Методична розробка заняття "Виготовлення робота на основі плати Ардуіно"

 

Зміст

1. Вступ………………………………………………………………………….3
2. Методична розробка заняття на тему «Виготовлення робота на основі плати Arduino.»………………………………………………………………4
3. Висновки………………………………………………………………….....14
4. Список джерел………………………………………………………………15
5. Додаток №1………………………………………………………………….16
6. Додаток №2 (електронний носій)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Дана методична розробка створена з метою висвітлення сучасних методів роботи в науково-технічній творчості, роботи з сучасними технологіями та основами програмування. Матеріал викладений у розробці зможе допомогти керівникам гуртків робототехніки, електроніки, програмування та керівникам гуртків технічного спрямування втілювати практично вивчений матеріал та поєднувати різні галузі технічної творчості в одній роботі. Оскільки робототехніка є новим видом творчості в позашкільній освіті, дана методична розробка може бути гарною основою для створення нових проектів та нових технічних ідей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методична розробка заняття

Тема: Виготовлення робота на основі плати Arduino.

Мета:

• Навчальна: навчити вихованців виготовляти прості моделі роботів на основі плати Arduino; навчити правильно поєднувати всі компоненти та деталі робота. Запрограмувати робота. Самостійно виготовляти корпус для моделей.
• Розвивальна : розвивати просторове мислення та логіку; точність та охайність під час роботи; розвивати конструкторські здібності,
• Виховна: виховувати інтелектуально-розвинену молодь; прагнення до роботи своїми руками; інтерес до вивчення технічних наук.

Обладнання та матеріали: лазерний різак, інструменти для роботи в майстерні, фанера 5 мм, клей універсальний, колеса – 3 штуки, двигуни -2 штуки, плата Arduino Uno, драйвер двигуна, ультразвуковий датчик відстані HC 04, серводвигун, кнопка-вимикач, батарейний відсік, акумулятори – 2 штуки, з’єднувальні дроти, ноутбуки, програмний код, креслення корпусу.

Цільова аудиторія: діти віком від 10 років.

Очікувані результати: Вихованці мають створити корпус для робота, зібрати всі деталі роботи, та запрограмувати.

Тип заняття: Практичне. Використання STEM-технологій.

                        S (science) – науковий підхід до вивчення. Дослідження.

                        T (technology) – вивчення технології функціонування робота.

                        E (engineering) – конструювання робота. Створення креслень.

                         М (maths) – програмування робота. Обчислення при створені корпуса.

Міжпредметні зв’язки: креслення, геометрія, фізика, механіка, логіка, історія, інформатика.

План заняття:

1. Організаційна частина.
2. Актуалізація опорних знань та навичок.
3. Мотивація навчальної діяльності.
4. Основна частина.
5. Фізкультхвилинка.
6. Практична частина.
7. Заключна частина.

Хід заняття:

1. Організаційна частина.

Привітання з вихованцями. Облік відвідування гуртка. Перевірка готовності до заняття.

2. Актуалізація опорних знань та навичок.

Пригадуємо над чим працювали на минулих заняттях.

Опитування по загальним відомостям:

• Що таке робототехніка?

Очікувані відповіді - прикладна наука, що опікується проектуванням, розробкою, будівництвом, експлуатацією та використанням роботів, а також комп'ютерних систем для їх контролю, сенсорного (на основі вихідних сигналів давачів) зворотного зв'язку і обробки інформації автоматизованих технічних систем (роботів).

• Для чого потрібні роботи?

Очікувані відповіді -  виробляти програмування задля контрольованої співпраці електроніки і механіки роботів. Роботів створюють для поліпшення життя людей та виконання складних функцій.

• Що таке Arduino?

Очікувані відповіді -  апаратна обчислювальна платформа для аматорського конструювання, основними компонентами якої є плата мікроконтролера з елементами вводу/виводу та середовище розробки Processing/Wiring на мові програмування. Arduino може використовуватися як для створення автономних інтерактивних об'єктів, так і підключатися до програмного забезпечення, яке виконується на комп'ютері.

• Що таке драйвер двигуна?

Очікувані відповіді -  пристрій, який приводить в рух частини робота.

• Що таке ультразвуковий датчик відстані?

Очікувані відповіді -  пристрій, який допомагає орієнтуватися в просторі роботу. Реагує на перешкоди та допомагає прокладати маршрут.

• Що таке серводвигун?

Очікувані відповіді - виконавчий пристрій, використовується у системах автоматичного регулювання; перетворює керуючий сигнал малої потужності на лінійне чи кутове переміщення вел. сили або моменту сили; с. бувають електричними, механічними, пневматичними та гідравлічними.

3. Мотивація навчальної діяльності.

Повідомлення теми та мети заняття. Ознайомити вихованців з планом роботи під час заняття.

4. Основна частина.

Виклад нового матеріалу.

