مدخلتطوير فصل مفتوح في مجال الروبوتات باستخدام ev3. الروبوتات وبناء ليغو
مؤسسة تعليمية الميزانية البلدية
مدرسة أولكوفاتسك الثانوية
برمجة الروبوت LEGO Mindstorms EV3
مدرس علوم الكمبيوتر وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات
ميركولوفا ج.
ص. أولخوفاتكا ، 2017
الأهداف:
مقدمة إلى الروبوتات باستخدام مجموعة LEGO Education Mindstorms EV3 التعليمية (LEGO Education Mindstorms EV3) ؛
منهجية المعرفة حول موضوع "الخوارزميات" (على سبيل المثال من عمل روبوتات LEGO Mindstorms EV3) ؛
إتقان مفاهيم المؤدي ، الخوارزمية ، الخوارزمية الدورية ، خصائص الخوارزمية الدورية ، لإعطاء فكرة عن كيفية تكوين أبسط الخوارزميات الدورية في بيئة LEGO Education. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إتقان مفهوم النمط الهندسي.
أثناء الدرس ، يجب على الطلاب إظهار النتائج التالية في شكل أنشطة تعليمية شاملة:
تنظيمية:
تنظيم وتعميم المعرفة حول موضوع "الخوارزميات" من أجل التنفيذ الناجح للخوارزمية الدورية للروبوت المجمع ؛
تعلم كيفية برمجة الروبوتات باستخدام برنامج LEGO Education Mindstorms EV3.
الإدراكي:
تعلم الروبوتات ، وإنشاء الروبوت الخاص بك ، والقدرة على البرمجة باستخدام برنامج LEGO Mindstorms EV3 ؛
دراسة تجريبية وتقييم (قياس) لتأثير العوامل الفردية.
التواصلي: تطوير مهارات الاتصال عند العمل في مجموعة أو فريق.
الشخصية: تنمية الذاكرة والتفكير ، وإمكانية دراسة الروبوتات في سنوات التخرج.
نوع الدرس: مشترك
نوع الدرس: عمل عملي
المعدات: جهاز عرض الوسائط المتعددة ، مجموعة البناء LEGO Mindstorms EV3 45544 (4 قطع) ، والتي تتضمن 541 عنصرًا ، بما في ذلك مفتاح USB LEGO ، ومحركان مؤازران كبيران ، ومستشعر فوق صوتي ، ومستشعر ألوان ، ومستشعر لمس.
خطة الدرس:
اللحظة التنظيمية (دقيقتان)
تكرار المادة النظرية للدرس السابق (10 دقائق)
العمل التطبيقي: تطوير خوارزمية للروبوت (23 دقيقة)
تلخيص الدرس. انعكاس (3 دقائق)
مرحلة معلومات الواجب المنزلي (دقيقتان)
خلال الفصول:
تنظيم الوقت.
الغرض من هذا الدرس هو تعريفك بـ Lego mindstorms. لتعليم كيفية برمجتها لأداء مهام محددة ، لتحليل الحلول الأساسية للمشكلات الأكثر شيوعًا معك.
تُستخدم مجموعة من الأجزاء لتوصيل الحزم ببعضها البعض ، بالكتلة وأجهزة الاستشعار. تسمى الأجزاء ذات المقطع العرضي المحاور (أحيانًا المسامير) وتستخدم لنقل الدوران من المحركات إلى العجلات والتروس.
ثانيًا. تكرار المادة النظرية للدرس السابق.
المعلم: يستخدم كل منا خوارزميات مختلفة يوميًا: التعليمات والقواعد والوصفات وما إلى ذلك. عادة نفعل هذا دون تفكير. على سبيل المثال ، أنت تعرف جيدًا كيفية زراعة الأشجار. ولكن لنفترض أننا بحاجة إلى تعليم هذا لأخ أو أخت أصغر. هذا يعني أنه سيتعين علينا أن نشير بوضوح إلى الإجراءات وترتيب تنفيذها.
ماذا ستكون هذه الأفعال وما هو ترتيبها؟
يضع الطلاب قاعدة غرس الأشجار.
حفر حفرة.
اغمس الشتلة في الحفرة.
املأ الحفرة بالشتلات بالأرض.
صب الماء على الشتلات.
استمر.
حفر حفرة.
اغمس الشتلة في الحفرة.
إلخ.
دعنا الآن نجيب على الأسئلة التالية:
ما هي خاصية الخوارزمية الدورية؟
ما هي خوارزميات التكرار ل؟
ما هي خصائص الخوارزميات الدورية؟
كيف يقوم المنفذ بتنفيذ خوارزمية التكرار؟
يجيب الطلاب على الأسئلة المقترحة ، ويوضح المعلم الإجابات الصحيحة على الشرائح.
ثالثا. عمل تطبيقي: تطوير خوارزمية دورية للروبوت
الآن دعنا ننتقل إلى الروبوتات الخاصة بنا (في هذا الدرس ، هذه "روبوتات ذات ثلاث عجلات مع علامة للرسم في الحقل" ، تم إنشاؤها وفقًا للتعليمات) ، والتي جمعناها في الدرس الأخير.
دعونا نحاول في برنامج خاصقم بتكوين خوارزمية دورية سيقومون بتنفيذها باستخدام الأوامر التالية:
ابدأ تنفيذ الخوارزمية
تحكم كبير في المحرك (تشغيل لعدد الثورات)
تحكم كبير في المحرك (يتم تشغيله لعدد من الثواني)
التحكم في محركين (التوجيه ، قم بتشغيل عدد الثورات)
تكرار إجراء أو مجموعة إجراءات
(دورة)
وقفة (بالثواني)
المهمة 1: اكتب خوارزمية خطية تسمح للروبوت بالتحرك في خط مستقيم والدوران بزاوية (90 درجة).
أولاً ، سنحدد الأوامر التي نحتاجها ، وفي أي اتجاه يجب أن يدور المحرك ، والفاصل الزمني لتشغيل المحرك وتسلسل تنفيذ الأمر.
