Материалы для студентов 2 курса (4 семестр) 2019-20 уч.г.

Педагогическое образование

Профиль Физика и Информатика, Физика и Экономическое образование

по дисциплине " Робототехника в кабинете физики"


Структура занятий:

лекции - 8 ч;

лабораторные работы - 40 ч

промежуточная аттестация -  зачет.

 

Требования к зачету:

1. Посещение лекций

2. Посещение лабораторных работ

3. Выполнение контрольных заданий по лабораторным работам.

4. Выполнение итогового контрольного задания.

Возможен зачет автоматом - написание статьи по итогам работы с роботами Lego Mindstorms  в студенческие сборники (Шаг в науку, Молодежь XXI века)

Лекции (8 ч)

Лекция 1. Введение в образовательную робототехнику. Обзор основных робототехнических платформ.

Лекция 2. Основы программирования роботов LEGO MINDSTORMS EV3

Лекция 3. Основы программирования роботов LEGO MINDSTORMS EV3

Лекция 4. Соревновательная робототехника.

Лабораторные  занятия (40 ч)


Лабораторная работа  1. КОНСТРУКТОРЫ ПРОГРАММИРУЕМЫХ РОБОТОВ LEGO MINDSTORMS EV3: СЕНСОРЫ, ДВИГАТЕЛИ, ПРОГРАММИРУЕМЫЙ БЛОК.

Цель занятия: формирование представлений о робототехническом конструкторе LEGO MINDSTORMS EV3, о программной среде и возможностях написания различных программ.

Задание для работы на занятии:

  1. Изучить комплект деталей робототехнического конструктора: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения.
  2. Изучить интерфейс программы LEGO MINDSTORMS Education EV3.
  3. Ознакомиться с Ознакомиться с блоком Краткое руководство/Руководство пользователя, обратив внимание на описание конструктивных особенностей набора, программных блоков и блоков управления.
  4. Реализовать пункты Краткое руководство/Программирование, Краткий обзор программирования.
  5. Реализовать пункты Самоучитель/Аппаратное обеспечение/1-4 (звуки модуля, индикатор состояния модуля, экран модуля, кнопки управления модулем).

Материалы

Видео Программирование в Lego Mindstorms EV3. Урок #1: Установка и обзор интерфейса программы

, с 2:01

В Книге стр. 17-26, 45-75.

 

 


Лабораторные работы 2-3. ПРОСТЕЙШИЕ АЛГОРИТМЫ ДЛЯ РОБОТОВ LEGO MINDSTORMS EV3

Цель занятия: формирование умений программировать различные виды движений робота.

Задание для работы на занятии:

  1. Программирование движений по различным траекториям.
  2. Знакомство с программными структурами.
  3. Осуществить пункты Самоучитель/Основы/#2-9


1. Осуществить пункты Самоучитель/Основы/#2-9.

2. Выполнить упражнение 1:

Роботу необходимо последовательно проехать  с мощностью 50 единиц:

- вперед один оборот с резким торможением;

- вперед 360 ° с плавным торможением;

- назад одну секунду с резким торможением;

- принудительно остановить оба мотора.

3. Выполнить упражнение 2:

Роботу необходимо проехать 1 метр и резко остановиться. Далее роботу проехать путь в 0,7 м и путь в 1, 3 м.

Указание к выполнению: нужно вычислить математически количество оборотов, необхомых для задания в программе, если известны диаметр колеса и путь, проходимый роботом. Запомните путь, проходимый роботом за один оборот мотора.

4. Выполнить упражнение 3:

Роботу необходимо повернуться против часовой стрелки вокруг левого колеса на 45°.

5. Выполнить упражнение 4:

Роботу необходимо повернуться против часовой стрелки вокруг своего центра на 135 °.

Не забывайте в конце программы ставить принудительное торможение!

Контрольные задания по работам 2-3

1) Составить программу движения робота по произвольной сложной траектории, включая криволинейные участки:

а) объехать определенное препятствие (коробку от набора, парту, стул и т.п.);

б) проехать окружность радиусом 12,5 см (на поле), вернувшись в начальную точку; сделать восьмерку; проехать полностью черную полосу на поле, используя только программирование двигателей

Комментарий.

