Пример коллективного проекта модуль «Робототехника» согласно ФГОС 7 класс: «Конструирование моделей роботов»

Автор: Кузьмин Виктор Николаевич

Организация: МАОУ СОШ №147 г.Челябинска

Населенный пункт: Челябинская область, г. Челябинск

Пример разработки по технологии, которая была апробирована в общеобразовательных классах.

Основной целью данного образовательного мероприятия являлось отработка на практике навыков полученных на уроках по модулям «Производство и технологии» и освоении нового материала по модулю «Робототехника» по ФОП

Проект коллективный. На занятии осуществлялась сборка и программирование изделия.

ВЫБОР ТЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА.

Робототехника – это перспективное и востребованное направление в обучении, ориентированное на разработку и исследование роботов и робототехнических систем на практике.

Актуальность проекта

В современных условиях всё больше направлений современного мира используют программируемые системы.

Цель проекта: развитие универсальных учебных действий и углубление знаний по робототехнике.

Задачи :

1. Изучить свойства микроконтроллеров.
2. Изучить малоразмерных телеуправляемых роботов и создать прототип.
3. Составить и установить программу движения робота в микроконтроллер.
4. Изготовить устройство на базе микроконтроллера Arduino.

Результат:

Создание гусеничного телеуправляемого мобильного робота-разведчика на базе микроконтроллера Arduino.

 

1.С какими проблемами сталкивается потребитель, желая приобрести робота?

1. Не всегда программное обеспечение для программируемых систем есть в отрытом доступе или с простым кодом программирования.

2. Роботы не так распространены, поэтому нужные запчасти и самих роботов очень сложно найти.

3. Цена на конструкторы по робототехнике часто большая, особенно для школьников, из-за этого очень сложно его приобрести.

2.Предложения по разрешению проблем.

В результате исследования проекта и учета требований, при конструировании робота следует учесть следующие факторы:

1. Доступность комплектующих, в случае поломки можно легко найти замену детали или изготовить её в условиях школьной мастерской.
2. Также учесть, для чего будет использоваться робот. Он будет спортивным,

то есть объезжать препятствия.

Будут использованы оптимальные затраты

Сбора робота будет легкой и не предоставит проблем

Также для оптимальной работы будет использован контролер Arduino Uno R3

 

3.Почему Arduino?

Начнем с того, что платы Arduino стоят достаточно мало, как и все остальное связанное с Arduino.

Среда программирования для Arduino основана на распространённом языке программирования, из-за этого в интернете можно найти много обучающего материала.

Плата Arduino поддерживает много расширений и к ней можно подключить множество датчиков, моторов и т.п.

Программное обеспечение Arduino работает на таких операционных системах как Windows, Macintosh, OSX, Linux

 

 

4.Выявление основных параметров и ограничений

Изделие должно отвечать следующим требованиям:

1. Изделие должно быть выполнено аккуратно.
2. Изделие должно соответствовать выбранной стилистике.
3. Изделие должно быть красивым.
4. Изделие должно быть прочным.

 

При выборе данного проекта были учтены следующие моменты:

• Базу робота можно изготовить в школьной мастерской используя компетенции, полученные на занятиях по технологии;
• Плата Arduino Uno R3 имеет низкую стоимость, возможность расширения аппаратных средств, свободно распространяемую среду программирования и возможность работы с различными операционными системами;
• Программу управления роботом можно создать самостоятельно используя компетенции полученные на уроках информатики по программированию;
• Драйвер управления двигателями можно изготовить самостоятельно, используя компетенции полученные на занятиях по технологии;
• Оснащение кабинета технологии позволяет сделать изделие в мастерской;
• Данная работа не опасна;
• Материалы для изготовления базы робота имеются в мастерской, а плата . Arduino Uno R3, различные датчики, двигатели, крепежный материал доступен для приобретения в магазинах;

 

Перечисленные выше аргументы позволяют сделать вывод об удачном выборе варианта проекта.

 

 

5. Спецификация изделия «Робот объезжающий препятствия».

Поз.	Наименование	Кол.	Материал	Размеры
1	Плата Arduino Uno R3	1		69х53
2	Мотор – редуктор пластмассовый прямой (120:1 передаточное число) с колесами	2	Пластик	64,2х22,5х18,8
4	Держатель батарей на 4 батареи типа AA	2	Пластик	62х58х16
5	Аккумуляторы	8		14,5х50,5
6	Ультразвуковой датчик HC-SR04	1		43х20х15
7	Набор кроссовых проводов M-F (папа-мама) в количестве 10 штук	1	Медь	длина 150
8	Переключатель	1	Металл-пластик	13х10х8
9	Разъем питания (2,1мм)	1	Металл-пластик	5,5х2,1
12	Набор крепежный для верхней платформы	4	сталь	винт М4х40 гайка М4 шайба М4
13	Комплект гусеничной ходовой с ведущими колесами	1	пластик
14	Верхняя платформа	1	Листовой ПВХ-пластик	194х320х3
15	Нижняя платформа	1	Лист оргстекло	250х200х3
16	Драйвер L9110S DC	1		69х53
17	Держатель для моторов-редукторов	2	ПВХ профиль	25х25х40

 

Подсоединить двигатели к драйверу Драйвер L9110S DC. Драйвер подключить к плате Arduino Uno R3 через входы 5,6 и 10, 11. Питание драйвера можно вывести через плату, но лучше отдельно. Ультразвуковой датчик HC-SR04 подключить к выходам 8,9 питание так же через плату Arduino Uno R3 .