الخيار الصحيح:
ملاحظة: سيكون وقت تشغيل المحرك في كل حالة على حدة مختلفًا ، اعتمادًا على زاوية الدوران المطلوبة ، يتم تحديد قيم المحرك (الوقت / الطاقة).
المهمة 2: تغيير الخوارزمية الخطية التي تم إنشاؤها إلى خوارزمية دورية (من الممكن تعيين عدد مرات تكرار الدورة).
الخيار الصحيح:
ملاحظة: قم بتحليل الشكل الهندسي الذي سيرسمه الروبوت في الحقل بعلامة. (سيتم رسم مربع)
المهمة 3: تغيير الخوارزمية (تغيير معلمات الحركة الأمامية ولكن بدون تغيير زاوية الدوران ، وتكرار الروبوت لعدد محدود من التكرارات لجسم الدورة - 4) ومعرفة الشكل الذي سيرسمه الروبوت. مثال:
وصف الإجراءات: قُد للأمام لمدة ثانيتين ، استدر 90 درجة ، انطلق للأمام 4 ثوانٍ ، استدر 90 درجة. ستكون النتيجة مستطيلاً.
ملاحظة: قم بتحليل الشكل الهندسي الذي سيرسمه الروبوت في الحقل بعلامة. (سيتم رسم مستطيل)
المهمة 4: قم بتغيير الخوارزمية وفقًا لتقديرك (تغيير معلمات الحركة الأمامية وتغيير زاوية الدوران ، وتكرار الروبوت لعدد لا حصر له من التكرارات لجسم الدورة) ومعرفة الأشكال التي سيرسمها الروبوت. تحدث إلى الرجال عن مصطلح "النمط الهندسي". على سبيل المثال:
تحليل الأشكال الناتجة. انتبه إلى الخوارزمية لكل منهم. على الأرجح ، سيكون لكل مجموعة من الطلاب نوع من النمط.
رابعا. تلخيص الدرس. انعكاس.
حسنًا يا رفاق ، دعونا نلخص عملنا.
ما نوع الخوارزميات التي أخذناها في الاعتبار عمليًا اليوم؟
ما هي خصائص الخوارزمية الدورية؟
ما المهام التي يمكن تنفيذها باستخدام الخوارزميات الدورية؟
خامساً: مرحلة معلومات الواجبات المنزلية.
أكتب واجب، فرض: تطوير خوارزمية لحركة الروبوت بحيث يرسم الشكل التالي.
سيكون موضع تقدير بالتأكيد المهمة!
شكرا لك على الدرس! وداعا يا رفاق.
قائمة المواد التعليمية المستخدمة:
تعليمات للعمل مع مجموعة LEGO Mindstorms EV3 45544.
Vyazov S.M.، Kalyagina O.Yu.، Slezin K.A. الروبوتات التنافسية: تقنيات البرمجة في بيئة EV3: دليل دراسة. - دار النشر M. Pero، 2014
برنامج LabView لمجموعات Lego EV3 45544.
برنامج PervoLogo 3.0.
موارد الإنترنت.
13 صفحة 14 - 2-15
التحكم في المحرك الثاني الكبير بمحركين البرنامج 1 الشكل لعنوان dz 1 العنوان 3 العنوان 4 العنوان 515
في الدرس الثاني ، سوف نتعرف بمزيد من التفصيل على بيئة البرمجة وندرس بالتفصيل الأوامر التي تحدد حركة عربة الروبوت الخاصة بنا ، والتي تم تجميعها في الدرس الأول. لذلك دعونا نبدأ بيئة برمجة Lego mindstorms EV3 ، ونقوم بتحميل مشروع دروسنا .ev3 الذي أنشأناه سابقًا ونضيفه إلى المشروع برنامج جديد- الدرس -2-1. يمكن إضافة البرنامج بطريقتين:
- اختر فريق "ملف" - "إضافة برنامج" (Ctrl + N).
- صحافة "+" في علامة تبويب البرامج.
لوحات البرمجة وكتل البرامج
دعنا الآن نوجه أعيننا إلى القسم السفلي من بيئة البرمجة. من مادة الدرس الأول ، نعلم بالفعل أن أوامر برمجة الروبوت موجودة هنا. قام المطورون بتطبيق تقنية أصلية ، وبعد تجميع كتل البرنامج ، قاموا بتعيين كل مجموعة لونها الخاص ، واستدعاء لوحات المجموعات.
اللوحة الخضراء تسمى: "عمل":
تحتوي هذه اللوحة على كتل برامج التحكم في المحرك ، وكتلة العرض ، وكتلة التحكم في مؤشر حالة الوحدة. سنبدأ الآن في استكشاف كتل البرمجة هذه.
لوحة خضراء - كتل العمل
تم تصميم كتلة البرنامج الأولى للوحة الخضراء للتحكم في محرك متوسط ، والكتلة الثانية للتحكم في محرك كبير. نظرًا لأن معلمات هذه الكتل متطابقة ، فلننظر في الإعداد باستخدام مثال كتلة - محرك كبير.
ل الإعداد الصحيحوحدة تحكم كبيرة في المحرك ، يجب علينا:
- حدد المنفذ الذي يتصل به المحرك (أ ، ب ، ج أو د) (الشكل 3 نقاط البيع 1)
- حدد وضع تشغيل المحرك (الشكل 3 نقاط البيع 2)
- تكوين معلمات الوضع المحدد (الشكل 3 نقاط البيع 3)
ما هو الفرق بين الأوضاع؟ الوضع: "شغله"يتحول على المحرك مع معلمة معينة "سلطة"ثم يتم نقل التحكم إلى كتلة البرنامج التالية من البرنامج. سيستمر المحرك في العمل حتى يتوقف عند الكتلة التالية "محرك كبير"مع الوضع "اطفئه"أو الكتلة التالية "محرك كبير"لن تحتوي على أي معلمات تنفيذ أخرى. الوضع "تشغيل لعدد الثواني"يشتمل على محرك كبير بقوة مثبتة الكمية المحددةثوانٍ ، وفقط في نهاية الوقت سيتوقف المحرك ، وستنتقل أداة التحكم في البرنامج إلى كتلة البرنامج التالية. سوف يتصرف المحرك بالمثل في الأوضاع "تضمين بعدد الدرجات"و "تشغيل لعدد الثورات": فقط بعد تنفيذ الدوران المحدد للمحرك ، سيتوقف وسينتقل التحكم في البرنامج إلى الكتلة التالية.
