Файл: Основная часть 4 Знакомство с lego mindstorms ev3 4.docx
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 25
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание:
Введение 2
Основная часть 4
Знакомство с LEGO Mindstorms EV3 4
Проведение эксперимента 5
Заключение 7
Список использованной литературы: 8
ПРИЛОЖЕНИЯ 9
Приложение 1 9
Приложение 2 10
Приложение 3 11
Приложение 4 11
Приложение 5 13
Введение
Возможности образовательной робототехники широки. Благодаря созданию автономных мобильных роботов, являющихся моделями-прототипами машин, решаются актуальные задачи современного общества. Например, роботы-сортировщики мусора и бытовых отходов, роботы-шлагбаумы и т.д.
Как сказал Президент Российской Федерации: «Сегодня в стране существует явная нехватка инженерно-технических работников, рабочих кадров и в первую очередь рабочих кадров, соответствующих сегодняшнему уровню развития нашего общества» [1].В перечне его поручений, подготовленном по результатам заседания Комиссии по модернизации и технологическому развитию 30 марта 2011 года [3], даны четкие поручения по дальнейшему развитию системы инженерного образования. Подчеркивается, что ИКТ и инженерные технологии должны стать не дополнительным средством в обучении, а неотъемлемой частью целостного образовательного процесса, значительно повышающим его эффективность и максимально способствующий всестороннему развитию интеллектуальной, эмоциональной и личностной сфер учащихся [3].Изучение робототехники в школе в полной мере отвечает поставленным задачам.
Образовательная робототехника – это современный инструмент, закладывающий прочные основы системного мышления, интеграция информатики, математики, физики, черчения, технологии, естественных наук с развитием инженерного творчества [2]. Занятия робототехникой дают хороший задел на будущее, вызывают интерес к научно-техническому творчеству и заметно способствуют целенаправленному выбору профессии инженерной направленности.
Целью данной работы является исследование возможностей образовательной робототехники на базе LegoMindstormsEV3.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Познакомиться с образовательными робототехническими наборами;
2. Изучить базовые функции платформыLegoMindstormsEV3;
3. Изучить литературные источники, посвящённые данному направлению
;
4. Познакомится с языком программирования Lego;
5. Попрактиковаться в сборке роботов;
6. Принять участие в робототехнических соревнованиях;
7. Положить начало созданию концепции собственных робототехнических соревнований.
Объектом исследования является образовательная робототехника в МАОУ Успенской СОШ Тюменского района.
Предметом исследования является процесс изучения возможностей образовательной робототехники на базе LegoMindstormsEV3.
При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования:
Практическая значимость нашего исследования заключается в том, чтобы популяризировать робототехнику как творческую активность учащихся.
Основная часть
Знакомство с LEGO Mindstorms EV3
В связи с появлением такого инновационного направления деятельности как робототехника появляется необходимость изучения его возможностей для получения возможности практического применения результатов моделирования роботов и прямого применения их технических характеристик для решения практических задач.
Набор LEGO Mindstorms EV3 - это образовательная платформа для занятий робототехникой на уроках в школе, в организациях дополнительного образования детей, и домашнего использования от компании LEGO. Процесс работы с набором включает в себя сборку и программирование робота в рамках учебного занятия. Программирование осуществляется в специальном ПО, которое скачивается бесплатно с сайта LEGO Education.
Конструктор основан на деталях LEGO Technic и сложной электронике.
Возможности набора LEGO Mindstorms EV3:
С помощью базового набора Mindstorms EV3 можно собрать несколько моделей: робота на колесах, сортировщика, манипулятора, щенка и т.п.
Набор LEGO также предназначен для обучения основам компьютерных программ. Специально для этой серии компанией NationalInstruments было разработано графическое ПО, которое легко усвоить даже тем, кто раньше не был знаком с программированием. Чтобы управлять роботами, не нужно кодировать – оболочка содержит готовые алгоритмы в виде иконок, из которых собирается последовательность действий.
Необходимо помнить, что базовый набор LEGO MindstormsEducation EV3 прежде всего, образовательный конструктор.
В рамках научно-исследовательской работы проведено знакомство с образовательными робототехническими наборами LegoMindstormsEV3, изучены базовые функции платформыLegoMindstormsEV3и языка программирования Lego, осуществлена механическая сборка роботов. Предложена собственная концепция состязания «Танцующий робот».
