wejścieRozwój otwartej klasy w robotyce z ev3. Robotyka i Lego Construction
Miejska Budżetowa Instytucja Oświatowa
Liceum Olchowackie
LEGO Mindstorms EV3 Programowanie robotów
nauczyciel informatyki i ICT
Merkulova G.V.
obr./min Olchowatka, 2017
Cele:
Wprowadzenie do robotyki z wykorzystaniem zestawu edukacyjnego LEGO Education Mindstorms EV3 (LEGO Education Mindstorms EV3);
usystematyzowanie wiedzy na temat „Algorytmy” (na przykładzie pracy LEGO Mindstorms EV3 Robots);
opanowanie pojęć wykonawca, algorytm, algorytm cykliczny, właściwości algorytmu cyklicznego, aby dać wyobrażenie jak komponować najprostsze algorytmy cykliczne w środowisku LEGO Education. Dodatkowo opanowana zostaje koncepcja wzoru geometrycznego.
Podczas lekcji uczniowie powinni wykazać się następującymi wynikami w formie uniwersalnych zajęć edukacyjnych:
Przepisy:
usystematyzować i uogólnić wiedzę na temat „Algorytmy” dla pomyślnej implementacji algorytmu cyklicznego montowanego robota;
Naucz się programować roboty za pomocą oprogramowania LEGO Education Mindstorms EV3.
Kognitywny:
Nauka robotyki, tworzenie własnego robota, umiejętność programowania z wykorzystaniem programu dla LEGO Mindstorms EV3;
badanie eksperymentalne, ocena (pomiar) wpływu poszczególnych czynników.
Komunikatywny: Rozwijaj umiejętności komunikacyjne podczas pracy w grupie lub zespole.
Osobiste: rozwój pamięci i myślenia, możliwość studiowania robotyki w starszych latach.
Rodzaj lekcji: połączone
Rodzaj lekcji: praca praktyczna
Wyposażenie: projektor multimedialny, zestaw konstrukcyjny LEGO Mindstorms EV3 45544 (4 szt.), w skład którego wchodzi 541 elementów, w tym przełącznik USB LEGO, 2 duże serwomotory, czujnik ultradźwiękowy, czujnik koloru, czujnik dotykowy.
Plan lekcji:
Moment organizacyjny (2 min)
Powtórzenie materiału teoretycznego z poprzedniej lekcji (10 min)
Praktyczna praca: opracowanie algorytmu dla robota (23 min)
Podsumowując lekcję. Odbicie (3 min)
Etap informacyjny dotyczący zadania domowego (2 min)
Podczas zajęć:
Organizowanie czasu.
Celem tej lekcji jest wprowadzenie Cię w burze myśli Lego. Nauczyć ich programowania do konkretnych zadań, przeanalizować z Tobą podstawowe rozwiązania najczęstszych problemów.
Grupa części służy do łączenia wiązek ze sobą, z blokiem i czujnikami. Części o przekroju nazywane są osiami (czasami kołkami) i służą do przenoszenia obrotów z silników na koła i koła zębate.
II. Powtórzenie materiału teoretycznego z poprzedniej lekcji.
Nauczyciel: Każdy z nas codziennie używa różnych algorytmów: instrukcji, zasad, przepisów itp. Zwykle robimy to bez zastanowienia. Na przykład bardzo dobrze wiesz, jak sadzić drzewa. Ale powiedzmy, że musimy nauczyć tego młodszego brata lub siostrę. Oznacza to, że będziemy musieli jasno wskazać działania i kolejność ich realizacji.
Jakie będą te działania i jaka jest ich kolejność?
Uczniowie wymyślają zasadę sadzenia drzew.
Kopać dołek.
Zanurz sadzonkę w otworze.
Wypełnij otwór sadzonką ziemią.
Zalej sadzonkę wodą.
Pójść dalej.
Kopać dołek.
Zanurz sadzonkę w otworze.
Itp.
Odpowiedzmy teraz na następujące pytania:
Jaka jest charakterystyka algorytmu cyklicznego?
Do czego służą algorytmy zapętlania?
Jakie są właściwości algorytmów cyklicznych?
Jak executor implementuje algorytm pętli?
Uczniowie odpowiadają na proponowane pytania, a nauczyciel pokazuje prawidłowe odpowiedzi na slajdach.
III. Praca praktyczna: opracowanie algorytmu cyklicznego dla robota
Przejdźmy teraz do naszych robotów (w tej lekcji są to „trójkołowe boty z markerem do rysowania po polu”, stworzone zgodnie z instrukcją), które zebraliśmy w ostatniej lekcji.
Spróbujmy w program specjalny skomponować cykliczny algorytm, który wykonają za pomocą następujących poleceń:
Rozpocznij wykonywanie algorytmu
Sterowanie dużym silnikiem (włącz na ilość obrotów)
Sterowanie dużym silnikiem (włącz na kilka sekund)
Sterowanie dwoma silnikami (sterowanie, włączanie na ilość obrotów)
Powtarzanie czynności lub zestawu czynności
(cykl)
Pauza (w sekundach)
Zadanie 1: Napisz algorytm liniowy, który pozwoli robotowi poruszać się w linii prostej i obracać o kąt (90 stopni).