يمكن أن تأخذ معلمة القدرة (في الشكل 3 ، القدرة على 75) قيمًا من -100 إلى 100. تحدد قيم القدرة الإيجابية دوران المحرك في اتجاه عقارب الساعة ، سالب - عكس اتجاه عقارب الساعة. عندما تكون قيمة الطاقة تساوي 0 ، لن يدور المحرك ، وكلما زادت قيمة الطاقة ، زادت سرعة دوران المحرك.
يتم تعيين معلمة الطاقة فقط بقيم عدد صحيح ، المعلمات: الثواني ، الدرجات ، الثورات يمكن أن تأخذ قيمًا مع كسر عشري. ولكن يجب أن نتذكر أن الحد الأدنى لخطوة دوران المحرك هو درجة واحدة.
بشكل منفصل ، ينبغي أن يقال عن المعلمة "تمهل في النهاية"... هذه المعلمة ، إذا تم ضبطها على "الفرامل"يجعل المحرك يتباطأ بعد تنفيذ الأمر ، وإذا تم ضبطه على "تجاوز"، ثم يدور المحرك بالقصور الذاتي حتى يتوقف عن نفسه.
كتلتان البرنامج التاليتان "توجيه"وتنفيذ التحكم في زوج من المحركات الكبيرة. بشكل افتراضي ، يتصل المحرك الأيسر الكبير بالمنفذ "الخامس"، والحق - إلى الميناء "مع"... لكن يمكنك تغيير منافذ الاتصال في إعدادات الكتلة وفقًا لمتطلبات التصميم الخاص بك ( أرز. 4 نقاط البيع. 1).
معامل "توجيه" (أرز. 4 نقاط البيع. 2) تأخذ قيمًا من -100 إلى 100. القيم السلبية للمعامل تجعل الروبوت يتجه إلى اليسار ، إذا كانت القيمة تساوي 0 ، يتحرك الروبوت بشكل مستقيم ، والقيم الإيجابية تجعل الروبوت يتحول إلى الحق. يغير السهم الموجود أعلى المعلمة الرقمية اتجاهه بناءً على القيمة ، مما يشير إلى اتجاه حركة الروبوت ( أرز. 5).
كتلة البرنامج "التحكم المستقل في المحرك"على غرار كتلة البرنامج "توجيه"... كما أنها تتحكم في محركين كبيرين ، فقط بدلاً من المعلمة "توجيه"يصبح من الممكن التحكم بشكل مستقل في قوة كل محرك. بقيمة متساوية للمعلمة "سلطة"بالنسبة للمحركات اليمنى واليسرى ، يتحرك الروبوت في خط مستقيم. إذا تم تطبيق قيمة طاقة سالبة (على سبيل المثال -50) على محرك واحد ، وقيمة موجبة (على سبيل المثال 50) على الثاني ، فإن الروبوت سوف يستدير في مكانه ( أرز. 6).
تشبه أوضاع تشغيل هذه الكتل أوضاع وحدة التحكم لمحرك واحد ، لذلك لا يلزم وصف إضافي ...
حركة الخط المستقيم ، المنعطفات ، الانعكاس في نقطة التوقف
لذا ، يمكننا الآن كتابة برنامج للروبوت للتحرك على طول الطريق.
المشكلة 1
شاشة ، صوت ، مؤشر حالة الوحدة
كتلة البرنامج "شاشة"يسمح لك بإخراج نص أو معلومات بيانيةعلى شاشة LCD الخاصة بوحدة البناء EV3. ماذا يمكن أن يكون الاستخدام العملي؟ أولاً ، في مرحلة برمجة وتصحيح البرنامج ، يمكنك عرض القراءات الحالية لأجهزة الاستشعار على الشاشة أثناء تشغيل الروبوت. ثانيًا ، يمكنك عرض اسم المراحل الوسيطة لتنفيذ البرنامج على الشاشة. حسنًا ، ثالثًا ، بالمساعدة الصور الرسوميةيمكنك "تحريك" شاشة الروبوت ، على سبيل المثال ، باستخدام الرسوم المتحركة.
كتلة البرنامج "شاشة"أربعة أوضاع تشغيل: الوضع "نص"يسمح لك بعرض سلسلة نصية على الشاشة ، الوضع "الأشكال"يسمح لك بعرض واحد من أربعة أشكال هندسية (مستقيم ، دائرة ، مستطيل ، نقطة) على الشاشة "صورة"يمكن عرض صورة واحدة. يمكنك اختيار صورة من مجموعة غنية من الصور أو رسمها باستخدام محرر الصور. الوضع "إعادة تعيين نافذة الإعدادات"يعيد ضبط شاشة وحدة البناء EV3 على شاشة المعلومات القياسية التي تظهر أثناء تشغيل البرنامج.