В рамках научно-исследовательской работы наша команда познакомилась с образовательными робототехническими наборами LegoMindstormsEV3 (Приложение 1), изучили базовые функции платформыLegoMindstormsEV3 и познакомились с языком программирования Lego (Приложение 2), попрактиковались в сборке роботов (Приложение 3).
Когда мы рассмотрели различные проекты, созданные с помощью конструктора LegoMindstormsEV3, а также изучили некоторые зарубежные разработки пришли к выводу, что не всегда роботы могут заменить человека в области культурных достижений. К примеру, выполнять движения в такт музыке или танцевать. Однако, уже есть разработки в этом направлении, причем для реализации идеи робота, выполняющего сложные хореографические «па» создаются прототипы, имеющие гораздо больше сервоприводов, чем может позволить базовый набор LegoMindstormsEV3. Это натолкнуло нас на идею «научить» базовую конструкцию робота набора LegoMindstormsEV3 – «Погрузчик», выполнять несложные хореографические движения в такт музыке.
Проведение эксперимента
На первом этапе необходимо было подобрать для исполнения некоторый танец и определить схему движения робота.
Здесь мы обратились за помощью к в хореографический кружок. Нами был выбрано классическое танго. Используя различные источники теории танца и наблюдение за танцующими, определили схему движения. Затем, соотнесли программируемые действия робота и составили свою схему движения. (Приложение 4)
На втором этапе, мы занялись практическим осуществлением проекта. В результате мы получили алгоритм выполняемых роботом движений. Однако, здесь мы пришли к выводу что для приближения к реальному отражению танца, исполняемому только лишь одним роботом – недостаточно. Поэтому на третьем этапе была поставлена задача запрограммировать двух роботов на выполнение схемы танца. Сложность заключалась в синхронизации движений роботов. Поэтому схема движения была адаптирована для движения двух роботов одновременно. (Приложение 5)
Для выполнения алгоритма движения робота нашей группой был написана программа на языке программирования LEGOEV3. Здесь мы познакомились с основными командами для исполняемых алгоритмов и двигателей конструктора. На данном этапе возникла сложность взаимодействия двух моделей при выполнении синхронных и прямопротивоположных действий при следовании схемы движения.
По итогам разработки проекта мы подготовили концепцию собственного робототехнического соревнования «Танцующий робот».
Состязание заключается в том, чтобы сконструировать робота на базе набора LegoMindstormsEV3 и запрограммировать его на выполнение элементов хореографии, Сложность состязания заключается в том, что необходима адаптация движений робота к сложным движениям танца посильным человеку.
Заключение
Сейчас, когда престиж инженерных профессий начинает повышатьсяспециалисты по робототехнике, будут востребованы практически во всех промышленных областях. Развитие нашей экономики неразрывно связано с автоматизацией производства. Монотонный, либо вредный и опасный для человека труд в ближайшем будущем возьмут на себя высокоточные промышленные роботы. Но создавать и обслуживать их должны все же люди. Поэтому одной из главных задач, стоящих перед молодежью, является получение навыков образовательной робототехники.
Список использованной литературы:
1. Государственные вести / Мнения российских политиков о нехватке инженерных кадров.
URL: http://www.gosnews.ru/business_and_authority/news/643 (дата обращения: 21.03.2018).
2. Образовательные проекты // Образовательная робототехника / Проекты.
URL: http://msa.servodroid.ru/obrazovatelniye_projects (дата обращения: 10.03.2018).
3. ROBOT-HELP.RUПомощь начинающим робототехникам
URL: https://robot-help.ru/tips.html(дата обращения: 10.03.2018).
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Знакомство с образовательными робототехническими наборами LegoMindstormsEV3
Приложение 2
Программирование в среде LEGO MindstormsEducation EV3
Приложение 3
Сборка базовой модели «Погрузчик»
Приложение 4
Схема движения пары танцующих классическое «танго»
Схема движения по линии танца «танго» модели «Погрузчик» (адаптировано)
Приложение 5
Схема движения пары моделей «Погрузчик» классическое «танго»
Введение 2
Основная часть 4
Знакомство с LEGO Mindstorms EV3 4
Проведение эксперимента 5
Заключение 7
Список использованной литературы: 8
ПРИЛОЖЕНИЯ 9
Приложение 1 9
Приложение 2 10
Приложение 3 11
Приложение 4 11
Приложение 5 13
Введение
Возможности образовательной робототехники широки. Благодаря созданию автономных мобильных роботов, являющихся моделями-прототипами машин, решаются актуальные задачи современного общества. Например, роботы-сортировщики мусора и бытовых отходов, роботы-шлагбаумы и т.д.
