Материалы для студентов 4 курса (8 семестр) 2019-20 уч.г.

Педагогическое образование

Профиль  Физика и экономическое образование

по дисциплине "Робототехника"

Преподаватель: Юрьев Константин Александрович

Структура курса:          

Лекции 16 ч

Лабораторные занятия 26 ч

Форма итогового контроля –  экзамен.




 Лекции

Лекция 1

. Знакомство (лекция от 05.04. 2020)

Базовые алгоритмы решения задач  (лекция от 13.04. 2020). 


Основные ресурсы


Книги

Файл материалов для студентов (пока еще в процессе заполнения )


Лекции


Лабораторная работа  1. LEGO MINDSTORMS EV3: регистрация данных.

Задание 1. Ознакомьтесь в принципами работы в режиме "Эксперимент" программы LEGO MINDSTORMS EV3 Education. Используйте вкладку Самоучитель/Регистрация данных №№ 1-7.
Задание 2. Продумайте и выполните лабораторную работу по определению скорости и ускорения движения тела (по наклонной плоскости) с использованием режима "Эксперимент".
Задание 3. Продумайте и выполните лабораторную работу по определению коэффициента трения с использованием режима "Эксперимент".
Идея работы - см. пособие по цифровой лаборатории базового уровня "На-ура", стр. 28-29, способ 2.
Задание 4. Продумайте и выполните лабораторную работу по определению силы сопротивления воздуха при падении тела  вниз с использованием режима "Эксперимент".
Идею можно посмотреть здесь
 
Лабораторная работа  2. LEGO MINDSTORMS EV3: Работа с датчиками (датчик цвета)

в книге

Задание 1.На стр. 136-149 изучите режимы работы датчика цвета. Выполните калибровку датчика цвета по программе на стр. 146-149. Или в программе  Lego M.Ed.EV3 Более сложные действия/14 Датчик цвета - калибровка

Задание 2. Выполните упражнения на стр. 150-152: Задача 1 и Задача 2.

Задание 3. Выполните проект "Умный дом", на стр. 153-156.

Задание 4. Продумайте и выполните лабораторную работу по определению параметров колебания нитяного или пружинного маятника (периода и частоты колебаний) с использованием датчика цвета (в крайнем случае - ультразвукового или инфракрасного датчика).

Примечание: чтобы оценить возможности датчика цвета в фиксации изменения освещенности при колебаниях тела, используйте новый проект в режиме Эксперимент. Попробуйте эксперименты с режимом измерения яркости внешнего освещения и с режимом измерения яркости отраженного света. Зафиксируйте параметры и используйте их при написании программы.

Задание 5. Продумайте вариант программы, в которой будет рассчитываться среднее значение параметров колебания. Примечание: при выполнении задания нужно воспользоваться блоком Математика/Массивы.

Запись данных в массив и вывод результатов на экран - см. работу с массивами на стр. 116-120.

 

Лабораторная работа  3. LEGO MINDSTORMS EV3: работа с датчиками (гироскопический датчик)

Задание 1. Ознакомьтесь в принципами работы и использования гироскопического датчика на стр. 156 - 159. Выполните задачу  на стр. 159.

Задание 2. Осуществите проект "Упрямый робот" на стр. 160-165.

Задание 3. Продумайте и выполните лабораторную работу по определению коэффициента трения с использованием гироскопического датчика и датчиков касания. Для расчета точного угла можно использовать счетчик оборотов мотора.

Основную идею можно посмотреть здесь: 

.

8:34 - лабораторная работа по измерению силы трения.

Теорию к лабораторной работе можно посмотреть в пособии по базовой цифровой лаборатории "НА-ура", работа 1.7.

 

Лабораторная работа  4. LEGO MINDSTORMS EV3: работа с датчиками (ультразвуковой датчик)

Задание 1. Ознакомьтесь в принципами работы и использования ультразвукового датчика на стр. 166 - 168. Выполните задачу 3 на стр. 172.
Задание 2. Робот-полицейский. Принцип измерения скорости.

Задание 3. Построение 3D карты поверхности. Передача данных в MS- Excel. Стр. 197-200.

Задание 4. Продумайте и выполните лабораторную работу по определению скорости и ускорения движения тела ( по горизонтальной или по наклонной плоскости) с использованием ультразвукового датчика.
Можно измерять собственную скорость и ускорение роботизированной тележки (самый простой вариант).
1) Данные должны выводиться на экран в текущем режиме: скорость и ускорение движения тела (или самой тележки).
2) Данные (время и соответствующее расстояние) передаются в редактор MS Excel.
Должно быть получено 10 и более значений скорости и ускорения тела; построен  график скорости тела и график ускорения тела в зависимости от времени.
Чтобы записать и передать данные на компьютер, см. в книге п. 2.6, стр. 194 - 197.

Лабораторная работа  5. LEGO MINDSTORMS EV3: работа с датчиками (инфракрасный датчик и маяк, датчик вращения моторов)

Задание 1. Ознакомьтесь в принципами работы и использования инфракрасного датчика на стр. 174 - 176. Отработайте приемы работы с маяком на стр. 178-179 (при условии рабочего состояния маяка).

Задание 2. Осуществите проект "робот с дистанционным управлением". См. стр.182 - 185.