Najpierw ustalimy jakich poleceń potrzebujemy, w jakim kierunku powinien się obracać silnik, jaki jest czas pracy silnika oraz kolejność wykonywania poleceń.
Prawidłowa opcja:
Uwaga: czas pracy silnika w każdym indywidualnym przypadku będzie inny, w zależności od wymaganego kąta obrotu dobierane są wartości silnika (czas/moc).
Zadanie 2: zmiana utworzonego algorytmu liniowego na cykliczny (możliwe jest ustawienie ilości powtórzeń cyklu).
Prawidłowa opcja:
Uwaga: Przeanalizuj, jaki kształt geometryczny narysuje robot na polu za pomocą markera. (Zostanie narysowany kwadrat)
Zadanie 3: zmień algorytm (zmiana parametrów ruchu do przodu ALE! bez zmiany kąta obrotu i zapętlenie robota na skończoną liczbę powtórzeń korpusu cyklu - 4) i zobacz jaki kształt narysuje robot. Przykład:
Opis czynności: jechać do przodu 2 sekundy, skręcić o 90 stopni, jechać do przodu 4 sekundy, skręcić o 90 stopni. Rezultatem będzie prostokąt.
Uwaga: Przeanalizuj, jaki kształt geometryczny narysuje robot na polu za pomocą markera. (Zostanie narysowany prostokąt)
Zadanie 4: zmień algorytm według własnego uznania (zmiana parametrów ruchu do przodu i zmiana kąta obrotu oraz zapętlenie robota dla nieskończonej liczby powtórzeń korpusu roweru) i zobacz, jakie kształty narysuje robot. Porozmawiaj z chłopakami o terminie „wzór geometryczny”. Na przykład:
Przeanalizuj powstałe kształty. Zwróć uwagę na algorytm dla każdego z nich. Najprawdopodobniej każda grupa uczniów będzie miała jakiś wzór.
IV. Podsumowując lekcję. Odbicie.
Więc chłopaki, podsumujmy naszą pracę.
Jakie algorytmy rozważaliśmy dzisiaj w praktyce?
Jakie właściwości ma algorytm cykliczny?
Jakie zadania można zrealizować za pomocą algorytmów cyklicznych?
V. Etap informacyjny pracy domowej.
Zanotować zadanie domowe: opracuj algorytm ruchu robota, aby rysował następny kształt.
Zadanie na pewno zostanie docenione!
Dziękuję za lekcję! Do zobaczenia chłopcy.
Lista użytych materiałów dydaktycznych:
Instrukcja pracy z zestawem LEGO Mindstorms EV3 45544.
Vyazov S.M., Kalyagina O.Yu., Ślezin K.A. Robotyka konkurencyjna: techniki programowania w środowisku EV3: podręcznik do nauki. - Wydawnictwo M. "Pero", 2014
Oprogramowanie LabView do zestawów Lego EV3 45544.
Program PervoLogo 3.0.
Zasoby internetowe.
13 STRONA 14- 2 -15
Duży drugi silnik Sterowanie dwoma silnikami Program 1 Rysunek dla dz Nagłówek 1 Nagłówek 3 Nagłówek 4 Nagłówek 515
W drugiej lekcji zapoznamy się bardziej szczegółowo ze środowiskiem programowania i szczegółowo przestudiujemy polecenia, które ustawiają ruch naszego wózka robota, zebrane w pierwszej lekcji. Zacznijmy więc środowisko programistyczne Lego mindstorms EV3, załadujmy nasz projekt lekcje.ev3, który stworzyliśmy wcześniej i dodajmy do projektu nowy program- lekcja-2-1. Program można dodać na dwa sposoby:
- Wybierz drużynę "Plik" - "Dodaj program" (Ctrl + N).
- naciskać "+" w zakładce programy.
Programowanie palet i bloków programowych
Spójrzmy teraz na dolną część środowiska programistycznego. Z materiału pierwszej lekcji wiemy już, że tutaj znajdują się polecenia do programowania robota. Twórcy zastosowali oryginalną technikę i po zgrupowaniu bloków programu, przypisali każdej grupie własny kolor, nazywając palety grup.
Zielona paleta nazywa się: "Akcja":
Ta paleta zawiera bloki oprogramowania sterującego silnikiem, blok wyświetlacza i blok sterowania wskaźnikiem stanu modułu. Teraz zaczniemy eksplorować te bloki programistyczne.
Zielona paleta - bloki akcji
Pierwszy blok programu z zielonej palety przeznaczony jest do sterowania średnim silnikiem, drugi blok do sterowania dużym silnikiem. Ponieważ parametry tych bloków są identyczne, rozważmy ustawienie na przykładzie bloku - dużego silnika.