ضع في اعتبارك معلمات كتلة البرنامج "شاشة"في الوضع "نص" (الشكل 9 نقاط البيع 1)... يتم إدخال السلسلة التي سيتم عرضها على الشاشة في حقل خاص (الشكل 9 نقاط البيع 2)... لسوء الحظ ، لا يمكن إدخال سوى الأحرف اللاتينية والأرقام وعلامات الترقيم في حقل إدخال النص. إذا كان الوضع "شاشة واضحة"ضبط ل "صحيح"، ثم سيتم مسح الشاشة قبل عرض المعلومات. لذلك ، إذا كنت بحاجة إلى دمج الإخراج الحالي مع المعلومات الموجودة بالفعل على الشاشة ، فاضبط هذا الوضع على "راحه"... أساليب "X"و "نعم"حدد النقطة على الشاشة التي يبدأ منها إخراج المعلومات. يبلغ عرض وحدة البناء EV3 178 بكسل (نقطة) وارتفاعها 128 بكسل. الوضع "X"يمكن أن تأخذ القيم من 0 إلى 177 ، الوضع "نعم"يمكن أن تأخذ القيم من 0 إلى 127. للنقطة اليسرى العليا إحداثيات (0 ، 0) ، النقطة اليمنى السفلية (177 ، 127)
أثناء إعداد كتلة البرمجة "شاشة"يمكنك تمكين وضع المعاينة (الشكل 9 نقاط البيع 3)وتقييم نتيجة إعدادات إخراج المعلومات بصريًا.
في الوضع "الأشكال" (الشكل 11 نقاط البيع 1) تتغير إعدادات كتلة البرنامج حسب نوع الشكل. لذلك عند عرض دائرة ، سوف تحتاج إلى ضبط الإحداثيات "X"و "نعم"مركز الدائرة وكذلك القيمة "نصف القطر"... معامل "ملء" (الشكل 11 نقاط البيع 2)مسؤول عن حقيقة أنه سيتم عرض المخطط التفصيلي للشكل ، أو سيتم ملء المنطقة الداخلية للشكل باللون المحدد في المعلمة "اللون" (الشكل 11 نقاط البيع 3).
لعرض خط مستقيم ، يجب عليك تحديد إحداثيات النقطتين المتطرفتين اللتين يقع بينهما الخط المستقيم.
لعرض المستطيل ، يجب تحديد الإحداثيات "X"و "نعم"الزاوية اليسرى العليا من المستطيل ، بالإضافة إلى "عرض"و "ارتفاع".
النقطة هي الأسهل في العرض! حدد إحداثياتها فقط "X"و "Y".
الوضع "صورة"ربما يكون الوضع الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر استخدامًا. يسمح لك بعرض الصور على الشاشة. تحتوي بيئة البرمجة على مكتبة ضخمة من الصور ، مقسمة إلى فئات. بالإضافة إلى الصور الموجودة ، يمكنك دائمًا إنشاء الرسم الخاص بك ، وبعد إدراجه في المشروع ، يمكنك عرضه على الشاشة. ("القائمة الرئيسية لبيئة البرمجة" - "الأدوات" - "محرر الصور")... أثناء إنشاء صورتك ، يمكنك أيضًا عرض رموز الأبجدية الروسية.
كما ترى ، تولي بيئة البرمجة أهمية كبيرة لعرض المعلومات على شاشة وحدة البناء Master EV3. دعنا نلقي نظرة على كتلة البرنامج المهمة التالية "يبدو"... باستخدام هذه المجموعة ، يمكننا إخراج ملفات صوتية ونغمات ذات طول وتردد عشوائي ونوتات موسيقية إلى السماعة الداخلية لوحدة البناء EV3. دعونا نلقي نظرة على إعدادات كتلة البرنامج في الوضع "تشغيل النغمة" (الشكل 15)... في هذا الوضع ، تحتاج إلى ضبط "تكرار"نغمات (الشكل 15 نقاط البيع 1), "مدة"السبر في ثوان (الشكل 15 نقاط البيع 2)فضلا عن حجم الصوت (الشكل 15 نقاط البيع 3).
في الوضع "تشغيل ملاحظة"بدلاً من تردد النغمة ، تحتاج إلى تحديد ملاحظة على لوحة مفاتيح افتراضية، وكذلك تحديد المدة والحجم (الشكل 16).
في الوضع "ملف اللعب"يمكنك اختيار أحد ملفات الصوت من المكتبة (الشكل 17 نقاط البيع 1)، أو عن طريق توصيل ميكروفون بجهاز الكمبيوتر الخاص بك باستخدام محرر الصوت ("القائمة الرئيسية لبيئة البرمجة" - "الأدوات" - "محرر الصوت")سجل ملف الصوت الخاص بك وقم بتضمينه في المشروع.
دعنا نلقي نظرة فاحصة على المعلمة "نوع التشغيل" (الشكل 17 نقاط البيع 2)مشترك لجميع أوضاع كتلة البرنامج "يبدو"... إذا تم تعيين هذه المعلمة على "انتظر حتى الاكتمال"، ثم يتم نقل عنصر التحكم إلى كتلة البرنامج التالية فقط بعد التشغيل الكامل لملف الصوت أو الصوت. إذا قمت بتعيين إحدى القيمتين التاليتين ، فسيبدأ تشغيل الصوت وسينتقل عنصر التحكم في البرنامج إلى كتلة البرنامج التالية ، وسيتم تشغيل ملف الصوت أو الصوت مرة واحدة فقط أو سيتم تكراره حتى يتم إيقافه بواسطة برنامج آخر منع "يبدو".
يبقى لنا أن نتعرف على آخر كتلة برنامج من اللوحة الخضراء - الكتلة "مؤشر حالة الوحدة النمطية"... يتم تثبيت الترميز اللوني حول أزرار التحكم في وحدة البناء EV3 ، والتي يمكن أن تتوهج بأحد الألوان الثلاثة: لون أخضر, البرتقاليأو أحمر... لتشغيل - إيقاف تشغيل مؤشر اللون ، يكون الوضع المقابل مسؤولاً (الشكل 18 نقاط البيع 1)... معامل "اللون"يحدد مخطط ألوان المؤشر (الشكل 18 نقاط البيع 2)... معامل "نبض"مسؤول عن تشغيل - إيقاف تشغيل وضع وميض مؤشر اللون (الشكل 18 بند 3)... كيف يمكن استخدام مؤشر اللون؟ على سبيل المثال ، يمكنك استخدام إشارات لونية مختلفة أثناء أوضاع تشغيل الروبوت المختلفة. سيساعدك هذا على فهم ما إذا كان البرنامج يعمل كما خططنا أم لا.