Види роботів:

• Робот гуманоїд (людиноподібний робот) — це машина, шасі якої виконано у вигляді людиноподібного тіла. Гуманоїдний дизайн робота зумовлений певною метою: функціональністю — для використання людських інструментів чи середовищ життя людини; з експериментальною метою — для вивчення прямоходіння; з медичною метою — вивчення впливу на організм тих чи інших навантажень тощо.
• Промислові (індустріальні) роботи в останні десятиріччя майже повністю замінили людську працю в різноманітних галузях, особливо в технологічних процесах, де потрібна прецизійна точність, швидкість та одноманітність, повторюваність операцій в машинобудуванні та обробці матеріалів, у виробництві мікропроцесорів і навіть в таких технологіях як виробництво або складання паперово-картонної тари.
• Сільськогосподарський робот або агроробот — робот, який використовується у сільськогосподарських цілях. Основна область застосування роботів у сільському господарстві — процес збирання врожаю. Роботи, що збирають овочі або фрукти; трактор-розпилювач, що працює автономно; робот, який стриже овець, призначені для заміни людської праці у цій галузі. Індустрія сільського господарства відстає у використанні роботів від інших галузей, так як види робіт, пов'язані з сільським господарством, не є однозначними, і навіть часто повторювані дії кожного разу не завжди збігаються. У більшості випадків певна множина факторів (наприклад, розмір і колір плодів) повинна аналізуватись до початку виконання завдання. Роботи можуть бути використані при вирішенні таких рослинницьких задач, як обрізання, прополювання, оранка, поливання, моніторинг перебігу процесу вирощування тощо. У тваринництві роботи знайшли застосування для доїння, миття, кастрації тощо.
• Побутовий робот — робот, призначений для допомоги людині в повсякденному житті. Наразі поширення побутових роботів є невеликим, проте футурологи передбачають широке їх використання у найближчому майбутньому.

Моделі побутових роботів:

• роботи-іграшки;
• соціальні роботи, які автономному чи напівавтономному режимі можуть взаємодіяти та спілкуватись з людьми;
• роботи-помічники, наприклад:

роботи-прибиральники роботизовані газонокосарки;

роботи для чищення басейнів, каналізаційних труб тощо.

     На цьому занятті пропонуємо виготовити робота-іграшку. Робот зможе самостійно пересуватись, оминати перешкоди та прокладати маршрут.

5. Фізкультхвилинка.

Оскільки робота на занятті буде пов’язана з дрібними деталями та роботою за комп’ютерами, пропоную виконати вправу для очей:

Вправи для попередження втоми очей та розслаблення м’язів навколо очей

1. Витягнути руку вперед. Подивитися на вказівний палець витягнутої руки на рахунок 1–4. Потім перенести погляд удалечінь на рахунок 1–6. Повторити 4–5 разів.

2. Міцно заплющити очі. Порахувати до 3, відкрити очі та подивитися вдалечінь. Порахувати до 5. Повторити 4–5 разів.

3. Ноги на ширині плечей, руки в боки. Колові рухи руками вперед і назад. Весь час стежити за кінчиком великого пальця. Повторити 3–4 рази.

4. Упродовж 3–5 с дивитись обома очима на палець витягнутої вперед правої руки. Прикрити ліве око. Дивитися правим оком 3–5 с. Повторити 3–5 разів, прикриваючи по черзі то ліве, то праве око.

5. Горизонтальні рухи очей: направо-наліво.

6. Рух очними яблуками вертикально вгору–вниз.

7. Колові рухи. Підняти очі догори, зробити ними колові рухи за годинниковою стрілкою, потім проти годинникової стрілки.

8. Заплющити очі якомога міцніше і відчути, як напружуються м’язи очей. Затримайтеся так на три секунди, потім різко розплющіть очі. Різка зміна змушує очі розслабитися й особливо підходить для закінчення зарядки для очей.

9. «Темне розслаблення». Покласти на заплющені очі теплі долоні, пальці схрестити на чолі. Розслабитися і постаратися досягти глибокого темного кольору.

10. Рух очей по діагоналі: скосити очі в лівий нижній кут, потім по прямій перевести погляд угору. Аналогічно в протилежному напрямку.

11. Зведення очей до носа. Для цього до перенісся поставити палець і подивитися на нього — очі легко «з’єднаються».

12. Часте моргання очима.

13. Робота ока «на відстань». Підійти до вікна, уважно подивитися на близьку, добре видиму деталь: гілку дерева, що росте за вікном, або на подряпини на склі. Потім спрямувати погляд удалину, намагаючись побачити максимально віддалені предмети. Кожну вправу слід повторювати не менше ніж 6 разів у кожному напрямку.

14. Руки на пояс, повернути голову вправо, подивитися на лікоть правої руки; повернути голову вліво, подивитися на лікоть лівої руки, повернутися у вихідне положення.

15. Руки вперед, подивитися на кінчики пальців, підняти руки вгору (вдих), стежити очима за рухом рук, не піднімаючи голови, руки опустити (видих).

6. Практична частина.