Do prawidłowe ustawienie duża jednostka sterująca silnika, musimy:
- Wybierz port, do którego podłączony jest silnik (A, B, C lub D) (rys. 3 poz. 1)
- Wybierz tryb pracy silnika (rys. 3 poz. 2)
- Skonfiguruj parametry wybranego trybu (rys. 3 poz. 3)
Jaka jest różnica między trybami? Tryb: "Włączyć coś" włącza silnik za pomocą podany parametr "Moc" a następnie sterowanie jest przekazywane do następnego bloku programu. Silnik będzie działał, dopóki nie zostanie zatrzymany przez następny blok „Duży silnik” z trybem "Wyłączyć" lub następny blok „Duży silnik” nie będzie zawierać żadnych innych parametrów wykonania. Tryb „Włącz na liczbę sekund” zawiera duży silnik z zainstalowaną mocą określona ilość sekund i dopiero po tym czasie silnik się zatrzyma, a sterowanie w programie przejdzie do następnego bloku programu. Silnik będzie zachowywał się podobnie w trybach „Uwzględnij według liczby stopni” oraz "Włącz na liczbę obrotów": dopiero po wykonaniu nastawionych obrotów silnika zatrzyma się i sterowanie w programie przejdzie do następnego bloku.
Parametr mocy (na rys. 3 moc jest ustawiona na 75) może przyjmować wartości od -100 do 100. Dodatnie wartości mocy ustawiają obroty silnika zgodnie z ruchem wskazówek zegara, ujemna - przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Gdy wartość mocy jest równa 0, silnik się nie obraca, im „wyższa” wartość mocy, tym szybciej silnik się obraca.
Parametr mocy ustawiany jest tylko wartościami całkowitymi, parametry: sekundy, stopnie, obroty mogą przyjmować wartości z ułamkiem dziesiętnym. Należy jednak pamiętać, że minimalny krok obrotu silnika to jeden stopień.
Osobno należy powiedzieć o parametrze „Zwolnij na końcu”... Ten parametr, jeśli jest ustawiony na „Do hamowania” powoduje, że silnik zwalnia po wykonaniu polecenia, a jeśli jest ustawiony na "Najechać", silnik będzie się obracał bezwładnością, aż się zatrzyma.
Kolejne dwa bloki programu "Sterowniczy" i wdrożyć sterowanie parą dużych silników. Domyślnie lewy duży silnik łączy się z portem „V”, a właściwy - do portu "Z"... Ale możesz zmienić porty połączeń w ustawieniach bloku zgodnie z wymaganiami swojego projektu ( Ryż. 4 poz. 1).
Parametr "Sterowniczy" (Ryż. 4 poz. 2) może przyjmować wartości od -100 do 100. Ujemne wartości parametru powodują, że robot skręca w lewo, jeśli wartość jest równa 0, robot porusza się prosto, a wartości dodatnie powodują, że robot skręca prawo. Strzałka nad parametrem numerycznym zmienia swoją orientację w zależności od wartości, sugerując tym samym kierunek ruchu robota ( Ryż. 5).
Blok programu „Niezależne sterowanie silnikiem” podobny do bloku programu "Sterowniczy"... Steruje również dwoma dużymi silnikami, tylko zamiast parametru "Sterowniczy" staje się możliwe niezależne sterowanie mocą każdego silnika. Z równą wartością parametru "Moc" dla lewego i prawego silnika robot porusza się w linii prostej. Jeśli ujemna wartość mocy (na przykład -50) zostanie przyłożona do jednego silnika, a dodatnia (na przykład 50) do drugiego, robot obróci się w miejscu ( Ryż. 6).
Tryby działania tych bloków są podobne do trybów jednostki sterującej dla jednego silnika, dlatego nie jest wymagany dodatkowy opis ...
Ruch w linii prostej, skręty, cofanie w miejscu zatrzymania
A więc teraz możemy napisać program, dzięki któremu robot będzie poruszał się po trasie.
Problem 1
Ekran, dźwięk, wskaźnik stanu modułu
Blok programu "Ekran" pozwala na wypisanie tekstu lub informacje graficzne na ekranie LCD klocka EV3 Brick. Co to może mieć praktyczne użycie? Po pierwsze, na etapie programowania i debugowania programu można wyświetlać aktualne odczyty czujników na ekranie podczas pracy robota. Po drugie, możesz wyświetlić na ekranie nazwy pośrednich etapów realizacji programu. No po trzecie, z pomocą obrazy graficzne możesz „animować” ekran robota, na przykład za pomocą animacji.
Blok programu "Ekran" posiada cztery tryby pracy: mode "Tekst" pozwala wyświetlić ciąg tekstowy na ekranie, tryb "Kształty" pozwala wyświetlić na ekranie jeden z czterech kształtów geometrycznych (prosty, koło, prostokąt, punkt), tryb "Obraz" może wyświetlić jeden obraz. Możesz wybrać obraz z bogatej kolekcji obrazów lub narysować własny za pomocą edytora obrazów. Tryb "Okno resetowania ustawień" resetuje ekran klocka EV3 Brick do standardowego ekranu informacyjnego wyświetlanego podczas działania programu.