دعونا نضع هذه المعرفة موضع التنفيذ ونرسم برنامجنا من المشكلة الأولى قليلاً.
المهمة 2
حاول حل المشكلة بنفسك دون النظر إلى الحل!
يجب أن يحتوي الاختبار على أسئلة بسيطة ومصاغة بوضوح حول المُنشئ ، وحول ليغو ، وقوانين الفيزياء ، والرياضيات ، وما إلى ذلك. عدد الأسئلة الموصى به هو من 10 إلى 20. يجيب التلاميذ على أسئلة بسيطة ، وتحقق من مستوى معرفتهم. يوصى بتضمين الاختبار بعض الأسئلة الصعبة من الدورة: "ماذا لو ...". نتيجة الاختبار ، يجب أن نفهم ما إذا كان الطالب قد تعلم أي شيء.
هنا بعض تقريبية أسئلة لرصد المعرفة حول الروبوتات للنصف الأول من العام.
1) البناء هو - ..... (اختر التعريف الصحيح للمصطلح)
2) بقلم الكلمات الدالةتحديد نوع المُنشئ: كرة ، أخدود ، زاوية ميل ، عوائق.
3) حدد الخصائص الرئيسية لمجموعة البناء الخشبية:
4) حدد الكلمة المفقودة: ____________ يتكون المُنشئ من قوالب ذات لون وأحجام مختلفة ، يتم "وضعها" على بعضها البعض باستخدام مثبتات خاصة.
5) اختر مُنشئًا يمكنه التحول من نموذج كامل إلى آخر.
6) مجموعة من الصفائح المعدنية المختلفة ، تسمى الزوايا التي يتم تثبيتها مع البراغي؟
7) الاستخدام المباشر للمواد لتوفير بعض الوظائف الميكانيكية ؛ في حين أن كل شيء يقوم على التصاق ومقاومة الأجسام المتبادلين. اختر المناسب هذا التعريفمصطلح:
8) من صاغ قوانين الروبوتات الثلاثة؟ ما هو اسم ولقب كاتب الخيال العلمي الذي صاغ قوانين الروبوتات الثلاثة؟
9) آلة مجسمة تقلد شخصًا ، تسعى إلى استبدال شخص في أي من أنشطته. حدد المصطلح المقابل لهذا التعريف:
10) من الذي ابتكر كلمة "إنسان آلي"؟ ما هو اسم ولقب كاتب الخيال العلمي ، مؤلف كلمة "روبوت"؟
11) جهاز آلي تم إنشاؤه بناءً على مبدأ الكائن الحي. العمل وفقًا لبرنامج محدد مسبقًا وتلقي معلومات عنه العالم الخارجيمن أجهزة الاستشعار ، يتم بشكل مستقل عمليات الإنتاج وغيرها من العمليات التي يقوم بها عادة الشخص. حدد المصطلح المقابل لهذا التعريف:
12) مجموعة من الآليات التي تحل محل شخص أو حيوان في منطقة معينة. يتم استخدامه بشكل أساسي لأتمتة العمالة. حدد المصطلح المقابل لهذا التعريف:
13) تفاصيل مجموعة Lego Mindstorms EV3 المصممة لبرمجة حركات الروبوت القوية والدقيقة:
الغرض من هذه الدورة هو تعريفك بـ Lego mindstorms. لتعليم كيفية تجميع التصميمات الأساسية للروبوتات ، وبرمجتها لأداء مهام محددة ، لتحليل الحلول الأساسية لمشكلات المنافسة الأكثر شيوعًا معك.
تم تصميم الدورة لأولئك الذين يتخذون خطواتهم الأولى في عالم الروبوتات باستخدام Lego mindstorms. على الرغم من أن جميع أمثلة الروبوتات في هذه الدورة التدريبية مصنوعة باستخدام مُنشئ Lego mindstorms EV3 ، يتم شرح برمجة الروبوتات باستخدام مثال بيئة تطوير Lego mindstorms EV3 ، ومع ذلك ، يمكن لمالكي Lego mindstorms NXT أيضًا الانضمام إلى دراسة هذه الدورة ، و ، آمل أن يجدوا لأنفسهم نفس الفائدة ...
1.1 ماذا يوجد في المجموعة؟ تصنيف الأجزاء ، ربط الأجزاء ببعضها البعض ، الوحدة الرئيسية ، المحركات ، أجهزة الاستشعار
لنبدأ مع Lego mindstorms EV3. بعد طباعة المُنشئ ، سنجد فيه مجموعة متنوعة من التفاصيل. إذا كنت معتادًا على طوب Lego التقليدي ، لكنك لم تصادف مجموعات Technic Lego من قبل ، فقد تشعر بالإحباط قليلاً بسبب التفاصيل غير العادية. ومع ذلك ، فإن التعامل معهم ليس بالأمر الصعب على الإطلاق. لذلك ، دعنا نقسم كل التفاصيل بشكل مشروط إلى عدة فئات. يوضح الشكل أجزاء تسمى الحزم (في بعض الأحيان لهذه الأجزاء يمكنك العثور على الاسم - الحزمة) تلعب الحزم دور الإطار (الهيكل العظمي للروبوت الخاص بك) ،
أرز. 1
تُستخدم المجموعة التالية من الأجزاء لتوصيل الحزم ببعضها البعض ، بالكتلة وأجهزة الاستشعار. تسمى الأجزاء ذات المقطع العرضي المحاور (أحيانًا المسامير) وتستخدم لنقل الدوران من المحركات إلى العجلات والتروس. تسمى الأجزاء التي تشبه الأسطوانات (التي لها دائرة في المقطع العرضي) دبابيس (من الدبوس الإنجليزي - دبوس الشعر) ،
أرز. 2
يوضح الشكل أدناه الخيارات المختلفة لتوصيل الحزم باستخدام المسامير.
