Файл: Учебнометодическое пособие для педагогов 1 Оглавление введение.pdf

Педагог дополнительного образования
Кузнецова Ольга Петровна
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА
Учебно-методическое пособие для педагогов

1
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................ 2
ДАТЧИКИ КОНСТРУКТОРА LEGO EV3 .......................................................................................... 3
РОБОТ – ПЯТИМИНУТКА .................................................................................................................. 15
МОДУЛЬНАЯ РОБОПЛАТФОРМА .................................................................................................. 16
ДВИЖЕНИЕ ПО ЛИНИИ LEGO С ОДНИМ ДАТЧИКОМ ........................................................... 18
ДВИЖЕНИЕ ПО ЛИНИИ LEGO С ДВУМЯ ДАТЧИКАМИ ......................................................... 21
СЛАЛОМ ПО ЛИНИИ ........................................................................................................................... 29
КЕГЕЛЬРИНГ ......................................................................................................................................... 32
КЕГЕЛЬРИНГ – КВАДРО .................................................................................................................... 34
КЕГЕЛЬРИНГ – МАКРО ...................................................................................................................... 38
ДВИЖЕНИЕ ............................................................................................................................................. 41
ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ .................................................................... 43
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ...................................................................................................... 43
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................................................... 45

2
ВВЕДЕНИЕ
Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.
Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. Очень многие процессы в жизни человек уже и не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов): робот для всевозможных детских и взрослых игрушек, робот – сиделка, робот – нянечка, робот – домработница и т.д. Специалисты, обладающие знаниями в области инженерной робототехники, в настоящее время достаточно востребованы.
Если ребенок интересуется данной сферой с самого младшего возраста, он может открыть для себя много интересного и, что немаловажно, развить те умения, которые ему понадобятся для получения профессии в будущем.
В распоряжение детей предоставлены конструкторы, оснащенные микропроцессором и наборами датчиков. С их помощью школьник может запрограммировать робота - умную машинку на выполнение определенных функций.

3
ДАТЧИКИ КОНСТРУКТОРА LEGO EV3
Датчики получают какую-то информацию от окружающей среды.
Затем полученный сигнал преобразуется в удобную для обработки форму.
Другими словами, датчик – это какой-то преобразователь. Он преобразует контролируемую величину в сигнал, который мы можем использовать для своих целей.
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК
Ультразвуковой
датчик часто применяются в различных соревнованиях и конкурсах.
Что такое ультразвуковые колебания или ультразвук?
Ультразвуком называются звуковые колебания, не воспринимаемые человеческим слухом. Частота колебания ультразвука свыше 20 кГц.
При помощи ультразвуковых колебаний животные могут ориентироваться в пространстве, охотиться, обмениваться информацией.
Примером таких животных могут служить дельфины, летучие мыши.

4
Дельфины испускают ультразвуковые колебания и находят стаи рыб под водой. Также при помощи ультразвука дельфины умеют передавать информацию друг другу. Ультразвук позволяет летучим мышам ориентироваться в темное время суток и охотиться на насекомых.
Основная функция датчика ультразвука является измерение расстояния до объектов, которые находятся перед ним в зоне его действия. Принцип действия датчика заключается в том, что он посылает высокочастотную звуковую волну и примает обратную волну, которая отражается от предмета.
При этом измеряется время, затраченное на возврат ультразвукового импульса.
После чего с достаточной высокой точностью может быть рассчитано расстояние до предмета. Звук имеет высокую частоту. Поэтому человеческое ухо не может услышать этот звук.
Ультразвуковой датчик Lego EV3 выдает измеренное расстояние в сантиметрах или в дюймах.
Основные характеристики датчика:
1. Сенсор имеет диапазон измерений от 0 до 255 см
2. Если расстояние до предмета меньше 3 см датчик или не обнаруживает предмет, или может давать недостоверные данные.
Также датчик не обнаруживает детали сделанные из ткани или какого-нибудь мягкого материала.
3. Погрешность датчика составляет около 20 %. Ультразвуковой датчик
EV3 работает на расстоянии от 10 до 150 см.
Режимы и подключение ультразвукового датчика
Датчик ультразвука EV3 измеряет расстояние и способен фиксировать импульсы другого датчика ультразвука. Для этого существует режим
«Присутствие/слушать». При включении этого режима датчик не излучает сигналы, но обнаруживает сигналы другого датчика ультразвука.
Диапазон измерений от 0 до 255 см.

5
Режим работы датчика:
1. Если вокруг «глаз» световой индикатор не мигает, то датчик находится в режиме «Измерение»
2. Если вокруг «глаз» световой индикатор мигает, то датчик находится в режиме «Присутствие/ слушать»
К контролеру датчик ультразвука может быть подключен к порту 4, но можно в любой входной порт.
Область применения ультразвуковых датчиков
Датчик ультразвука нашли свое применение в автомобилестроении, медицине, гидролокации, военной области.

Почти все современные машины используют парковочные радары. Их еще называют парктрониками. Парковочные радары помогают следить за расстоянием между машиной и окружающими предметами.

Гидролокация позволяет обнаруживать подводные препятствия.
Рыболовецкие суда могут обнаруживать косяки рыб и отдельных крупных рыб. Гидролокация помогает исследовать физические свойства океана. В океанологии позволяет картографировать морское дно. Также можно производить поиск затонувших судов и т.д.

В медицине можно при помощи УЗИ определить пол ребенка до рождения.
Аппараты УЗИ позволяют выявить различные заболевания на ранних стадиях развития.