Rozważ parametry bloku programu "Ekran" w trybie "Tekst" (rys. 9 poz. 1)... Ciąg, który ma być wyświetlany na ekranie, jest wprowadzany w specjalnym polu (rys. 9 poz. 2)... Niestety w polu wprowadzania tekstu można wpisywać tylko litery łacińskie, cyfry i znaki interpunkcyjne. Jeśli tryb "Czysty ekran" Ustawić "Prawdziwe", ekran zostanie wyczyszczony przed wyświetleniem informacji. Dlatego, jeśli chcesz połączyć wyjście prądowe z informacjami już na ekranie, ustaw ten tryb na "Kłamać"... Tryby "X" oraz „T” zdefiniuj punkt na ekranie, od którego rozpoczyna się wyprowadzanie informacji. Ekran klocka EV3 Brick ma 178 pikseli (kropek) szerokości i 128 pikseli wysokości. Tryb "X" może przyjmować wartości od 0 do 177, tryb „T” może przyjmować wartości od 0 do 127. Lewy górny punkt ma współrzędne (0, 0), prawy dolny punkt (177, 127)
Podczas ustawiania bloku programowania "Ekran" możesz włączyć tryb podglądu (rys. 9 poz. 3) i wizualnie oceń wynik ustawień wyjściowych informacji.
W trybie „Figury” (rys. 11 poz. 1) ustawienia bloku programu zmieniają się w zależności od typu figury. Więc wyświetlając okrąg, musisz ustawić współrzędne "X" oraz „T”środek koła, a także wartość "Promień"... Parametr „Wypełnij” (rys. 11 poz. 2) odpowiada za to, że albo zostanie wyświetlony obrys kształtu, albo wewnętrzny obszar kształtu zostanie wypełniony kolorem określonym w parametrze „Kolor” (rys. 11 poz. 3).
Aby wyświetlić linię prostą, musisz określić współrzędne dwóch skrajnych punktów, pomiędzy którymi znajduje się linia prosta.
Aby wyświetlić prostokąt, musisz określić współrzędne "X" oraz „T” lewy górny róg prostokąta, a także jego "Szerokość" oraz "Wzrost".
Punkt jest najłatwiejszy do wyświetlenia! Podaj tylko jego współrzędne "X" oraz „T”.
Tryb "Obraz" jest prawdopodobnie najciekawszym i najczęściej używanym trybem. Umożliwia wyświetlanie obrazów na ekranie. Środowisko programistyczne zawiera ogromną bibliotekę obrazów, posortowanych w kategorie. Oprócz już istniejących obrazów, zawsze możesz stworzyć własny rysunek i po wstawieniu go do projektu wyświetlić go na ekranie. („Menu główne środowiska programistycznego” – „Narzędzia” – „Edytor obrazów”)... Tworząc swój wizerunek, możesz również wyświetlać symbole alfabetu rosyjskiego.
Jak widać, środowisko programistyczne przywiązuje dużą wagę do wyświetlania informacji na ekranie klocka Master EV3 Brick. Rzućmy okiem na kolejny ważny blok programu "Dźwięk"... Za pomocą tego bloku możemy wysyłać pliki dźwiękowe, tony o dowolnej długości i częstotliwości oraz nuty do wbudowanego głośnika klocka EV3 Brick. Spójrzmy na ustawienia bloku programu w trybie „Odtwórz dźwięk” (rys. 15)... W tym trybie musisz ustawić "Częstotliwość" tony (rys. 15 poz. 1), "Czas trwania" brzmi w kilka sekund (rys. 15 poz. 2) a także głośność dźwięku (rys. 15 poz. 3).
W trybie „Odtwórz notatkę” zamiast częstotliwości tonu należy wybrać nutę na Wirtualna klawiatura, a także ustawić czas trwania i głośność (rys. 16).
W trybie „Odtwórz plik” możesz wybrać jeden z plików dźwiękowych z biblioteki (rys. 17 poz. 1) lub podłączając mikrofon do komputera za pomocą Edytora dźwięku („Menu główne środowiska programistycznego” – „Narzędzia” – „Edytor dźwięku”) nagraj własny plik dźwiękowy i dołącz go do projektu.
Przyjrzyjmy się bliżej parametrowi „Typ odtwarzania” (rys. 17 poz. 2) wspólne dla wszystkich trybów bloku programu "Dźwięk"... Jeśli ten parametr jest ustawiony na "Poczekaj na zakończenie", wtedy sterowanie do następnego bloku programu zostanie przeniesione dopiero po całkowitym odtworzeniu dźwięku lub pliku dźwiękowego. Jeśli ustawisz jedną z dwóch poniższych wartości, dźwięk zacznie się odtwarzać, a sterowanie w programie przejdzie do następnego bloku programu, tylko dźwięk lub plik dźwiękowy zostanie odtworzony raz lub będzie powtarzany, dopóki nie zostanie zatrzymany przez inny program blok "Dźwięk".
Pozostaje nam zapoznać się z ostatnim blokiem programu zielonej palety - blokiem „Wskaźnik stanu modułu”... Kodowanie kolorami jest zamontowane wokół przycisków sterujących klocka EV3 Brick, które mogą świecić w jednym z trzech kolorów: Zielony, Pomarańczowy lub czerwony... Za włączenie - wyłączenie wskazania koloru odpowiada odpowiedni tryb (rys. 18 poz. 1)... Parametr "Kolor" ustawia kolorystykę wskazania (rys. 18 poz. 2)... Parametr "Puls" odpowiada za włączanie - wyłączanie trybu migotania wskazania koloru (rys. 18 poz. 3)... Jak można wykorzystać wskazanie koloru? Na przykład możesz używać różnych sygnałów kolorów podczas różnych trybów pracy robota. Pomoże Ci to zrozumieć, czy program działa zgodnie z planem.