Как сказал Президент Российской Федерации: «Сегодня в стране существует явная нехватка инженерно-технических работников, рабочих кадров и в первую очередь рабочих кадров, соответствующих сегодняшнему уровню развития нашего общества» [1].В перечне его поручений, подготовленном по результатам заседания Комиссии по модернизации и технологическому развитию 30 марта 2011 года [3], даны четкие поручения по дальнейшему развитию системы инженерного образования. Подчеркивается, что ИКТ и инженерные технологии должны стать не дополнительным средством в обучении, а неотъемлемой частью целостного образовательного процесса, значительно повышающим его эффективность и максимально способствующий всестороннему развитию интеллектуальной, эмоциональной и личностной сфер учащихся [3].Изучение робототехники в школе в полной мере отвечает поставленным задачам.
Образовательная робототехника – это современный инструмент, закладывающий прочные основы системного мышления, интеграция информатики, математики, физики, черчения, технологии, естественных наук с развитием инженерного творчества [2]. Занятия робототехникой дают хороший задел на будущее, вызывают интерес к научно-техническому творчеству и заметно способствуют целенаправленному выбору профессии инженерной направленности.
Целью данной работы является исследование возможностей образовательной робототехники на базе LegoMindstormsEV3.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Познакомиться с образовательными робототехническими наборами;
2. Изучить базовые функции платформыLegoMindstormsEV3;
3. Изучить литературные источники, посвящённые данному направлению
;
4. Познакомится с языком программирования Lego;
5. Попрактиковаться в сборке роботов;
6. Принять участие в робототехнических соревнованиях;
7. Положить начало созданию концепции собственных робототехнических соревнований.
Объектом исследования является образовательная робототехника в МАОУ Успенской СОШ Тюменского района.
Предметом исследования является процесс изучения возможностей образовательной робототехники на базе LegoMindstormsEV3.
При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования:
-
Моделирование. -
Анализ и синтез. -
Наблюдение. -
Эксперимент. -
Программирование. -
Метод «мозгового штурма».
Практическая значимость нашего исследования заключается в том, чтобы популяризировать робототехнику как творческую активность учащихся.
Основная часть
Знакомство с LEGO Mindstorms EV3
В связи с появлением такого инновационного направления деятельности как робототехника появляется необходимость изучения его возможностей для получения возможности практического применения результатов моделирования роботов и прямого применения их технических характеристик для решения практических задач.
Набор LEGO Mindstorms EV3 - это образовательная платформа для занятий робототехникой на уроках в школе, в организациях дополнительного образования детей, и домашнего использования от компании LEGO. Процесс работы с набором включает в себя сборку и программирование робота в рамках учебного занятия. Программирование осуществляется в специальном ПО, которое скачивается бесплатно с сайта LEGO Education.
Конструктор основан на деталях LEGO Technic и сложной электронике.
Возможности набора LEGO Mindstorms EV3:
-
Роботы способны улавливать ультразвуковые волны и видеть предметы, расположенные в радиусе 2,5 м. -
Благодаря датчику цвета, модели различают до 7 оттенков и реагируют на смену освещенности. -
«Мозг» конструктора LEGO MindstormsEducation EV3 обладает увеличенным объемом памяти и самой высокой вычислительной мощностью в серии Майндстормс. -
Роботы соединяются с компьютером при помощи WiFi и Bluetooth. -
Модели управляются при помощи планшетов или смартфонов.
С помощью базового набора Mindstorms EV3 можно собрать несколько моделей: робота на колесах, сортировщика, манипулятора, щенка и т.п.
Набор LEGO также предназначен для обучения основам компьютерных программ. Специально для этой серии компанией NationalInstruments было разработано графическое ПО, которое легко усвоить даже тем, кто раньше не был знаком с программированием. Чтобы управлять роботами, не нужно кодировать – оболочка содержит готовые алгоритмы в виде иконок, из которых собирается последовательность действий.
Необходимо помнить, что базовый набор LEGO MindstormsEducation EV3 прежде всего, образовательный конструктор.
