«Робототехнические системы»

Данная дополнительная общеобразовательная (общеразвивающая) программа «Робототехнические системы» имеет техническую направленность, направлена на привлечение обучающихся среднего и старшего подросткового возраста к современным технологиям конструирования, программирования и использования роботизированных устройств.

Программа относится к базовому уровню, в ходе её освоения существенная роль отводится самостоятельному конструированию и программированию робототехнических устройств. Результаты этой деятельности представляются на муниципальных и региональных мероприятиях, публикуются в средствах массовой информации, на интернет-ресурсах.

Данная программа составлена с использованием программ по робототехнике педагога дополнительного образования АОУ ДО «Центр реализации молодежных программ» Упоровского муниципального района Коркина В.В. и педагога МАОУДО «Детско-юношеский центр «Импульс» Пермского муниципального района Букирева И.В., авторской дополнительной общеобразовательной программы «Робототехника» (Апаршев С.А.)

Особенностью данной программы является нацеленность на конечный результат – в ходе освоения материала программы обучающийся создает действующее роботизированное устройство, проходя все этапы его разработки – задумка, проектирование, изучение имеющихся аналогов, общая и детальная разработка, сборка, программирование, доработка, подготовка к участию в конкурсах и соревнованиях.

Разделы, темы и содержание занятий разработаны педагогом самостоятельно.

Актуальность настоящей программы определяется повышенным спросом на инженерные профессии, связанные с созданием роботизированных устройств и программированием. Программа в свою очередь способствует начальному профессиональному ориентированию подростка, развитию в нем интереса к техническим специальностям.

Педагогическая целесообразность данной дополнительной образовательной программы заключается в том, что полученные на занятиях знания и умения становятся для подростков необходимой теоретической и практической основой их дальнейшего участия в техническом творчестве, выборе будущей профессии, в определении жизненного пути. Кроме этого, обучающиеся получат дополнительное образование в области физики, теоретической механики, электроники и информатики.

Педагоги

Педагог дополнительного образования Апаршев Сергей Александрович

Расписание

Среда, 18.00-19.40

Суббота, 11.50-13.30

Содержание программы

Содержание занятий.

I. Разработка робота "Минибот«.

Тема 1. Введение. Предмет и содержание курса. Значение теоретического и практического материала программы.

· Обсуждение тематики занятий, порядок работы лаборатории.

· Значение робототехники для современного общества.

· Исторические сведения.

· Понятие о проектировании и конструировании робототехнических устройств.

· Учебные пособия, литература и программное обеспечение, рекомендованные для освоения курса и самостоятельного изучения.

· Знакомство с материально-технической базой. Вводный инструктаж по технике безопасности при работе с электроинструментами и приборами, питающимися от сети переменного тока.

Форма проведения занятия: беседа.

Методы и приемы: беседа, демонстрация, инструктаж.

Средства обучения: специальная литература, инструменты, образцы роботов.

Форма подведения итогов: опрос.

Тема 2. Система управления.

Определение системы управления. Общие принципы теории автоматического управления. Понятия:

· объект управления;

· устройство управления;

· исполнительное устройство;

· датчик;

· обратная связь.

Практическая работа.

Построить структуру системы управления для различных устройств и механизмов.

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: беседа, объяснение, практическая работа.

Средства обучения: схемы, специальная литература, образцы роботов.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 3. Разработка технического задания к роботу «Минибот».

Понятие о техническом задании. Формирование требований к роботу. Описание структурных элементов робота. Разработка функциональной схемы.

Практическая работа.

Определение технических требований при конструировании и программировании простейших роботов.

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: схемы, технические рисунки.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 4. Устройство управления.

Устройство управления на базе микроконтроллеров. Общее устройство и основы программирования микроконтроллера. Отладочные платы Arduino, их виды и описание.

Практическая работа.

Знакомство с программной средой Arduino IDE. Программирование основных команд.

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: Схемы, технические рисунки, среда разработки Arduino, отладочные платы Arduino Nano.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 5. Введение в программирование Arduino.