Wykorzystajmy tę wiedzę w praktyce i namalujmy trochę nasz program z Problemu 1.
Zadanie 2
Spróbuj sam rozwiązać problem, nie zaglądając do rozwiązania!
Test powinien zawierać proste i jasno sformułowane pytania dotyczące konstruktora, o lego, o prawa fizyki, matematyki itp. Zalecana liczba pytań to od 10 do 20. Uczniowie odpowiadają na proste pytania, sprawdzają swój poziom wiedzy. Zaleca się zawrzeć w teście kilka podchwytliwych pytań z cyklu: „A co jeśli…”. W wyniku testów musimy zrozumieć, czy uczeń czegoś się nauczył.
Oto kilka przybliżonych pytania dotyczące monitorowania wiedzy z zakresu robotyki za I półrocze.
1) Konstrukcja to - ..... (wybierz poprawną definicję terminu)
2) By słowa kluczowe określić rodzaj konstruktora: kula, rowek, kąt nachylenia, przeszkody.
3) Wybierz główne cechy drewnianego zestawu konstrukcyjnego:
4) Zaznacz brakujące słowo: ____________ konstruktor składa się z cegieł o różnej barwie i wielkości, które "nakłada się" na siebie za pomocą specjalnych łączników.
5) Wybierz konstruktora, który może przekształcić jeden kompletny model w inny.
6) Nazywa się zestaw różnych metalowych płyt, narożników, które są mocowane za pomocą śrub?
7) Bezpośrednie użycie materiałów w celu zapewnienia pewnej funkcji mechanicznej; natomiast wszystko opiera się na wzajemnej adhezji i odporności ciał. Wybierz odpowiedni ta definicja semestr:
8) Kto sformułował trzy prawa robotyki? Jak ma na imię i nazwisko pisarza science fiction, który sformułował trzy prawa robotyki?
9) Antropomorficzna maszyna, która naśladuje osobę, starając się zastąpić osobę w którejkolwiek z jej czynności. Proszę wskazać termin odpowiadający tej definicji:
10) Kto ukuł słowo „Robot”? Jak ma na imię i nazwisko pisarza science fiction, autora słowa „ROBOT”?
11) Automatyczne urządzenie stworzone na zasadzie żywego organizmu. Działając zgodnie z ustalonym programem i otrzymując informacje o świat zewnętrzny z czujników, samodzielnie wykonuje produkcję i inne operacje zwykle wykonywane przez człowieka. Proszę wskazać termin odpowiadający tej definicji:
12) zestaw mechanizmów zastępujących osobę lub zwierzę w określonym obszarze; służy głównie do automatyzacji pracy. Proszę wskazać termin odpowiadający tej definicji:
13) Szczegóły zestawu Lego Mindstorms EV3, przeznaczonego do programowania precyzyjnych i potężnych ruchów robota:
Celem tego kursu jest zapoznanie Cię z burzami myśli Lego. Nauczyć jak składać podstawowe konstrukcje robotów, programować je do konkretnych zadań, analizować z Państwem podstawowe rozwiązania najczęstszych problemów konkurencji.
Kurs przeznaczony jest dla tych, którzy stawiają pierwsze kroki w świecie robotyki za pomocą LEGO Mindstorms. Chociaż wszystkie przykłady robotów w tym kursie są wykonane przy użyciu konstruktora Lego mindstorms EV3, programowanie robotów wyjaśniono na przykładzie środowiska programistycznego Lego mindstorms EV3, niemniej jednak właściciele Lego mindstorms NXT mogą również dołączyć do nauki tego kursu, a , miejmy nadzieję, znajdą dla siebie to samo przydatne...
1.1. Co jest w zestawie? Klasyfikacja części, mocowania części do siebie, jednostka główna, silniki, czujniki
Zacznijmy od Lego mindstorms EV3. Po wydrukowaniu konstruktora znajdziemy w nim całą gamę detali. Jeśli jesteś zaznajomiony z tradycyjnymi klockami Lego, ale nigdy wcześniej nie miałeś do czynienia z zestawami Technic Lego, niecodzienne detale mogą Cię zniechęcić. Jednak radzenie sobie z nimi wcale nie jest trudne. Podzielmy więc warunkowo wszystkie szczegóły na kilka kategorii. Rysunek przedstawia części zwane belkami (czasami dla tych części można znaleźć nazwę - belka) Belki pełnią rolę ramy (szkieletu twojego robota),
Ryż. 1
Kolejna grupa części służy do łączenia wiązek ze sobą, z blokiem i czujnikami. Części o przekroju nazywane są osiami (czasami kołkami) i służą do przenoszenia obrotów z silników na koła i koła zębate. Części, które wyglądają jak cylindry (mające koło w przekroju) nazywane są szpilkami (od angielskiej szpilki - szpilka do włosów),
Ryż. 2
Poniższy rysunek przedstawia różne opcje łączenia belek za pomocą kołków.