В рамках научно-исследовательской работы проведено знакомство с образовательными робототехническими наборами LegoMindstormsEV3, изучены базовые функции платформыLegoMindstormsEV3и языка программирования Lego, осуществлена механическая сборка роботов. Предложена собственная концепция состязания «Танцующий робот».
В рамках научно-исследовательской работы наша команда познакомилась с образовательными робототехническими наборами LegoMindstormsEV3 (Приложение 1), изучили базовые функции платформыLegoMindstormsEV3 и познакомились с языком программирования Lego (Приложение 2), попрактиковались в сборке роботов (Приложение 3).
Когда мы рассмотрели различные проекты, созданные с помощью конструктора LegoMindstormsEV3, а также изучили некоторые зарубежные разработки пришли к выводу, что не всегда роботы могут заменить человека в области культурных достижений. К примеру, выполнять движения в такт музыке или танцевать. Однако, уже есть разработки в этом направлении, причем для реализации идеи робота, выполняющего сложные хореографические «па» создаются прототипы, имеющие гораздо больше сервоприводов, чем может позволить базовый набор LegoMindstormsEV3. Это натолкнуло нас на идею «научить» базовую конструкцию робота набора LegoMindstormsEV3 – «Погрузчик», выполнять несложные хореографические движения в такт музыке.
Проведение эксперимента
На первом этапе необходимо было подобрать для исполнения некоторый танец и определить схему движения робота.
Здесь мы обратились за помощью к в хореографический кружок. Нами был выбрано классическое танго. Используя различные источники теории танца и наблюдение за танцующими, определили схему движения. Затем, соотнесли программируемые действия робота и составили свою схему движения. (Приложение 4)
На втором этапе, мы занялись практическим осуществлением проекта. В результате мы получили алгоритм выполняемых роботом движений. Однако, здесь мы пришли к выводу что для приближения к реальному отражению танца, исполняемому только лишь одним роботом – недостаточно. Поэтому на третьем этапе была поставлена задача запрограммировать двух роботов на выполнение схемы танца. Сложность заключалась в синхронизации движений роботов. Поэтому схема движения была адаптирована для движения двух роботов одновременно. (Приложение 5)
Для выполнения алгоритма движения робота нашей группой был написана программа на языке программирования LEGOEV3. Здесь мы познакомились с основными командами для исполняемых алгоритмов и двигателей конструктора. На данном этапе возникла сложность взаимодействия двух моделей при выполнении синхронных и прямопротивоположных действий при следовании схемы движения.
По итогам разработки проекта мы подготовили концепцию собственного робототехнического соревнования «Танцующий робот».
Состязание заключается в том, чтобы сконструировать робота на базе набора LegoMindstormsEV3 и запрограммировать его на выполнение элементов хореографии, Сложность состязания заключается в том, что необходима адаптация движений робота к сложным движениям танца посильным человеку.
Заключение
Сейчас, когда престиж инженерных профессий начинает повышатьсяспециалисты по робототехнике, будут востребованы практически во всех промышленных областях. Развитие нашей экономики неразрывно связано с автоматизацией производства. Монотонный, либо вредный и опасный для человека труд в ближайшем будущем возьмут на себя высокоточные промышленные роботы. Но создавать и обслуживать их должны все же люди. Поэтому одной из главных задач, стоящих перед молодежью, является получение навыков образовательной робототехники.
Список использованной литературы:
1. Государственные вести / Мнения российских политиков о нехватке инженерных кадров.
URL: http://www.gosnews.ru/business_and_authority/news/643 (дата обращения: 21.03.2018).
2. Образовательные проекты // Образовательная робототехника / Проекты.
URL: http://msa.servodroid.ru/obrazovatelniye_projects (дата обращения: 10.03.2018).
3. ROBOT-HELP.RUПомощь начинающим робототехникам
URL: https://robot-help.ru/tips.html(дата обращения: 10.03.2018).
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Знакомство с образовательными робототехническими наборами LegoMindstormsEV3
Приложение 2
Программирование в среде LEGO MindstormsEducation EV3
Приложение 3
Сборка базовой модели «Погрузчик»
Приложение 4
Схема движения пары танцующих классическое «танго»
Схема движения по линии танца «танго» модели «Погрузчик» (адаптировано)
Приложение 5
Схема движения пары моделей «Погрузчик» классическое «танго»