В военной области гидролокация применяется для того, чтобы обнаружить подводные лодки, надводные корабли, торпеды. Производить наблюдение и сопровождение объектов. При помощи гидролокации происходит определение координат целей для применения торпедного и ракетного оружия.
ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

6
Датчик гироскопа – это цифровой датчик.
Принцип работы датчика заключается в том, что он способен отслеживать вращение. Датчик гироскопа способен обнаруживать вращение всего по одной оси. На верхней стороне датчика расположены две стрелки – они показывают нам плоскость работы гироскопического датчика.
Для правильной работы датчика его нужно включать в контроллер EV3 в полностью неподвижном состоянии. Устанавливая гироскопический датчик на робота, обязательным условием является полная неподвижность робота в его начальном состоянии. Робот должен стоять без движения, иначе датчик будет работа неправильно. При помощи этого датчика можно легко программировать повороты робота вокруг оси. Датчик имеет частоту дискретизации 1 килогерц.
Режимы и подключение гироскопического датчика
1. При вращении датчика в плоскости стрелок на верхней части датчика он может определять угловую скорость вращения. Она измеряется в градусах в секунду. 440 градусов в секунду является максимальной угловой скоростью, которую может измерить датчик.
2. Кроме скорости вращения датчик может определять угол вращения.
Измерение угла вращения происходит в градусах. Точность измерения гироскопического датчика +/- 3 градуса если поворот на 90 градусов.
Гироскопический датчик можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. По умолчанию датчик подключается во второй порт.

7
Одной из особенностей датчика гироскопа является проблема дрейфа.
Она состоит в том, что, когда датчик в покое т.е. неподвижен, его показания изменяются и постоянно увеличиваются.
Область применения гироскопического датчика
Гироскопические датчики широко распространены и применяются в быту, так в промышленных и военных областях. В быту – гироскопы стабилизируют поведение радиоуправляемых моделей самолетов и вертолетов. Навигация и управление транспортными средствами также использует датчики гироскопы. В легковых автомобилях датчики активируют подушку безопасности при опрокидывании.
Системы навигации и системы реагирования на чрезвычайные ситуации используют гироскопические датчики для повышения надежности работы оборудования. В военной области датчики гироскопа применяют в системах управления и наведения.
Практически на всех смартфонах также установлен датчик гироскопа.
Он часто используется в мобильных играх, функциях автоповорота изображения и многих других.
ДАТЧИК КАСАНИЯ
Датчик касания является обычной подпружиненной кнопкой. Очень похожая кнопка у обычных дверных звонков. Когда нажимаешь на кнопку, раздается звонок. Если нажатия нет, то контакт под действием пружины возвращается обратно.

8
Режимы и подключение датчика касания
Датчик представляет собой специальную кнопку, которая может находиться в трех состояниях:
1 – «Нажатие»
2 – «Освобождение»
3 – «Щелчок»
Датчик касания не определяет с какой силой происходит нажатие на кнопку. Но можно осуществлять подсчет нажатий. Часто датчик касания служит для остановки робота на определенном расстоянии от препятствия.
Это расстояние может регулироваться закрепленными красной кнопке осями.
Для крепления осей есть специальное крестообразное отверстие.
Датчик касания можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. По умолчанию датчик подключается к первому порту.
Область применения датчика касания
Датчик касания используется в промышленности – они называются концевые выключатели, микровыключатели. Они входят в системы, обеспечивающие безопасностью человека при работе на автоматических линиях, различных станках. Как правило они стоят в схеме управления и служит для прерывания работы.

9
Датчик цвета
Датчик цвета позволяет расширить возможности робота. Чтобы робот выполнил более сложные действия нужно научить робота видеть. Человек более 80% информации получает при помощи зрения.
При этом в обработке полученной информации принимает участие более
30% коры головного мозга. Это говорит о большой значимости визуальной информации. Поэтому научит робота использовать для обработки информации датчика цвета или освещенности является важной задачей.
Режимы и подключение датчик цвета
На лицевой панели датчика расположено небольшое окошко, в которое поступает свет. Сенсор определяет яркость отраженного света или цвета.
Оптимальное расстояние для точного определения цвета и ли яркости отраженного света около 1 см.
Имеет три разных режима:
1. Цвет – позволяет датчику определить цвет находящегося перед ним предмета. Датчик цвета умеет определять 7 различных цветов – черный, синий, зеленый, желтый, красный, белый, коричневый цвета. Датчик определяет отсутствие цвета и приходит в состояние «без цвета».
2. Яркость отраженного света – датчик направляет световой луч от светодиода на расположенный перед ним предмет и определяет яркость предмета по пучку отраженного света. Светодиод расположен на лицевой
(передней) панели сенсора. Если выбран режим яркость отраженного света, то светодиодом излучатся красный свет. Датчик использует в работе шкалу от 0 до 100. Ноль значит очень темный, а 100 означает очень светлый.

10 3. Яркость внешнего освещения – определить насколько ярко освещено окружающее пространство. Датчик цвета может определять силусвета, который проникает в окошко из внешней среды. Это может быть солнечный свет, луч фонарика или освещения улиц. Сенсор также применяет шкалу о 0 до 100.
Для того, чтобы датчик работал наиболее точно в режимах «Цвет» и
«Яркость отраженного света», нужно располагать датчик цвета под правильным углом приблизительно в 90 градусов. Исследуемой поверхность должна быть близко, но датчик не должен ее касаться. Расстояние должно быть приблизительно 1 см от поверхности. На расстояние менее 1 см и более
3 см датчик уже дает не свосем точные показания.
Датчик цвета можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. По умолчанию датчик подключается к третьему порту.
Область применения датчика цвета
В быту и промышленности датчики освещенности применяется для автоматизации освещения улиц, управления различными источниками света.
То есть датчик освещенности представляет из себя выключатель, который работает в режиме автоматики.
Датчик автоматически включает и отключает свет, когда достигается определенная степень освещенности в месте его установки. Датчики устанавливаются в тех местах, где в дневное время суток пространство