Проект по информатике на тему "Робот спидкубер"+презентация

• 1 слайд

  Головоломки
  

• 2 слайд

  Турниры по сборке кубика Рубика
  

• 3 слайд

  Турниры по сборке кубика Рубика
  

• 4 слайд

  Головоломки
  

• 5 слайд

  А возможно ли создать РОБОТА, который будет собирать кубик Рубика?
  

• 6 слайд

  Выполнили ученики 6 «б» класса:
  Гуров Кирилл
  Ленков Петр
  Сысоев Максим
  Власов Никита
  РОБОТ СПИДКУБЕР
  

• 7 слайд

  Этапы работы
  Изучить основные компоненты конструктора Lego Mindstorms NXT;
  Выбрать один из методов сборки Кубика Рубика;
  Собрать и запрограммировать робота;
  Провести отладку и тестирование, выявить недостатки и способы их устранения.
  
  

• 8 слайд

  Датская компания LEGO была основана в 1932 г. Оле Кирк Кристиансеном
  

• 9 слайд

  Роботехническая платформа LEGO Mindstorms
  

• 10 слайд

  Комплект
  LEGO Mindstorms
  микрокомпьютер NXТ
  датчик звука
  сенсор касания
  ультразвуковой датчик
  датчики света и цвета
  сервомоторы
  

• 11 слайд

  Методы сборки Кубика Рубика
  

• 12 слайд

  Методы сборки Кубика Рубика
  Официальный сайт MindCuber 2.0, созданный Дэвидом Гилдеем
  

• 13 слайд

  Процесс сборки Кубика Рубика
  

• 14 слайд

  Наш РОБОТ
  

• 15 слайд

  ПРОГРАММА
  

• 16 слайд

  Алгоритм программы
  Калибровка, она выполняется по требованию пользователя
  Установка моторов в начальное положение
  Ожидание кубика
  Сканирование 6 сторон кубика и создание виртуальной карты куба
  Проверка на правильность сканирования и возможность собрать куб
  Просчет 24 решений с выбором наикратчайшего по количеству ходов
  

• 17 слайд

  Недостатки РОБОТА
  Устаревшая модель LEGO NXT.
  
  Полная зарядка микропроцессора.
  
  
  Правильное освещение помещения.
  
  Кубик Рубика должен иметь определенные цвета граней.
  
  

• 18 слайд

  РОБОТ, собирающий Кубик Рубика
  

• 19 слайд

  РОБОТ - СПИДКУБЕР
  

• 20 слайд

  СПАСИБО
  ЗА
  ВНИМАНИЕ!
  

Введение

С младших классов нас увлекают логические примеры, головоломки и ребусы… С возрастом меняется сложность задач, мы задумались о науках, которые занимаются разгадыванием головоломок - это теория вероятности, комбинаторика,  робототехника... Всё это разделы математики, развивающие нестандартное мышление и логику. Изучение выше перечисленных наук довольно сложное, мы же предлагаем использовать «головоломки из детства», простые и понятные нам, и на их примере рассматривать ту или иную науку. 

В последнее время часто появляются разные статьи по быстрой сборке кубика Рубика. Создаются роботы, собирающие на скорость кубик. Проводятся разные турниры среди людей. 

Сборка кубика Рубика на скорость давно стала своеобразным видом спорта, но в последние годы любители головоломки еще более явно активизировались. Сама же игрушка стала применяться и в робототехнике, в том числе и для того, чтобы продемонстрировать скорость и точность обработки данных и выполнения простых задач роботами. 

Вот и нашу школу эта увлекательная головоломка не обошла стороной. (ФОТО)

Мы решили не отставать и поучаствовать в так называемом виде спорта по сборке кубика Рубика. 

Посещая кружок Робототехники мы задались вопросом, а можно ли в условиях школы создать робота, который будет собирать кубик рубик?

Так родилась идея проекта «Робот спидкубер».

Для ее реализации, мы составили следующий план работы:  

·        изучить основные компоненты конструктора Lego Mindstorms NXT;

·        выбрать один из методов сборки кубика рубика;

·        собрать и запрограммировать робота;

·        провести отладку и тестирование, выявить недостатки и способы их устранения.