أرز. 3
المجموعة التالية من الأجزاء تسمى الموصلات. مهمتهم الرئيسية هي توصيل الحزم في مستويات مختلفة ، وتغيير زاوية ربط الأجزاء وتوصيل المستشعرات بالروبوت.
أرز. 4
ننتقل إلى المجموعة التالية من الأجزاء. تم تصميم التروس لنقل الدوران من المحركات إلى العناصر الهيكلية الأخرى للروبوت. كقاعدة عامة ، هذه عجلات ، ولكن في الوقت نفسه ، يمكن استخدام التروس على نطاق واسع في تصميمات مختلفة من الروبوتات التي لا تتطلب الدوران. بالتأكيد سنلتقي بهم أكثر من مرة عند تصميم آليات معقدة.
أرز. 5
وبالطبع ، يتم توفير الحركة في الفضاء لروبوتنا من خلال عجلات ومسارات مختلفة معروضة في المجموعة.
أرز. 6
المجموعة التالية من التفاصيل تحمل وظائف زخرفية. بمساعدتهم ، يمكننا تزيين الروبوت الخاص بنا وإعطائه مظهرًا فريدًا.
أرز. 7
تشتمل مجموعة Lego mindstorms EV3 على محركين كبيرين. تعمل المحركات كعضلات أو عناصر قوة في روبوتنا. غالبًا ما تستخدم المحركات الكبيرة لنقل الدوران إلى العجلات ، وبالتالي تمكين الروبوت من التحرك. يمكننا القول أن هذه المحركات تؤدي نفس دور أرجل الشخص.
أرز. ثمانية
يعمل محرك متوسط واحد ، والذي تم تضمينه أيضًا في مجموعة Lego mindstorms EV3 ، كقوة دافعة لمختلف ملحقات الروبوت (المخالب ، وحدات القابض ، المتلاعبات المختلفة) عن طريق القياس مع المحركات الكبيرة ، دعونا نخصص نفس الدور للمحرك المتوسط مثل أيدينا.
أرز. 9
توفر المستشعرات المضمنة في مجموعة Lego mindstorms للروبوت المعلومات اللازمة من البيئة الخارجية. تتمثل المهمة الرئيسية للمبرمج في تعلم كيفية استخراج المعلومات الواردة من المستشعرات وتحليلها ، ثم إعطاء الأوامر الصحيحة للمحركات لأداء إجراءات معينة.
أرز. عشرة
حسنًا ، العنصر الرئيسي للمُنشئ لدينا هو كتلة EV3 الرئيسية. هذا الجسم يحتوي على دماغ الروبوت لدينا. هنا يتم تنفيذ البرنامج الذي يتلقى المعلومات من أجهزة الاستشعار ويعالجها وينقل الأوامر إلى المحركات.
أرز. أحد عشر
1.2 نقوم بتجميع روبوت ندرس به هذه الدورة
حان الوقت لتجميع أول روبوت لدينا.
في المرحلة الأولى ، سيكون تصميم الروبوت الخاص بنا على النحو التالي:
- محركان كبيران حتى نتمكن من تعليم روبوتنا الدوران
- عجلتان دافعتان تنتقل إليهما قوى المحركات.
- عجلة أو وصلة كروية واحدة تدور بحرية والتي ستمنح روبوتنا الاستقرار.
- كتلة واحدة رئيسية من EV3 ستقوم بتخزين وتنفيذ برنامجنا.
- عدد من التفاصيل لإعطاء الهيكل نظرة نهائية.
هذا الروبوت الأبسط يسمى روبوت الترولي.
يمكنك تجربة أو بناء روبوت وفقًا للإرشادات المقترحة ، اعتمادًا على إصدار مجموعة EV3 الخاصة بك:
بمجرد أن يصبح الروبوت جاهزًا ، فلنبدأ في تعلم بيئة البرمجة.
1.3 الإلمام ببيئة البرمجة
تتمثل الخطوة الأولى في تحميل بيئة برمجة Lego mindstorms EV3. في القائمة الرئيسية للبرنامج ، حدد: " ملف "-" مشروع جديد" أو اضغط على " +" يشار إليه بالسهم في الشكل.
أرز. 12
يمكن أن يحتوي مشروع واحد على العديد من البرامج. لكي يتم تحميل المشروع بشكل صحيح في الروبوت الخاص بنا من الضروري استخدام حروف الأبجدية اللاتينية فقط في اسم المشروع والبرامج!دعنا نسمي مشروعنا الدروس(الدروس) والبرنامج الأول - الدرس 1(الدرس 1). من أجل إعطاء اسم للمشروع ، سنستخدم القائمة الرئيسية للبرنامج: "ملف" - "حفظ المشروع باسم ..."لتغيير اسم البرنامج - يجب عليك القيام به نقرتين متتاليتينبالماوس على اسمه (البرنامج) وادخل اسمك.
لنشغل الكتلة المركزية لروبوتنا. للقيام بذلك ، انقر فوق زر الحظر المركزي (الأغمق). باستخدام كبل USB المرفق مع المجموعة ، سنقوم بتوصيل الروبوت بالكمبيوتر. سينعكس اتصال الروبوت الناجح في علامة تبويب الأجهزة البرمجيات EV3 في الركن الأيمن السفلي من البرنامج.
أرز. 13
إذا كان اتصال الروبوت ناجحًا ، فلنبدأ البرمجة وإنشاء برنامجنا الأول.
1.4 برنامجنا الأول!