Перед початком роботи пригадуємо техніку безпеки при роботі в майстерні  (додаток №1)

Практична частина буде проходити в три етапи:

1. Виготовлення корпуса для робота.
2. Технічний збір. Складання робота.
3. Програмування робота.

1. Виготовлення корпуса для робота.

Першим кроком до створення робота буде виготовлення корпусу. Корпус малюємо за допомогою програм Corel або КОМПАС 3Д. Ці програми обираємо через те, що на їх основі працює лазерний різак. Креслення в програмі Corel – (Додаток №2) на електронному носіїї.

Завантажуємо зображення на лазерний різак та дотримуючись техніки безпеки , запускаємо його в дію. За деякий час отримуємо готовий корпус.

2. Технічний збір. Складання робота.

Другим кроком буде технічний збір. Для цього нам знадобиться :

• Корпус.
• Двигуни 2 шт.
• Колеса 3 шт.
• Плата Arduino.
• Драйвер двигуна.
• Ультразвуковий датчик відстані.
• Серводвигун.
• Кнопка-вимикач.
• Батарейний відсік.
• Акумулятори 2 шт.
• З’єднувальні  дроти.
• Гвинтики та гаєчки.
• Універсальний клей.

Кріпимо колеса. Кріпимо та поєднуємо всі деталі як показано на схемі:

              АБО

Поєднуємо деталі та кріпимо на основі за допомогою гвинтів або універсального клею за зручністю.

Ось такий вигляд має зібраний робот:

• Вигляд згори

 

 

 

 

 

 

 

 

• Вигляд знизу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Вигляд з переду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Програмування робота.

      Заключним етапом роботи буде програмування нашого робота. Заходимо в програму Arduino та під’єднуємо робота до ПК або ноутбука через USB кабель. Програмуємо (Додаток №3) на електронному носії.

      Таким чином виконуючи послідовно всі операції маємо готового робота здатного пересуватись та реагувати на перешкоди не використовуючи керування.

6. Заключна частина.

      Платформа Arduino дуже зручна та легка в використанні. Вона дає можливість навчатись основам робототехніки дітям молодшого шкільного віку, та втілювати задумані проекти більш дорослим учням.

 

Висновок

     Дана методична розробка є комплексною та поєднує в собі три напрямки робототехніки – макетування, електроніку та програмування. Розробку можна використовувати на практичних заняттях починаючи з молодої вікової категорії. Таким чином кожен окремий напрямок є невід’ємною ланкою єдиного навчального процесу, де всі предмети тісно пов’язані і залежать одна від одної – що саме і відповідає основним принципам   SТЕМ-освіти.

      Робототехніка – це сучасний, креативний та перспективний напрямок науково-технічної творчості, який дає безліч можливостей для втілення інженерної фантазії. Робототехніка дає великі можливості для експериментів та винахідництва, також вона є дуже корисним напрямком роботи, адже робототехніка спрямована на поліпшення умові життя людей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бібліографія

1. Блум Д. «Изучаем ардуино: інструменты и методы технического волшебства» - БВХ «Петербург» 2015 р.
2. Іванов С.А. посібник «Основи програмування апаратної платформи Arduino» - Запоріжжя «Акцент» 2017 р.
3. Ю.П. Колонтаєвський, А.Г. Сосков «Електроніка і мікросхематика»- Київ «Каравела» 2009 р.
4. Інтернет ресурс - https://arduinomaster.ru/uroki-arduino/arduino-uroki-nachalo-raboty/
5. Інтернет ресурс - http://geekmatic.in.ua/ua/arduino_osnovyi_programmirovaniya

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                 Додаток №1

Правила безпеки при роботі з лазерним різаком:

1. Не вмикати та не вимикати самостійно живлячі дроти.
2. Вмикати різак можна лише після того, як ви впевнились, що ввімкнуті стабілізатори та безперебійники.
3. Перед тим , як почати роботу на лазерному різаку необхідно ввімкнути витяжку та приточну вентиляцію.
4. Перед початком роботи обов’язково потрібно закрити кришку робочого поля різака.
5. В жодному разі не класти стороні предмети в різак.
6. Використовувати тільки допустимі в інструкції до різака матеріали.
7. Не відкривати кришку робочого поля під час роботи різака.
8. Після закінчення роботи вимкнути різак.

 

Правила безпеки при роботі в майстерні:

1. Дотримуватися порядку в майстерні. Всі речі мають лежати на своїх місцях.
2. Робочі інструменти передаємо ручкою вперед.
3. Ножиці, плоскогубці, круглогубці, кусачки тримаємо та кладемо на робочу поверхню в закритому положенні.
4. Використовуємо інструменти лише за призначенням.

 

Правила безпеки при роботі з клеєм:

1. Використовувати клей відповідно до інструкції та дозволених в ній матеріалів.
2. Під час нанесення використовувати пензлик або дозатор.
3. При роботі з клеєм не вдихати випари.
4. Не торкатися руками, не нюхати та не дегустувати.
5. Після роботи клей потрібно закрити.