Знакомство с языком Си (Изучение различных сред с языком программирования Си для микроконтроллеров).

 

8.1. Структура программы.

8.2. Команды управления движением.

8.3. Работа с датчиками.

8.4. Ветвления и циклы.

8.5. Переменные.

8.6. Подпрограммы.

8.7. Массивы данных.

 

9. Сетевое взаимодействие роботов (Устойчивая передача данных, распределенные системы, коллективное взаимодействие).

 

9.1.Устойчивая передача данных по каналу Bluetooth.

9.2.Распределенные системы.

9.3.Коллективное поведение.

10. Основы технического зрения (использование бортовой и беспроводной веб-камеры).

10.1.Поиск объектов.

 

10.2.Слежение за объектом.

10.3.Следование по линии.

10.4.Передача изображения.

10.5.Управление с компьютера.

 

11. Игры роботов (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).

11.1.       Автономный футбол с инфракрасным мячом.

11.2.       Теннис роботов.

11.3.       Футбол роботов.

 

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

 

12.1.Интеллектуальное Сумо.

12.2.Кегельринг-макро.

12.3.Следование по линии.

12.4.Лабиринт.

12.5.Слалом.

13.6.Дорога-2.

12.7.Эстафета.

12.8.Лестница.

12.9.Канат.

12.10.Инверсная линия.

12.11.Гонки шагающих роботов.

12.12.Линия-профи.

12.13.Гонки балансирующих роботов-сигвеев.

12.14.Международные состязания роботов (по правилам организаторов).

4. Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы "Робототехника"

 

Список литературы

 

Для педагога

1. Робототехника для детей и родителей. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2016.

 

 

5.2. Интернет ресурсы:

10. http://www.legoeducation.info/nxt/resources/building-guides/

11. http://www.legoengineering.com/

 


 

Утверждаю:

Календарный учебный график

Первый год обучения

Группы 1, 2, 3

№ п/п Тема занятия Форма занятия Количество часов Место проведения Форма контроля Дата проведения Время проведения
1 Инструктаж по ТБ Лекция 1 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
2 Введение. Кибернетика и робототехника Лекция, практическое занятие 1 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
3 Основы конструирования Лекция, практическое занятие 16 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
4 Моторные механизмы Лекция, практическое занятие 16 МОУ-Гимназия №2 Тест    
5 Трехмерное моделирование Лекция, практическое занятие 4 МОУ-Гимназия №2 Отчет    
6 Введение в робототехнику Лекция, практическое занятие 30 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
7 Основы управления роботом Лекция, практическое занятие 20 МОУ-Гимназия №2 Опрос, зачет, соревнования    
8 Удаленное управление Лекция, практическое занятие 8 МОУ-Гимназия №2, МБОУ СОШ №20тг. Коломна Зачет, соревнования    
9 Состязания роботов Практическое занятие 48 МОУ-Гимназия №2 Зачет, соревнования    

 


 

Второй год обучения

Группа 4

 

№ п/п Тема занятия Форма занятия Количество часов Место проведения Форма контроля Дата проведения Время проведения
1 Инструктаж по ТБ Лекция 1 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
2 Повторение. Основные понятия Лекция, практическое занятие 3 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
3 Базовые регуляторы Лекция, практическое занятие 12 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
4 Пневматика Лекция, практическое занятие 10 МОУ-Гимназия №2 Тест    
5 Трехмерное моделирование Лекция, практическое занятие 4 МОУ-Гимназия №2 Отчет    
6 Программирование Лекция, практическое занятие 32 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
7 Элементы мехатроники Лекция, практическое занятие 6 МОУ-Гимназия №2 Раменский колледж Опрос, зачет, соревнования    
8 Решение инженерных задач Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 14 МОУ-Гимназия №2, завод «Энергия» Зачет, соревнования    
9 Альтернативные среды программирования Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 8 МОУ-Гимназия №2 Зачет, соревнования    
  Состязания роботов Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 54 МОУ-Гимназия №2 Зачет, соревнования    

 

 

Третий год обучения

 

№ п/п Тема занятия Форма занятия Количество часов Место проведения Форма контроля Дата проведения Время проведения
1 Инструктаж по ТБ Лекция 1 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
2 Повторение. Основные понятия Лекция, практическое занятие 3 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
3 Знакомство с языком RobotC Лекция, практическое занятие 16 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
4 Применение регуляторов Лекция, практическое занятие 18 МОУ-Гимназия №2 Тест    
5 Элементы теории автоматического управления Лекция, практическое занятие 42 МОУ-Гимназия №2 Опрос    
6 Трехмерное моделирование Лекция, практическое занятие 4 МОУ-Гимназия №2 Отчет    
7 Решение инженерных задач Лекция, практическое занятие 24 МОУ-Гимназия №2 Раменский колледж Опрос, зачет, соревнования    
8 Знакомство с языком Си для роботов Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 28 МОУ-Гимназия №2, завод «Энергия» Зачет, соревнования    
9 Сетевое взаимодействие роботов Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 18 МОУ-Гимназия №2 Зачет, соревнования    
9 Основы технического зрения Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 12 МОУ-Гимназия №2, Раменский колледж Отчет    
10 Состязания роботов Лекция, практическое занятие, индивидуальное занятие 50 МОУ-Гимназия №2 Зачет, соревнования    

 

 

Дополнительная общеразвивающая программа технической направленности «Робототехника»

(базовый уровень)


Поделиться с друзьями:

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.117 с.