دعونا نعلم الروبوت أن يتحرك للأمام مسافة معينة. في الجزء السفلي من الشاشة توجد لوحة البرمجة ، كل لون من اللوحة يتوافق مع مجموعة مختلفة من كتل البرمجة. دعونا نختار لوحة خضراء "عمل"... يحتوي على وحدات التحكم في المحرك ووحدة العرض ووحدة التحكم في الصوت وأزرار وحدة التحكم EV3 (الوحدة الرئيسية). حدد كتلة "التوجيه" واسحبها إلى منطقة البرمجة (المنطقة المركزية للبرنامج).
أرز. 14
يتكون كل برنامج من سلسلة من الكتل التي تحدد إجراءً أو فحصًا محددًا ظروف مختلفة... كل كتلة لديها العديد من المعلمات المختلفة. أول كتلة برتقالية بداخلها مثلث أخضر تسمى - "يبدأ"... ومن معه يبدأ أي برنامج لروبوتنا. قمنا بتثبيت الكتلة الثانية. أكرر - يطلق عليه "توجيه"... الغرض منه هو التحكم في محركين في وقت واحد.
أرز. 15
لكن إذا جمعت الروبوت وفقًا للتعليمات المقترحة أعلاه ، فمن المحتمل أنك لاحظت أنه يفتقر إلى دائرة لتوصيل المحركات وأجهزة الاستشعار. حان الوقت لمعرفة ذلك. تحتوي كتلة EV3 على 4 الموانئ المشار إليها بالأرقام: 1 , 2 , 3 ، و 4 ... تستخدم هذه المنافذ للاتصال فقطمجسات. لتوصيل المحركات ، يتم استخدام المنافذ المشار إليها بالحروف: أ, ب, جو د... يمكنك توصيل المحركات بأي منافذ حرة مخصصة لها. ولكن في حالة عربة مدفوعة ، يوصى بتوصيل المحركات بالمنافذ: بو ج... لنأخذ الآن كابلين بطول 25 سم ، المحرك الأيسرالاتصال بالمنفذ ب، أ الصحيح- الى الميناء ج... يتم تحديد هذا الاتصال بشكل افتراضي في كتلة "التوجيه". يكون الزر الخاص المميز بسهم مسؤولاً عن وضع تشغيل الوحدة. بالنسبة للبرنامج الأول ، حدد الوضع: "تشغيل لعدد الثورات"... المعنى 0 تحت السهم الأسود على الكتلة يعني حركة خط مستقيم عندما يدور كلا المحركين بنفس السرعة. عدد 75 يحدد قوة المحركات ، فكلما زادت هذه القيمة ، زادت سرعة الروبوت. عدد 2 يحدد عدد دورات كل محرك ، والتي يجب أن تدور بواسطتها.
إذن ، برنامجنا الأول جاهز. نقوم بتحميله في الروبوت الخاص بنا. للقيام بذلك ، اضغط على الزر "تحميل"في علامة تبويب الأجهزة وافصل كبل USB عن الروبوت.
أرز. السادس عشر
نقوم بتثبيت الروبوت على سطح مستو. باستخدام الأسهم الموجودة على كتلة EV3 ، انتقل إلى مجلد مشروعنا ، وحدد البرنامج الدرس 1و زر المركزمن وحدة البناء EV3 ، قم بتشغيلها.
مدرسة أولكوفاتسك الثانوية
"برمجة الروبوت العاب تركيب Mindstorms قيمة التعريض 3 "
مدرس علوم الكمبيوتر وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات
ميركولوفا ج.
ص. أولخوفاتكا ، 2017
الأهداف :
مقدمة عن الروبوتات مع حقيبة تعليميةالعاب تركيبMindstormsقيمة التعريض 3 (العاب تركيبتعليمMindstormsقيمة التعريض 3);
منهجية المعرفة حول الموضوع "الخوارزميات "(على مثال العملالروبوتات العاب تركيبMindstormsقيمة التعريض 3 );
استيعاب المفاهيمالمنفذ، خوارزمية دوريةخوارزمية ، خصائص خوارزمية دورية ، لإعطاء فكرة عن كيفية تكوين أبسط خوارزميات دورية في البيئةالعاب تركيبتعليم... بالإضافة إلى ذلك ، يتم إتقان مفهوم النمط الهندسي.
أثناء الدرس ، يجب على الطلاب إظهار النتائج التالية في شكل أنشطة تعليمية شاملة:
تنظيمية:
تنظيم وتعميم المعرفة حول الموضوع"الخوارزميات" من أجل التنفيذ الناجح للخوارزمية الدورية للروبوت المجمع ؛
تعلم كيفية برمجة الروبوتات باستخدام برنامج LEGO Education Mindstorms EV3.
الإدراكي:
تعلم الروبوتات ، وبناء الروبوت الخاص بك ، والبرمجة باستخدام برنامج LEGOMindstormsقيمة التعريض 3;
إيهدراسة تجريبية وتقييم (قياس) لتأثير العوامل الفردية.
اتصالي: تطوير مهارات الاتصال عند العمل في مجموعة أو فريق.
شخصي: تنمية الذاكرة والتفكير ، وإمكانية دراسة الروبوتات في سنوات التخرج.
نوع الدرس: مجموع
نوع الدرس: العمل التطبيقي
ادوات : جهاز عرض وسائط متعددة ، مُنشئالعاب تركيبMindstormsقيمة التعريض 3 45544 (4 قطع) ، ج مجموعة من 541 عنصرًا ، بما في ذلك مفتاح USB LEGO ، ومحركان مؤازران كبيران ، ومستشعر فوق صوتي ، ومستشعر ألوان ، ومستشعر لمس.
خطة الدرس:
اللحظة التنظيمية (دقيقتان)
تكرار المادة النظرية للدرس السابق (10 دقائق)
عمل عملي: تطوير خوارزمية للروبوت (23 دقيقة)
تلخيص الدرس. انعكاس (3 دقائق)
مرحلة معلومات الواجب المنزلي (دقيقتان)
خلال الفصول:
تنظيم الوقت.