Ryż. 3
Kolejna grupa części to złącza. Ich głównym zadaniem jest łączenie belek w różnych płaszczyznach, zmiana kąta łączenia części oraz podłączenie czujników do robota.
Ryż. 4
Przechodzimy do kolejnej grupy części. Przekładnie przeznaczone są do przenoszenia obrotów z silników na inne elementy konstrukcyjne robota. Z reguły są to koła, ale jednocześnie koła zębate mogą znaleźć szerokie zastosowanie w różnych konstrukcjach robotów, które nie wymagają obrotu. Z pewnością spotkamy się z nimi nie raz przy projektowaniu skomplikowanych mechanizmów.
Ryż. 5
No i oczywiście ruch w przestrzeni dla naszego robota zapewniają różne koła i gąsienice prezentowane w zestawie.
Ryż. 6
Kolejna grupa detali pełni funkcje dekoracyjne. Z ich pomocą możemy ozdobić naszego robota, nadać mu niepowtarzalny wygląd.
Ryż. 7
Zestaw Lego mindstorms EV3 zawiera dwa duże silniki. Silniki działają jak mięśnie lub elementy mocy naszego robota. Duże silniki są najczęściej używane do przenoszenia obrotów na koła, umożliwiając w ten sposób ruch robota. Można powiedzieć, że te silniki pełnią tę samą rolę, co nogi człowieka.
Ryż. osiem
Jeden średni silnik, który również znajduje się w zestawie Lego mindstorms EV3, działa jako siła napędowa dla różnych zamocowań robota (pazury, moduły chwytaków, różne manipulatory) Analogicznie do dużych silników przypiszmy tę samą rolę średniemu silnikowi jak nasze ręce.
Ryż. dziewięć
Czujniki wchodzące w skład zestawu Lego mindstorms dostarczają robotowi niezbędnych informacji ze środowiska zewnętrznego. Głównym zadaniem programisty jest nauczenie się wydobywania i analizowania informacji pochodzących z czujników, a następnie wydawanie odpowiednich poleceń silnikom w celu wykonania określonych czynności.
Ryż. dziesięć
Otóż głównym elementem naszego konstruktora jest główny blok EV3. To ciało zawiera mózg naszego robota. To tutaj wykonywany jest program, który odbiera informacje z czujników, przetwarza je i przekazuje polecenia do silników.
Ryż. jedenaście
1.2. Montujemy robota, z którym będziemy uczyć się tego kursu
Czas złożyć naszego pierwszego robota.
W pierwszym etapie projekt naszego robota będzie wyglądał następująco:
- Dwa duże silniki, dzięki którym możemy nauczyć naszego robota skręcania
- Dwa koła napędowe, na które przenoszone będą siły silników.
- Jedno swobodnie obracające się koło lub przegub kulowy, który zapewni stabilność naszemu robotowi.
- Jeden główny blok EV3, który będzie przechowywał i wykonywał nasz program.
- Szereg detali nadających konstrukcji skończony wygląd.
Ten najprostszy robot nazywa się robotem wózkowym.
Możesz spróbować poeksperymentować lub zbudować robota według sugerowanych instrukcji, w zależności od wersji Twojego zestawu EV3:
Jak tylko nasz robot będzie gotowy, zacznijmy uczyć się środowiska programistycznego.
1.3. Znajomość środowiska programistycznego
Pierwszym krokiem jest załadowanie środowiska programistycznego Lego mindstorms EV3. W menu głównym programu wybierz: " Plik "-" Nowy projekt" lub naciśnij " +" wskazane strzałką na rysunku.
Ryż. 12
Jeden projekt może zawierać wiele programów. Aby projekt poprawnie załadował się do naszego robota w nazwie projektu i programów należy używać wyłącznie liter alfabetu łacińskiego!Nazwijmy nasz projekt Lekcje(lekcje) i pierwszy program - Lekcja 1(Lekcja 1). W celu nadania nazwy projektowi skorzystamy z menu głównego programu: „Plik” — „Zapisz projekt jako...” Aby zmienić nazwę programu - należy to zrobić podwójne kliknięcie najedź myszką na jego nazwę (program) i wpisz swoje imię.
Włączmy centralny blok naszego robota. Aby to zrobić, kliknij środkowy (najciemniejszy) przycisk bloku. Za pomocą dołączonego do zestawu kabla USB połączymy robota z komputerem. Pomyślne połączenie robota zostanie odzwierciedlone w zakładce sprzętu oprogramowanie EV3 w prawym dolnym rogu programu.
Ryż. 13
Jeśli połączenie robota się powiodło, to zacznijmy programować i stwórzmy nasz pierwszy program.
1.4. Nasz pierwszy program!
Nauczmy naszego robota poruszania się na pewną odległość do przodu. Na dole ekranu znajduje się paleta programowania, każdy kolor palety odpowiada innej grupie bloków programowania. Wybierzmy zieloną paletę "Akcja"... Zawiera jednostki sterujące silnika, jednostkę wyświetlacza, jednostkę kontroli dźwięku i przyciski sterownika EV3 (jednostka główna). Wybierz blok „Sterowanie” i przeciągnij go do obszaru programowania (centralny obszar programu).