Для движения приводной платформы по окружности радиусом R нужно использовать принцип неравномерного вращения моторов. Внутреннее колесо проходит окружность радиусом Ri=R-6 (cм), т.к. колесная база приводной платформы равна 12 см. Внешнее колесо проходит окружность радиусом Rе=R+6 (cм) по той же причине. Время движения одинаковое, значит, скорость движения задается параметрами мощности.

1) Выбираем независимое управление моторами, соотношение мощностей мотора внешнего колеса и мотора внутреннего колеса

Pe/Pi=Rе/Ri=k.

При этом нужно мощность одного мотора задать (например, мотора на внешней стороне). Тогда мощность внутреннего мотора равна Pi = Pe/k.

Например, k=2,8. Задаем Pi=20, тогда Pе = 2,8*20 = 56.

2) Количество оборотов высчитываем, как N = Se/S1, где S1=3,14·Dк, Dк - диаметр колеса, обозначен на шине, Sе - путь внешнего колеса, Sе = 3,14·De, т.е. N = De/Dк.

 

2)    Нарисовать роботом букву (кроме букв Р, Г, Л, О, С, Т).

Материалы

В книге стр. 30-45


Лабораторные работы 4-6. АЛГОРИТМЫ ДЛЯ РОБОТОВ LEGO MINDSTORMS EV3

Цель занятия: формирование умений управлять поведением робота.

Задание для работы на занятии:

  1. Программирование датчиков.
  2. Знакомство с программными структурами.
  3. Осуществить пункты Самоучитель/Более сложные действия/#1-18.

Задание 1. Проработайте проекты "Спортивное табло", "Автофиниш" из книги на стр. 98-104.

Задание 2. Познакомьтесь с примерами работы блока "Математика" из книги на стр. 107-108.

Задание 3. Составьте программу движения робота по спирали (круговой, прямоугольной).

Задание 4. Проработайте проект "60 секунд" из книги на стр. 109-111. Добавьте на в часы минутную и часовую стрелки.

 


Контрольные задания по работам 4-6

1. Составьте программу измерения пути и скорости прямолинейного равномерного движения робота и вывода значения скорости робота на экран.

2. Составьте программу измерения пути, скорости и ускорения прямолинейного равноускоренного движения робота и вывода значения скорости робота на экран:

а) с выводом значений средней скорости и ускорения после прохождения всего пути

б) с выводом значений мгновенной скорости и ускорения во время движения робота

в) сделать модификацию опыта как для равноускоренного, так и для равнозамедленного движения.

3. Установить робота на игровом поле колесами в положении "Start". На противоположном от робота конце трека поставить препятствие (бутылку, стакан). Запрограммировать робота на движение по треку с объездом препятствия ( на прямом участке и на криволинейном участке).

Движение по черной линии можно сделать на основе пропорционального регулирования: см. в лекции

книга "Пропорциональное регулирование"


Лабораторные работы 7-8. Ознакомление с режимом работы модуля "Эксперимент"

Цель занятия: формирование представлений об основных режимах работы модуля LEGO MINDSTORMS EV3 при выполнении регистрации данных

 

Задание для работы на занятии:

1. Ознакомьтесь с различными вариантами регистрации данных: Самоучитель/Регистрация данных #1-7. Вместо датчика температуры можно использовать любой другой датчик.

2. Продумайте и осуществите физический эксперимент по регистрации и анализу движения робота:

а) прямолинейного равномерного

б) прямолинейного равноускоренного

в) равномерного движения по окружности

г) движения относительно подвижной системы отсчета (можно взять крышку от набораи двигать ее рукой)

Получите графики зависимостей величин от времени и составьте их письменную характеристику.


Лабораторные работы 9-10. Элементы соревновательной робототехники

Цель занятия: формирование представлений об основных видах соревнований роботов

Задание для работы на занятии:

  1. Ознакомьтесь с материалами по соревновательной робототехнике (сумо, кегельринг, слалом) – Овсяницкие, Курс программирования Лего. стр. 232-246.
  2. Попробуйте один из вариантов программирования роботов -  сумо, кегельринг, слалом

Контрольное задание:

- реализовать отлаженную программу игры на практике.

Материалы

В книге стр. 232-286

Выход из лабиринта.


Кегельринг

 

 

 

 

Последнее изменение: Четверг, 19 Март 2020, 21:00