الغرض من هذا الدرس هو تعريفك بـ Lego mindstorms. لتعليم كيفية برمجتها لأداء مهام محددة ، لتحليل الحلول الأساسية للمشكلات الأكثر شيوعًا معك.
تُستخدم مجموعة من الأجزاء لتوصيل الحزم ببعضها البعض ، بالكتلة وأجهزة الاستشعار. تسمى الأجزاء ذات المقطع العرضي المحاور (أحيانًا المسامير) وتستخدم لنقل الدوران من المحركات إلى العجلات والتروس.
ثانيًا ... تكرار المادة النظرية للدرس السابق.
معلم : يستخدم كل منا يوميًا خوارزميات مختلفة: تعليمات ، قواعد ، وصفات ، إلخ. عادة نفعل هذا دون تفكير. على سبيل المثال ، أنت تعرف جيدًا كيفية زراعة الأشجار. ولكن لنفترض أننا بحاجة إلى تعليم هذا لأخ أو أخت أصغر. هذا يعني أنه سيتعين علينا أن نشير بوضوح إلى الإجراءات وترتيب تنفيذها.
ماذا ستكون هذه الأفعال وما هو ترتيبها؟
يضع الطلاب قاعدة غرس الأشجار.
حفر حفرة.
اغمس الشتلة في الحفرة.
املأ الحفرة بالشتلات بالأرض.
صب الماء على الشتلات.
حفر حفرة.
اغمس الشتلة في الحفرة.
إلخ.
دعنا الآنسنجيب على الأسئلة التالية:
ما هي خاصية الخوارزمية الدورية؟
ما هي خوارزميات التكرار ل؟
ما هي خصائص الخوارزميات الدورية؟
كيف يقوم المنفذ بتنفيذ خوارزمية التكرار؟
يجيب الطلاب على الأسئلة المقترحة ، ويوضح المعلم الإجابات الصحيحة على الشرائح.
ثالثا ... عمل تطبيقي: تطوير خوارزمية دورية للروبوت
الآن دعنا ننتقل إلى الروبوتات الخاصة بنا (في هذا الدرس ، هذه "روبوتات ذات ثلاث عجلات مع علامة للرسم في الحقل" ، تم إنشاؤها وفقًا للتعليمات) ، والتي جمعناها في الدرس الأخير.
دعنا نحاول إنشاء خوارزمية دورية في برنامج خاص ، والتي سيتم تنفيذها باستخدام الأوامر التالية:
تكرار إجراء أو مجموعة إجراءات(دورة)
وقفة (بالثواني)
التمرين 1: اكتب خوارزمية خطية يتحرك من خلالها الروبوت في خط مستقيم ويدور بزاوية (90 درجة).
أولاً ، سنحدد الأوامر التي نحتاجها ، وفي أي اتجاه يجب أن يدور المحرك ، والفاصل الزمني لتشغيل المحرك وتسلسل تنفيذ الأمر.
الخيار الصحيح:
ملحوظة: سيكون وقت تشغيل المحرك في كل حالة على حدة مختلفًا ، اعتمادًا على زاوية الدوران المطلوبة ، يتم تحديد قيم المحرك (الوقت / الطاقة).
الواجب 2: قم بتغيير الخوارزمية الخطية التي تم إنشاؤها إلى خوارزمية دورية (من الممكن تعيين عدد مرات تكرار الدورة).
الخيار الصحيح:
ملحوظة: قم بتحليل الشكل الهندسي الذي سيرسمه الروبوت في الحقل بعلامة. (سيتم رسم مربع)
التكليف 3: قم بتغيير الخوارزمية (تغيير معلمات الحركة إلى الأمام ولكن! دون تغيير زاوية الدوران ، وتكرار الروبوت لعدد محدود من التكرارات لجسم الدورة - 4) وشاهد الشكل الذي سيرسمه الروبوت. مثال:
وصف الإجراءات: قُد للأمام لمدة ثانيتين ، استدر 90 درجة ، انطلق للأمام 4 ثوانٍ ، استدر 90 درجة. ستكون النتيجة مستطيلاً.
ملحوظة: قم بتحليل الشكل الهندسي الذي سيرسمه الروبوت في الحقل بعلامة. (سيتم رسم مستطيل)
التكليف 4: قم بتغيير الخوارزمية وفقًا لتقديرك (تغيير معلمات الحركة الأمامية وتغيير زاوية الدوران ، وتكرار الروبوت لعدد لا حصر له من التكرارات لجسم الدورة) وشاهد الأشكال التي سيرسمها الروبوت. تحدث إلى الرجال عن مصطلح "النمط الهندسي". على سبيل المثال:
تحليل الأشكال الناتجة. انتبه إلى الخوارزمية لكل منهم. على الأرجح ، سيكون لكل مجموعة من الطلاب نوع من النمط.
رابعا ... تلخيص الدرس. انعكاس.
حسنًا يا رفاق ، دعونا نلخص عملنا.
ما نوع الخوارزميات التي أخذناها في الاعتبار عمليًا اليوم؟
ما هي خصائص الخوارزمية الدورية؟
ما المهام التي يمكن تنفيذها باستخدام الخوارزميات الدورية؟
الخامس ... مرحلة معلومات الواجبات المنزلية.
اكتب واجبك المنزلي:تطوير خوارزمية لحركة الروبوت بحيث يرسم الشكل التالي.
سيكون موضع تقدير بالتأكيد المهمة!
شكرا لك على الدرس! وداعا يا رفاق.
قائمة المواد التعليمية المستخدمة:
تعليمات للعمل مع العدةالعاب تركيبMindstormsقيمة التعريض 3 45544.
Vyazov S.M.، Kalyagina O.Yu.، Slezin K.A. الروبوتات التنافسية: تقنيات البرمجة في البيئةقيمة التعريض3: دليل الدراسة. - دار النشر M. Pero، 2014
برنامج LabViewلمجموعات العاب تركيبقيمة التعريض 3 45544.
برنامج PervoLogo 3.0.
موارد الإنترنت.