Ryż. czternaście
Każdy program składa się z łańcucha bloków, które ustawiają określoną akcję lub kontrolę różne warunki... Każdy blok ma wiele różnych parametrów. Pierwszy, pomarańczowy blok z zielonym trójkątem w środku nosi nazwę - "Początek"... To od niego zaczyna się każdy program dla naszego robota. Zainstalowaliśmy drugi blok. Powtarzam - to się nazywa "Sterowniczy"... Jego celem jest jednoczesne sterowanie dwoma silnikami.
Ryż. 15
Ale jeśli zmontowałeś robota zgodnie z zaproponowanymi powyżej instrukcjami, prawdopodobnie zauważyłeś, że brakuje mu obwodu do podłączenia silników i czujników. Czas to rozgryźć. Blok EV3 ma 4 porty wskazane numerami: 1 , 2 , 3 , oraz 4 ... Te porty służą do łączenia tylko czujniki. Do podłączenia silników służą porty oznaczone literami: A, b, C oraz D... Silniki można podłączyć do dowolnych wolnych portów do nich wyznaczonych. Natomiast w przypadku wózka napędzanego zaleca się podłączenie silników do portów: b oraz C... Weźmy teraz dwa kable połączeniowe o długości 25 cm, lewy silnik połącz się z portem b, a Prawidłowy- do portu C... To połączenie jest domyślnie wybierane w bloku „Sterowanie”. Za tryb pracy urządzenia odpowiada specjalny przycisk oznaczony strzałką. Dla pierwszego programu wybierz tryb: "Włącz na liczbę obrotów"... Oznaczający 0 pod czarną strzałką na bloku oznacza ruch w linii prostej, gdy oba silniki obracają się z tą samą prędkością. Numer 75 ustawia moc silników, im większa jest ta wartość, tym szybciej będzie jechał nasz robot. Numer 2 ustawia liczbę obrotów każdego z silników, o jaką mają się obracać.
Tak więc nasz pierwszy program jest gotowy. Ładujemy go do naszego robota. Aby to zrobić, naciśnij przycisk "Pobierać" na karcie sprzętu i odłącz kabel USB od robota.
Ryż. 16
Robota instalujemy na płaskiej powierzchni. Za pomocą strzałek na bloku EV3 przejdź do folderu naszego projektu, wybierz program Lekcja 1 oraz środkowy przycisk klocka EV3, uruchom go.
Liceum Olchowackie
„Programowanie robota klocki Lego Burze myśli EV 3"
nauczyciel informatyki i ICT
Merkulova G.V.
obr./min Olchowatka, 2017
Cele :
wprowadzenie do robotyki z zestawem edukacyjnymklocki LegoBurze myśliEV 3 (klocki LegoEdukacjaBurze myśliEV 3);
usystematyzowanie wiedzy na ten temat” Algorytmy "(Na przykładzie pracy Roboty klocki LegoBurze myśliEV 3 );
asymilacja pojęć wykonawca, algorytm, cyklicznyalgorytm, właściwości algorytmu cyklicznego, aby dać wyobrażenie jak komponować najprostsze algorytmy cykliczne w środowiskuklocki LegoEdukacja... Dodatkowo opanowana zostaje koncepcja wzoru geometrycznego.
Podczas lekcji uczniowie powinni wykazać się następującymi wynikami w formie uniwersalnych zajęć edukacyjnych:
Przepisy:
usystematyzować i uogólnić wiedzę na ten temat„Algorytmy” za pomyślną implementację cyklicznego algorytmu zmontowanego robota;
Naucz się programować roboty za pomocą oprogramowania LEGO Education Mindstorms EV3.
Kognitywny:
Nauka robotyki, budowanie własnego robota, programowanie z oprogramowaniem LEGOBurze myśliEV 3;
NSbadanie eksperymentalne, ocena (pomiar) wpływu poszczególnych czynników.
Rozmowny: rozwijać umiejętności komunikacyjne podczas pracy w grupie lub zespole.
Osobisty: rozwój pamięci i myślenia, możliwość studiowania robotyki w starszych latach.
Rodzaj lekcji: łączny
Rodzaj lekcji: praktyczna praca
Ekwipunek : projektor multimedialny, konstruktorklocki LegoBurze myśliEV 3 45544 (4 szt.), C zestaw 541 elementów, w tym przełącznik USB LEGO, 2 duże serwomotory, czujnik ultradźwiękowy, czujnik koloru, czujnik dotykowy.
Plan lekcji:
Moment organizacyjny (2 min)
Powtórzenie materiału teoretycznego z poprzedniej lekcji (10 min)
Praca praktyczna: opracowanie algorytmu dla robota (23 min)
Podsumowując lekcję. Odbicie (3 min)
Etap informacyjny dotyczący zadania domowego (2 min)
Podczas zajęć:
Organizowanie czasu.
Celem tej lekcji jest wprowadzenie Cię w burze myśli Lego. Nauczyć ich programowania do konkretnych zadań, przeanalizować z Tobą podstawowe rozwiązania najczęstszych problemów.