Датская компания LEGO была основана в 1932 году Оле Кирк Кристиансеном. Производство пластиковых ≪кирпичиков≫ LEGO, того конструктора, к которому мы привыкли, было запущено 56 лет назад.

Робототехническая платформа Lego Mindstorms была разработана для двух разных целевых аудиторий: для домашнего пользования и в образовательных учреждениях.

С помощью этого конструктора можно построить настоящего робота, обладающего интеллектом, которого можно программировать и обучать различным действиям.

Программировать робота можно с помощью программного обеспечения, которое можно скачать с веб-сайта Lego Mindstorms бесплатно.

В комплект Lego Mindstorms входят:

·        микрокомпьютер НХТ;

·        датчик звука;

·        сенсор касания;

·        ультразвуковой датчик;

·        датчики света и цвета;

·        сервомоторы.

Методы сборки кубика

Существует множество методов сборки кубика Рубика. Компьютерные алгоритмы требуют больших вычислительных мощностей и довольно внушительных баз данных с алгоритмами. Простым перебором вращений решить кубик не представляется возможным.

         В Интернете много разных вариантов сборки кубика рубика при помощи конструктора LEGO NXT, за основу мы решили взять вариант MindCuber 2.0, созданный Дэвидом Гилдеем, так как для нашего набора этот вариант оптимален по всем характеристикам.

Для создания робота MindCub 2.0 необходим один комплект Lego Mindstorms.

С официального сайта LEGO MINDSTORMS mindcuber.com мы скачали инструкцию и программное обеспечение.

При создании конструкции были использованы:

•  блок LEGO NXT; 

•  три интерактивных сервомотора;

•  один датчик движения;

•  один датчик цвета;

•  детали конструктора Lego Mindstorms NXТ 2.0.

         Ну вот наш робот ГОТОВ!

         Он представляет собой следующую конструкцию: на подставку ложится кубик рубик, датчик цвета сканирует каждые его грани.

После определения цвета каждого элемента всех граней, значения цветов заносятся в многомерный массив и производится вычисление кратчайшего решения головоломки. Затем в дело вступает чистая механика.

Программа для робота

Так как для составления программы необходимы глубокие знания в программировании, программное обеспечение для нашего робота было взято из комплекта MindCuber 2.0.

Данная программа написана на языке NXC (аналог языка С, адаптированный для управления роботом LEGO NXT Mindstorm). Дополнительно используется текстовый файл с закодированными внутри алгоритмами вращений.

Алгоритм программы

·        Калибровка, она выполняется по требованию пользователя

·        Установка моторов в начальное положение

·        Ожидание кубика

·        Сканирование 6 сторон кубика и создание виртуальной карты куба

·        Проверка на правильность сканирования и возможность собрать куб

·        Просчет 24 решений с выбором наикратчайшего по количеству ходов.

Отладка и тестирование робота

         Собрав робота, мы столкнулись с рядом трудностей. Пытаясь решить данные недоработки, мы выявили ряд условий, которые приняли за недостатки.

1.     Наш робот собран из конструктора LEGO NXT, это уже устаревшая модель и многие датчики работают неправильно, так как несколько раз были уже поэксплуатированы.

2.     Для правильной работы нашего робота необходима полная зарядка батареи, правильное освещение (не должно быть прямых солнечных лучей, однако и не должно быть искусственного освещения).

3.     При неправильном освещении датчик цвета начинает путать цвета граней кубика, например, красный и оранжевый, синий - зеленый.

4.     Даже при выполнении калибровки датчик может продолжать путать цвета.

5.     Кубик рубик должен быть определенных цветов, на нем не должно быть черных граней, а только белые.

Если все условия для сборки будут выполнены, то кубик рубик, при лучшем варианте, робот соберет за 1 минуту 22 секунды.

Выполняя все условия, для правильной сборки кубика рубика, мы создали видео ролик. Представляем вашему вниманию.

Заключение

Развитие робототехники стремительно набирает обороты, и потому в скором времени роботы будут выполнять абсолютно все функции человека.

Главное, чтобы робот действительно стал другом, приятелем и товарищем.

А пока он вполне может справиться с решением простых задач.

Мы достигли своей цели и создали робота-спидкубера. Работа с конструктором Lego Mindstorms NXТ 2.0. интересная, захватывающая и возможности данного конструктора не ограничены. Мы вновь убедились в этом.