Можно посмотреть также здесь и здесь

Лабораторная работа  6. LEGO MINDSTORMS EV3: физические эксперименты, творческие задания.
Основное задание: разработать и сконструировать физический лабораторный или демонстрационный эксперимент с применением роботов LEGO MINDSTORMS EV3
Возможные темы и идеи:

  • Измерение скорости движения предметов методов муаровых полос (черно-белых областей) или иного метода заданного изменения коэффициента отражения света. Например, во вращательном движении тела или при его свободном падении
  • Использования роботов для моделирования физических объектов, устройств и приборов
Статьи:

Ершов М.Г. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РОБОТОТЕХНИКИ В ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ


Лабораторная работа  7. LEGO MINDSTORMS EV3: соревнования роботов (Кегельринг)

см. здесь

Задание 1. Разработать три алгоритма выталкивания предметов за пределы круга, используя только программирование моторов

Задание 2. Разработать алгоритмы выталкивания предметов за пределы круга, используя ультразвуковой и инфракрасный датчики. Вариация задания выталкивание только черных предметов или только белых. 

Выталкивание на скорость


Вопросы к экзамену

1.      Среда программирования Trik Studio.  Главное меню.

2.      Среда программирования Trik Studio. Интерфейс  Trik Studio: режим редактора

3.      Среда программирования Trik Studio. Интерфейс  Trik Studio: режим отладки.

4.      Среда программирования Trik Studio. 2D-модель. Окно двумерной модели Редактирование модели мира. Контекстное меню.

5.      Среда программирования Trik Studio. Гибкая настройка 2D-модели. Создание и Редактирование XML-файла. Тэги. Роботы. Объекты.

6.      Добавление ограничений в 2D-модель.

7.      Программирование на визуальном языке в  Trik Studio. Работа с блоками и связями. Синтаксис выражений  в блоках.

8.      Программирование на визуальном языке в  Trik Studio. Общие блоки.

9.      Программирование на визуальном языке в  Trik Studio. Работа с подпрограммами

10.  Программирование на визуальном языке в  Trik Studio. Создание упражнений.

11.  Специализированные блоки для ТРИК. Блоки действия.

12.  Специализированные блоки для ТРИК. Блоки ожидания.

13.  Специализированные блоки для ТРИК. Блоки рисования.

14.  Программные структуры. Структуры Ожидание, Цикл, Переключатель.

15.  Моторы. Программирование движений по различным траекториям

16.  Работа с подсветкой, экраном и звуком.

17.  Пропорциональное линейное управление в Trik Studio.

18.  Движение по линии на основе пропорционального управления.

19.  Использование переменных в программировании Lego Mindstorms EV3 и  Trik Studio.


Практические задания к экзамену

 1.      Нарисуйте вручную прямоугольник 7х5 клеток, заливка синяя. Напишите программу деления прямоугольников черной линией на 4 равные части.

2.      Нарисуйте красным маркером квадрат, вписанный в желтый круг радиуса 4 клетки.

3.      Объезжая поочередно небольшие препятствия, робот вычерчивает красно-желтую кривую, при левом повороте кривая красная. Поле для «Слалома»: количество препятствий – 7, расстояние между ними 3 корпуса робота. Препятствия – банки. Программирование на моторах.

4.      Создайте черную линию длиной 3 м и расставьте произвольным образом 5 банок. Робот должен объезжать препятствия, обнаружив их с помощью ИК-датчика или УЗ-датчика, пройти эту линию, не потеряв.

5.      Напишите букву (А, Б, В, Д, Е, Ж, З, И, К, М, Н, П, У, Ф, Ц, Ч, Ш, Щ, Ъ, Э, Ю,Я)

6.       Загрузите в модель мира трассу из доступных трасс, или создайте собственную и пройдите ее с помощью релейного регулятора с одним датчиком света.

7.      Загрузите в модель мира трассу из доступных трасс, или создайте собственную и пройдите ее с помощью релейного регулятора с двумя датчиками света.

8.      Загрузите в модель мира трассу из доступных трасс, или создайте собственную и пройдите ее с помощью пропорционального регулятора с одним датчиком света.

9.      Загрузите в модель мира трассу из доступных трасс, или создайте собственную и пройдите ее с помощью пропорционального регулятора с двумя датчиками света.

10.  Нарисовать стол 10х7 клеток сетки, закрасить любым цветом, и написать программу прогулки робота вдоль края стола, чтобы он не падал. 

11.  Создайте помещение с одним небольшим выходом и используйте ИК-датчик , чтобы выйти из этого помещения.

12.  «Настроение робота» Робот двигается прямо через черные и белые поля. Непрерывно выводить на экран веселый смайлик, если робот на черном поле, и грустный, если на белом. За границу считать значение 50 датчика света. 

13.  Кентервильский робот: привидение рисует каждую ночь лужи красной краской. Убедившись, что лужа красная, он довольный скрывается из виду. Когда красная краска заканчивается, он рисует лужи зеленым и расстроенный отключается.
Научите робота определять цвет лужи и выключаться, если лужа зеленая. В первый раз робот всегда в приподнятом настроении.
Пояснение. Выводить на экран: 

14.  веселый смайлик, если робот видит красную лужу (больше 72) или пустой пол меньше 5). Грустный смайлик (в течение 3 секунд) — в противном случае (зеленая лужа: от 59 до 69). И закончить выполнение программы.

15.  Напишите программу: плавный разгон робота от 0 до 100 в течение 3 секунд, а затем плавное торможение от 100 до 0 в течение 4 секунд. Используйте блок «Цикл».

16.  Нарисуйте ломаную замкнутую стену в редакторе и реализуйте движение робота вдоль стены, используя  ИК-датчик и  релейный регулятор.

17.  Нарисуйте ломаную замкнутую стену в редакторе и реализуйте движение робота вдоль стены, используя  ИК-датчик и  пропорциональный регулятор.

18.   Создайте поле для кегельринга и напишите программу для выталкивания банок за пределы круга с обнаружением банок



Материалы для подготовки

Справка Трик Студио

Страница образовательных ресурсов Трик Студио

Последнее изменение: Четверг, 25 Июнь 2020, 13:18