Grupa części służy do łączenia wiązek ze sobą, z blokiem i czujnikami. Części o przekroju nazywane są osiami (czasami kołkami) i służą do przenoszenia obrotów z silników na koła i koła zębate.
II ... Powtórzenie materiału teoretycznego z poprzedniej lekcji.
Nauczyciel : Każdy z nas na co dzień używa różnych algorytmów: instrukcji, reguł, przepisów itp. Zwykle robimy to bez zastanowienia. Na przykład bardzo dobrze wiesz, jak sadzić drzewa. Ale powiedzmy, że musimy nauczyć tego młodszego brata lub siostrę. Oznacza to, że będziemy musieli jasno wskazać działania i kolejność ich realizacji.
Jakie będą te działania i jaka jest ich kolejność?
Uczniowie wymyślają zasadę sadzenia drzew.
Kopać dołek.
Zanurz sadzonkę w otworze.
Wypełnij otwór sadzonką ziemią.
Zalej sadzonkę wodą.
Kopać dołek.
Zanurz sadzonkę w otworze.
Itp.
Teraz chodźmyodpowiemy na następujące pytania:
Jaka jest charakterystyka algorytmu cyklicznego?
Do czego służą algorytmy zapętlania?
Jakie są właściwości algorytmów cyklicznych?
Jak executor implementuje algorytm pętli?
Uczniowie odpowiadają na proponowane pytania, a nauczyciel pokazuje prawidłowe odpowiedzi na slajdach.
III ... Praca praktyczna: opracowanie algorytmu cyklicznego dla robota
Przejdźmy teraz do naszych robotów (w tej lekcji są to „trójkołowe boty z markerem do rysowania po polu”, stworzone zgodnie z instrukcją), które zebraliśmy w ostatniej lekcji.
Spróbujmy skomponować cykliczny algorytm w specjalnym programie, który wykonają za pomocą następujących poleceń:
Powtarzanie czynności lub zestawu czynności(cykl)
Pauza (w sekundach)
Ćwiczenie 1: napisz algorytm liniowy, dzięki któremu robot będzie poruszał się po linii prostej i obracał o kąt (90 stopni).
Najpierw ustalimy jakich poleceń potrzebujemy, w jakim kierunku powinien się obracać silnik, jaki jest czas pracy silnika oraz kolejność wykonywania poleceń.
Prawidłowa opcja:
Notatka: czas pracy silnika w każdym indywidualnym przypadku będzie inny, w zależności od wymaganego kąta obrotu dobierane są wartości silnika (czas/moc).
Zadanie 2: zmienić utworzony algorytm liniowy na cykliczny (istnieje możliwość ustawienia ilości powtórzeń cyklu).
Prawidłowa opcja:
Notatka: Przeanalizuj, jaki kształt geometryczny narysuje robot na polu za pomocą markera. (Zostanie narysowany kwadrat)
Zadanie 3: zmień algorytm (zmiana parametrów ruchu do przodu ALE! bez zmiany kąta obrotu i zapętlenie robota na skończoną liczbę powtórzeń korpusu cyklu - 4) i zobacz jaki kształt narysuje robot. Przykład:
Opis czynności: jechać do przodu 2 sekundy, skręcić o 90 stopni, jechać do przodu 4 sekundy, skręcić o 90 stopni. Rezultatem będzie prostokąt.
Notatka: Przeanalizuj, jaki kształt geometryczny narysuje robot na polu za pomocą markera. (Zostanie narysowany prostokąt)
Zadanie 4: zmień algorytm według własnego uznania (zmiana parametrów ruchu do przodu i zmiana kąta obrotu oraz zapętlenie robota dla nieskończonej liczby powtórzeń korpusu roweru) i zobacz, jakie kształty narysuje robot. Porozmawiaj z chłopakami o terminie „wzór geometryczny”. Na przykład:
Przeanalizuj powstałe kształty. Zwróć uwagę na algorytm dla każdego z nich. Najprawdopodobniej każda grupa uczniów będzie miała jakiś wzór.
IV ... Podsumowując lekcję. Odbicie.
Więc chłopaki, podsumujmy naszą pracę.
Jakie algorytmy rozważaliśmy dzisiaj w praktyce?
Jakie właściwości ma algorytm cykliczny?
Jakie zadania można zrealizować za pomocą algorytmów cyklicznych?
V ... Etap informacyjny pracy domowej.
Zapisz swoją pracę domową:opracować algorytm ruchu robota tak, aby rysował następną figurę.
Zadanie na pewno zostanie docenione!
Dziękuję za lekcję! Do zobaczenia chłopcy.
Lista użytych materiałów dydaktycznych:
Instrukcja pracy z zestawemklocki LegoBurze myśliEV 3 45544.
Vyazov S.M., Kalyagina O.Yu., Ślezin K.A. Robotyka konkurencyjna: techniki programowania w środowiskuEV3: podręcznik do nauki. - Wydawnictwo M. "Pero", 2014
Program LabView do zestawów klocki LegoEV 3 45544.
Program PervoLogo 3.0.
Zasoby internetowe.