Базовый синтаксис программы. Основные команды. Типы данных. Логические операции.

Практическая работа.

Программирование основных команд. Знакомство с отладкой программ. Модификация параметров готовых программ.

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: Среда разработки Arduino IDE, отладочные платы Arduino Nano.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 6. Блоки питания.

Виды блоков питания и их конструкции. Разработка блока питания для робота "Минибот".

Практическая работа.

Сборка платы питания для робота "Минибот".

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: паяльные принадлежности, схемы, инструкции.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 7. Шасси.

Виды и типы шасси роботов. Достоинства и недостатки различных видов шасси. Разработка шасси для робота "Минибот".

Практическая работа.

Конструирование и сборка шасси для робота "Минибот«

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: Схемы, технические рисунки, 3D редакторы.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 8. Исполнительные устройства.

Знакомство с основными типами приводов. Основные виды электродвигателей и сервоприводов. Технические характеристики приводов. Способы управления скоростью электродвигателей. Управление сервоприводами.

Практическая работа.

Разработка программы для управления шасси робота «Минибот». Отработка движений робота по прямой, дуге, поворотов и разворотов на месте.

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: схемы, технические рисунки, среда разработки Arduino IDE, шасси робота "Минибот«.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 9. Датчики.

Принципы устройства и описание основных видов датчиков. Способы их подключения к Arduino Nano. Передача информации с датчиков на персональный компьютер.

Практическая работа.

Модификация робота готовыми датчиками. Продолжение программирования робота. Разработка программы движения робота с обходом препятствий.

Форма проведения занятия: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: схемы, датчик расстояния, шасси робота «Минибот», среда разработки Arduino IDE.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 10. Электронная схема.

Принципиальная электрическая схема робота.

Практическая работа.

Построение электрической схемы по уже собранным платам робота "Микробот".

Форма проведения занятия: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, платы робота "Микробот".

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 11. Беспроводная связь.

Описание протоколов беспроводной передачи данных. Разработка концепции беспроводного управления роботом "Микробот".

Практическая работа.

Разработка и сборка платы управления роботом "Микробот".

Форма проведения занятия: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: схемы, специальная литература, паяльные принадлежности.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 12. Программирование робота.

Блок-схема программы управлением роботом. Циклы. Операторы ветвления. Таймеры.

Практическая работа.

Разработка программы дистанционного управления роботом "Микробот«.

Форма проведения занятия: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, робот «Микробот», среда разработки Arduino IDE.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 13. Испытания робототехники.

Виды испытаний. Организация и проведение испытаний изготовленных конструкций и их программ.

Практическая работа.

Кинематические (ходовые) испытания. Оценка логики и замер скорости исполнения операций. Отладка программного кода.

Форма проведения занятия: практикум.

Методы и приемы: объяснение, работа в группах, соревнования.

Средства обучения: робот «Микробот», среда разработки Arduino IDE.

Форма подведения итогов: беседа, индивидуальные задания.

Тема 14. Практикум юного робототехника.

Практическая работа. Устранение неисправностей и недоработок, выявленных в ходе испытаний робота. Совершенствование конструкции.

Форма проведения занятия: практикум.

Методы и приемы: объяснение, индивидуальная работа.

Средства обучения: робот «Микробот», среда разработки Arduino IDE.

Форма подведения итогов: опрос, индивидуальное практическое задание.

Тема 15. Техническая документация.

Понятие о технической документации на изделие. Оформление документации.

Практическая работа.

Оформление технической документации: технический рисунок, чертеж отдельных (дополнительных) деталей, фотография общего вида, краткая техническая характеристика. Написание пояснительной записки о назначении, принципе действия и правилах эксплуатации, описание пользовательского интерфейса.

Подготовка к итоговой выставке технического творчества. Определение роботов и программ для демонстрации. Подготовка к транспортировке, инструкции по упаковке/распаковке и т. д.

Форма проведения занятия: практикум.