 

6. Код для робота

[code]

long i = 0;

 

long ultrason_8() {

long duration, distance;

digitalWrite(8,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(8, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(8, LOW);

duration = pulseIn(7, HIGH);

distance = duration/58;

return distance;

}

 

 

void _D0_B2_D0_BF_D0_B5_D1_80_D0_B5_D0_B4() {

pinMode(5,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

analogWrite(5,255);

analogWrite(6,0);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

analogWrite(10,255);

analogWrite(11,0);

}

 

void _D0_BD_D0_B0_D0_B7_D0_B0_D0_B4() {

pinMode(5,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

analogWrite(5,0);

analogWrite(6,155);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

analogWrite(10,0);

analogWrite(11,155);

}

 

void _D0_BB_D0_B5_D0_B2_D0_BE() {

pinMode(5,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

analogWrite(5,0);

analogWrite(6,255);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

analogWrite(10,255);

analogWrite(11,0);

}

 

void _D0_BF_D1_80_D0_B0_D0_B2_D0_BE() {

pinMode(5,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

analogWrite(5,255);

analogWrite(6,0);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

analogWrite(10,0);

analogWrite(11,255);

}

 

void _D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF() {

pinMode(5,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

analogWrite(5,0);

analogWrite(6,0);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

analogWrite(10,0);

analogWrite(11,0);

}

 

 

void setup() {

pinMode(8, OUTPUT);

pinMode(7, INPUT);

 

}

 

void loop() {

if (ultrason_8() < 10 & i == 0) {

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

_D0_BF_D1_80_D0_B0_D0_B2_D0_BE();

delay(500);

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

_D0_BD_D0_B0_D0_B7_D0_B0_D0_B4();

delay(500);

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

_D0_BF_D1_80_D0_B0_D0_B2_D0_BE();

delay(500);

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

i = 1;

}

if (ultrason_8() < 10 & i == 1) {

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

_D0_BB_D0_B5_D0_B2_D0_BE();

delay(500);

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

_D0_BD_D0_B0_D0_B7_D0_B0_D0_B4();

delay(500);

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

_D0_BB_D0_B5_D0_B2_D0_BE();

delay(500);

_D1_81_D1_82_D0_BE_D0_BF();

delay(500);

i = 0;

}

_D0_BD_D0_B0_D0_B7_D0_B0_D0_B4();

}

[/code]

 

 

 

 

7.Схема конструкции робота

 

1. ведомое колесо

2. крепление для телеметрии

3. крепление LEGO

4. платформа для ультразвукового датчика.

5. корпус

Примерная схема компоновки:

1. LEGO ведущие катки

2. Двигатели

3. Направляющие совместимые с LEGO

4. Платформа для крепления ультразвукового датчика.

5. Основная платформа.

 

Готовый результат:

 

 

 

8.Контроль качества

Готовое изделие отвечает следующим требованиям:

Все детали изготовлены аккуратно в соответствии с выше указанной технологией. Изделие представляет собой законченное изделие. Внешний вид изделия производит благоприятное впечатление

Этот Arduino-проект для начинающих можно развивать далее. Можно изменить внешний вид и изменить код. Роботу пригодятся различные датчики. Процессор Arduino можно загрузить программу, которая будет управлять всеми этими устройствами по заданному алгоритму. Таким образом можно создать бесконечное количество уникальных гаджетов, сделанных своими руками и по собственной задумке.

Таким образом, в ходе нашей проектной деятельности нам у далось достигнуть следующих результатов:

1. Обобщить теоретические данные по теме, связанной с микроконтроллерами, их использования в робототехнике.
2. Узнать и использовать возможности применения микроконтроллера Arduino.
3. Спланировать поэтапную деятельность, направленную на создание робота, которая включает в себя следующие этапы: поисково- исследовательский, конструкторско-технологический и заключительный.
4. Выяснить, что каждый этап представляет собой значимое и необходимое звено в систематизированной деятельности, направленной на достижение наиболее эффективных результатов.
5. Обосновать значимость самостоятельного создания гусеничного шасси из доступных материалов, которое рассматривается как новизна проектной деятельности.

 

Список литературы

1. Васильев А.В. Мобильные мини-роботы разведки: текущее состояние характерные черты и общие тенденции развития // Известия ЮФУ. Технические науки Тематический выпуск. 2010. — С. 119—123.
2. Семенов А.Г., Солонович А.А., Элизов А.Д. Мобильные роботы: проект робота «Квадрокластер» для спецопераций // Научно технические ведомости СПБГПУ 2005. —№ 39 — С. 200—208.
3. Семенов Д.К. Дистанционно управляемый мобильный робот, видеокамера мобильного робота, звукоприемная система самонаведения мобильного робота, сферическая граната // Патент на изобретение № 2473863 РФ.

 

Электронный ресурс

1. Официальный русскоязычный сайт платформы Arduino http://arduino.ru/
2. Официальный сайт среды разработки Arduino IDE http://www.arduino.cc/
3. LEGO Technic Tora no Maki, ISOGAWA Yoshihito, Version 1.00 Isogawa Studio, Inc., 2007, http://www.isogawastudio.co.jp/legostudio/toranomaki/en/
4. CONSTRUCTOPEDIA NXT Kit 9797, Beta Version 2.1, 2008, Center for Engineering Educational Outreach, Tufts University,
5. http://www.legoengineering.com/library/doc_download/150-nxt-constructopedia-beta-21.html
6. http://www.legoeducation.info/nxt/resources/building-guides/
7. http://www.legoengineering.com/
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Робот

Опубликовано: 06.10.2025