Движение по линии: релейный регулятор

Конспект урока информатики и ИКТ

на тему:

«Движение по линии: релейный регулятор»

(в рамках технологии проектной деятельности)

учитель информатики и ИКТ

Дьяконов Е.А.

2016

Конспект урока на тему: «Движение по линии: релейный регулятор»

Урок из курса робототехники, раздел – «Датчики». На уроке ученики строят робота, используя датчик освещенности, из конструктора LEGO Mindstorms 9797. Затем составляют в среде программирования NXT-G программу, загружают ее в робота и демонстрируют выполнение составленной программы. Далее обучающиеся модифицируют программу, добиваясь при этом большей скорости движения робота. В конце урока проходят минисоревнования.

Цели:

·   ознакомление с робототехникой с помощью конструктора LEGO Mindstorms 9797;

·  ознакомление с датчиком освещенности, принципом его работы конструктора LEGO Mindstorms 9797;

·   систематизация знаний по теме «Алгоритмы» (на примере составленной программы для работы Робота NXT);

·   усвоение понятий алгоритм, исполнитель, дать представление о составлении простейших алгоритмов в среде NXT-G.

В ходе занятия обучающиеся должны продемонстрировать следующие результаты в виде универсальных учебных действий:

−       Регулятивные: 

−       Планировать работу группы и самостоятельную работу

−       Прогнозирование результатов деятельности

−       Систематизировать и обобщить знания по теме «Алгоритмы» для успешной реализации алгоритма работы собранного робота;

−       Научиться программировать роботов с помощью среды программирования NXT-G.

−       Познавательные: 

−       Изучение робототехники, знакомство с датчиком освещенности, создание собственного робота, умение программировать с помощью среды программирования NXT-G;

−       экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов на скорость движения робота.

−       Коммуникативные:

−       развить коммуникативные умения при работе в группе или команде.

−      Личностные: 

−      смыслообразование

−      развитие памяти и мышления, возможность изучения робототехники в старших классах.

Тип урока: урок-проект (технология проектной деятельности)

Оборудование: мультимедиа проектор, секундомеры, конструктор LEGO Mindstorms 9797 (5 шт.), в набор которого входят 431 элемент, включая программируемый блок управления NXT, 3 сервомотора, датчики звука, расстояния, касания и освещенности.

План урока:

1. Организационный момент (2 мин)
2. Постановка проблемы, планирование урока (5 мин)
3. Выполнение проекта: разработка алгоритма для робота (21 мин)
4. Презентация проектов групп. Рефлексия (10 мин)
5. Этап информации о домашнем задании (2 мин)

Ход урока:

I.       Организационный момент.

Проверка присутствующих. Раздача роботов, собранных на прошлом уроке.

Учитель: Добрый день, ребята! На прошлом уроке мы с вами собирали трехколесных роботов, используя датчик освещенности.

Сегодня мы продолжим изучение темы «Датчики», познакомимся с одним из самых распространенных исполнителей алгоритмов «вживую» - настоящим роботом, составим для него простейшую программу для движения по линии. Затем будем изменять параметры программы, чтобы добиться большей скорости движения. А в конце урока проведем минисоревнования, чтобы выяснить, чей робот едет быстрее.

II.. Постановка проблемы, планирование урока

Учитель: Ребята, на прошлом уроке мы рассмотрели простейший алгоритм движения (мы его назвали «Алгоритм №1») по линии и собрали роботов. Прежде чем начать составлять программу, давайте ответим на следующие вопросы:

1. Что выполняет датчик освещенности?

2. На какой высоте от поверхности поля и под каким углом лучше всего его крепить?

3. По какой траектории едет робот при исполнении простейшей программы (алгоритм №1) движения по линии и почему?

4. Что такое средняя освещенность и по какой формуле она рассчитывается?

Обучающиеся отвечают на предложенные вопросы, а учитель демонстрирует правильные ответы на слайдах.

Формулирование проблемы: Как создать условия для правильного движения робота? (обсуждение, выдвижение предположений)

Планирование работы: Обсуждение этапов работы, правил работы в группе.

III. Выполнение проекта: разработка алгоритма для робота

Теперь давайте обратимся к нашим роботам (на данном уроке это трехколесные роботы, созданные по принципу робота-пятиминутки, которые мы собирали на прошлом занятии). Предлагаю вам составить для них программу для движения по линии (релейный регулятор) и продемонстрировать ее выполнение.

Рекомендации: Показания датчиков снимаются на учительском компьютере, т.к. там расположено поле (или в другом более удобном месте, которое выберет учитель) и уровень освещенности может меняться. Стоит обратить внимание на погоду: при солнечной погоде необходимо затемнить окна и постараться создать максимально равномерный уровень освещенности хотя бы в зоне расположения поля с траекторией движения.

Сначала определим, какие команды нам понадобятся, как и какие сервомоторы должны вращаться и, какое время, а также последовательность выполнения команд. Также нам предстоит откалибровать датчик освещенности: снять показания датчика на самом светлом и самом темном (на линии) месте поля для расчета средней освещенности, на которую будет ориентироваться робот при движении.

            Средний уровень освещенности будем рассчитывать по формуле:

Iср=(Iсв+Iтем)/2

Далее нам это значение понадобится в переключателе, настроенном на датчик освещенности.

Примечание: возможные причины, по которым обучающиеся не смогут снять показания с датчика освещенности:

1. Не включен блок NXT.

2. Не загружена пробная программа.

3. Номер порта датчика в программе не соответствует номеру порта датчика на роботе.

Задание 1: написать программу релейного регулятора (алгоритм №1) для движения по линии.

Правильный вариант:

Примечание: скорость движения в каждом отдельном случае будет разная во всех группах, т.к. расположение датчиков скорее всего будет разное (конструкционное различие). А также, точность измерений тоже будет разная.

Траектория движения робота будет следующая:

Задание 2: изменить созданный алгоритм таким образом, чтобы скорость движения робота по заданной траектории увеличилась, а амплитуда линии движения уменьшилась (стала более сглаженной).

Правильный вариант:

Примечание: в представленном в задании 1 алгоритме, вместо остановки колес, их включаем, но с очень маленькой мощностью (например 10). Скорость же другого колеса выставляется максимальной – 100. Подбирая мощность медленно вращающегося колеса, можно добиться большей скорости движения, используя данный алгоритм.

Траектория движения робота будет следующая:

IV. Презентация проектов групп. Рефлексия

Итак, ребята, давайте подведем итоги нашей работы. Для этого мы проверим, какое время требуется каждому роботу для проезда линии на нашем поле. Приготовьте секундомеры и по очереди запускаем роботов.

            В ходе данного мероприятия командам присваиваются места: 1,2,3,4,5.

            Возможно награждение команд грамотами (см. Приложение).

Выбор лучшего проекта.

V. Этап информации о домашнем задании.

Запишите домашнее задание: Изобразить рассмотренный на уроке алгоритм в виде блок-схемы.

Задание обязательно будет оценено!

Спасибо за урок! До свидания, ребята.

Список использованных текстовых и графических источников:

1. http://nnxt.blogspot.ru/2010/11/blog-post_21.html
2. Инструкция для работы с комплектом LEGO Mindstorms 9797.
3. Инструкция по сборке робота-пятиминутки авторская.
4. Изображения из среды программирования NXT-G и фото роботов авторские.