Методы и приемы: объяснение, демонстрация, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, канцтовары

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 16. Подведение итогов разработки робота «Минибот».

Подведение итогов разработки робота «Минибот». Дальнейшие перспективы.

Форма проведения занятия: семинар.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа, демонстрация, самоанализ, проектная деятельность.

Средства обучения: робот "Минибот".

Форма подведения итогов: защита проектов.

 

II. Разработка роботизированной теплицы.

Тема 17. Разработка технического задания к теплице.

Формирование требований к теплице, ее узлам и конструкции. Описание структурных элементов теплицы.

Практическая работа.

Разработка функциональной схемы теплицы. Разработка схемы обмена информацией.

Форма проведения занятия: комбинированное.

Методы и приемы: объяснение, рассказ, практическая работа.

Средства обучения: схемы, технические рисунки.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание.

Тема 18. Конструирование.

Некоторые особенности конструирования. Этапы конструирования. Общие требования к формулировке технической задачи. Правила определения главного принципа будущего робота. Методы поиска идей технического решения. Понятие о правилах определения требований к результатам конструирования (определение главной полезной функции, функциональная пригодность, габариты, вес, шум, энергозатраты и др.). Выбор общей схемы. Предварительный дизайн. Определение требований к аппаратно-программному и его интерфейсу.

Практическая работа.

Формулировка конструкторской задачи в отношении теплицы. Решение практических задач по ходу конструирования выбранной схемы.

Форма проведения занятия: лекция, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа, конструирование.

Средства обучения: схемы, технические рисунки.

Форма подведения итогов: опрос.

Тема 19. 3D моделирование.

Принципы 3D моделирования. Построение 3D моделей различных объектов.

Практическая работа.

Построение 3D моделей основных конструктивных элементов теплицы.

Форма проведения занятия: беседа, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа.

Средства обучения: среда проектирования КОМПАС 3D, специальная литература.

Форма подведения итогов: опрос, практическое задание по созданию 3D модели элементов теплицы.

Тема 20. 3D печать.

Принципы 3D печати. Устройство 3D принтера. Подготовка 3D моделей к печати.

Практическая работа.

Подготовка и печать 3D моделей элементов конструкции теплицы.

Форма проведения занятия: беседа, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа.

Средства обучения: среда проектирования КОМПАС 3D, специальная литература, 3D принтер.

Форма подведения итогов: опрос.

Тема 21. Протоколы передачи данных.

Описание протоколов RS-232, RS-485, IIC, SPI, 1-Wire. Способы и особенности подключений датчиков. Ограничения платформы Arduino при подключении различных датчиков.

Практическая работа.

Подключение датчиков выбранных для реализации проекта теплицы к контроллеру. Сбор и передача данных с датчиков на персональный компьютер.

Формы проведения занятий: беседа, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, среда разработки Arduino IDE, отладочная плата Arduino Nano, датчики влажности, температуры, освещенности.

Форма подведения итогов: беседа, практическое задание.

Тема 22. Одноплатные компьютеры.

Понятие об одноплатном компьютере. Сравнение характеристик одноплатных компьютеров. Применение одноплатных компьютеров в робототехнике.

Практическая работа.

Запуск и настройка одноплатного компьютера. Подключение отладочной платы к одноплатному компьютеру. Вывод информации с отладочной платы на одноплатном компьютере.

Формы проведения занятий: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, среда разработки Arduino IDE, отладочная плата Arduino Nano, одноплатный компьютер Orange Pi Zero.

Форма подведения итогов: беседа, практическое задание.

Тема 23. Языки программирования.

Понятие о языках высокого и низкого уровней. Назначение различных языков программирования. Язык программирования JavaScript. Программная платформа NodeJS. Основы программирования на языке JavaScript.

Практическая работа.

Программирование основных команд. Знакомство с отладкой программ. Модификация параметров готовых программ.

Формы проведения занятий: лекция, комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа, конструирование.

Средства обучения: специальная литература.

Форма подведения итогов: опрос, решение практических задач.

Тема 24. Сервер NodeJS.

Понятие о сервере. Понятие о клиент-серверной технологии.

Практическая работа.

Написание серверной части для теплицы. Обработка запросов серверу.

Формы проведения занятий: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, одноплатный компьютер Orange Pi Zero, программная платформа NodeJS.

Форма подведения итогов: опрос, решение практических задач.

Тема 25. Регуляторы.

Понятие о П, ПИ, ПИД и адаптивных регуляторах.

Практическая работа.

Сборка теплицы. Подключение исполнительных механизмов и датчиков к отладочной плате Arduino Nano. Подключение отладочной платы к одноплатному компьютеру. Разработка программы регулирования температуры в теплице.

Формы проведения занятий: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, одноплатный компьютер Orange Pi Zero, программная платформа NodeJS, собранная теплица.

Форма подведения итогов: опрос, решение практических задач.

Тема 26. Программирование теплицы.

Понятие о языках HTML и CSS.

Практическая работа.

Организация передачи данных клиенту от датчиков теплицы, через сервер NodeJS. Отладка программы для теплицы. Создание клиентской части программного обеспечения теплицы.

Формы проведения занятий: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, показ, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, одноплатный компьютер Orange Pi Zero, программная платформа NodeJS, собранная теплица.

Форма подведения итогов: опрос, решение практических задач.

Тема 27. Организация испытаний узлов теплицы.

Планирование испытаний. Организация и проведение экспериментальных исследований в кружке. Техническая документация исследователя. Подбор приборов для замера параметров роботов. Техника безопасности при проведении технических испытаний и экспериментальных исследований.

Практическая работа.

Проведение испытаний и экспериментальных исследований. Работа с измерительной аппаратурой. Обобщение результатов, выводы. Оформление технической документации по результатам исследований.

Формы проведения занятий: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа, исследование, эксперимент.

Средства обучения: измерительная аппаратура, готовые узлы теплицы.

Форма подведения итогов: опрос, защита моделей.

Тема 28. Робототехнический практикум.

Продолжение изготовления и отладки конструкций.

Практическая работа.

Монтаж узлов, программирование, проверка режимов работы устройств, налаживание и испытание. Работа над внешним дизайном.

Форма проведения занятия: видео-занятие, практикум.

Методы и приемы: рассказ, объяснение, видео-демонстрация, практическая работа.

Средства обучения: мультиметр, лабораторный блок питания, среды разработки Arduino IDE и NodeJS, паяльное оборудование.

Форма подведения итогов: опрос, индивидуальное практическое задание.

Тема 29. Оформление проекта теплицы.

Создание технической документации на готовое изделие. Основные требования к технической и программной документации.

Практическая работа.

Подготовка технических описаний теплицы. Фотографирование образцов. Оформление чертежей (технических рисунков) и описаний программ. Составление пользовательских инструкций.

Форма проведения занятия: комбинированное, практикум.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа.

Средства обучения: специальная литература, канцтовары, схемы.

Форма подведения итогов: беседа, практическое задание.

Тема 30. Подведение итогов разработки роботизированной теплицы.

Подведение итогов разработки роботизированной теплицы. Дальнейшие перспективы.

Форма проведения занятия: семинар.

Методы и приемы: объяснение, практическая работа, демонстрация, самоанализ, проектная деятельность.

Средства обучения: разработанная теплица.

Форма подведения итогов: защита проектов.

Тема 31. Итоговое занятие.

Подведение итогов работы объединения за учебный год. Тестирование. Демонстрация готовых робототехнических устройств, защита проектов.

Форма проведения занятия: выставка-презентация.

Методы и приемы: проектная деятельность, поисковый, эвристический, самоанализ, взаимоанализ.

Средства обучения: изготовленные роботы, среда разработки Arduino IDE.

Форма подведения итогов: тестирование, выставка-презентация.

Цели программы

Целью данной программы является создание условий для мотивации, подготовки и профессиональной ориентации обучающихся к возможному продолжению учебы и последующей работе на предприятиях по специальностям hi-tech сектора через систему практикоориентированных занятий по созданию робототехнических устройств.

Результат программы

По окончанию курса обучения обучающиеся должны знать:

· современные разработки по робототехнике;

· основные понятия о системах автоматического регулирования и управления;

· основные характеристики основных классов роботов;

· назначение, особенности проектирования и программирования роботов различных классов.

· правила и меры безопасности при роботе с электроинструментами;

· общее устройство и принципы действия роботов;

· общую методику расчета основных кинематических схем;

· порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;

· методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;

· методы проектирования, сборки, налаживания, испытаний готовых устройств;

· основы программирования роботов и роботизированных комплексов;

· элементы технической эстетики.

Уметь:

· самостоятельно разрабатывать кинематические, логические и электрические схемы роботов;

· решать кибернетические задачи, результатом которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением;

· пользоваться монтажными инструментами и электроизмерительными приборами;

· делать экономические расчеты проектируемого изделия;

· самостоятельно изготавливать роботов из самодельных узлов и деталей;

· разрабатывать и изготавливать различные робототехнические комплексы;

· самостоятельно программировать роботов на одном из популярных языков программирования;

· грамотно применять электроизмерительные приборы и комплексы для наладки изготовленных роботов;

· вести индивидуальные и групповые исследовательские работы, разрабатывать и реализовывать творческие проекты;

· оформлять начальную техническую документацию на готовые изделия.

К концу обучения определяются следующие планируемые результаты формирования компетенции осуществлять универсальные учебные действия:

Личностные универсальные учебные действия:

Обучающийся:

- осознает смысл учения и понимает личную ответственность за будущий результат;

- умеет делать нравственный выбор;

- способен к волевому усилию;

- имеет развитую рефлексию;

- имеет сформированную учебную мотивацию;

- умеет адекватно реагировать на трудности и не боится сделать ошибку.

Регулятивные универсальные учебные действия:

Обучающийся:

- умеет составлять план действий;

- осознает то, что уже освоено и что еще подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения;

- может поставить учебную задачу на основе соотнесения того, что уже известно и усвоено, и того, что еще неизвестно;

- умеет определять внутренний план действий;

- умеет определять последовательность действий;

- способен к волевому усилию;

- владеет навыками результирующего, процессуального и прогностического самоконтроля.

Познавательные универсальные учебные действия:

Обучающийся:

- умеет читать, слушать и слышать, отбирая необходимую информацию, находить её в дополнительных источниках;

- может структурировать найденную информацию в нужной форме;

- осознает поставленные задачи, умеет выбирать наиболее подходящий способ решения задачи, исходя из ситуации;

- может проанализировать ход и способ действий;

- понимает информацию, представленную в изобразительной, схематичной, модельной форме;

- использует знаково-символичные средства для решения различных учебных задач.

Коммуникативные универсальные учебные действия:

Обучающийся:

- умеет общаться и взаимодействовать с партнёрами по совместной деятельности или обмену информацией;

- обладает способностью действовать с учётом позиции другого и уметь согласовывать свои действия;

- учитывает разные точки зрения и стремится к координации различных позиций в сотрудничестве;

- умеет работать в группе, включая ситуации учебного сотрудничества и проектные формы работы;

- следует морально-этическим и психологическим принципам общения и сотрудничества;

- умеет договариваться и приходить к общему решению в совместной деятельности;

- умеет сдерживать негативные эмоции, представлять и корректно отстаивать свою точку зрения, проявлять активность в обсуждении вопросов.

Особые условия проведения

Возраст обучающихся 12-16 лет

Материально-техническая база

Учебный кабинет, оснащенный:

  • столами,
  • стульями,
  • учебной доской,
  • инструментами.
  • одноплатные компьютеры orange Pi,
  • мультиметр
  • лабораторный блок питания
  • паяльная станция
  • обучающие наборы по Arduino
  • компьютер с выходом в Интернет
  • ноутбук

Стоимость

Бесплатно