Рабочая программа курса внеурочной деятельности "Робототехника LEGO MINDSTORMS Education EV3"

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

курса внеурочной деятельности

по направлению (общеинтеллектуальное)

«Робототехника»

LEGO MINDSTORMS Education EV3

Направление – общеинтеллектуальное

Возраст учащихся - 12-14 лет (7 класс)

Количество часов – 68 ч. (2 ч в неделю)

Срок реализации – 1 год

Учитель математики и информатики

 Слепцова Наталия Юрьевна

Г. Тула

2021 - 2022 учебный год

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Современный человек участвует в разработке, создании и потреблении огромного количества артефактов: материальных, энергетических, информационных. Соответственно, он должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового, умеющий ориентироваться в окружающем, постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит младшему школьнику соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни. Особенно важно не упустить имеющийся у младшего школьника познавательный интерес к окружающим его рукотворным предметам, законам их функционирования, принципам, которые легли в основу их возникновения.

Программа «Робототехника» предназначена для того, чтобы положить начало формированию у учащихся целостного представления о мире техники, устройстве конструкций, механизмов и машин, их месте в окружающем мире. Реализация данного курса позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способности к решению проблемных ситуаций умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их, расширить технический и математический словари ученика.

Кроме этого, реализация этого курса помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.

Курс разработан для учащихся 7 классов школы.

Учащиеся, работая по инструкциям и заданиям учителя, испытывают собранные модели и анализируют предложенные конструкции. Далее они выполняют самостоятельную работу по теме, предложенной учителем. Помощь учителя при данной форме работы сводится к определению основных направлений работы и к консультированию учащихся.

Самостоятельная работа выполняется учащимися в форме проектной деятельности, может быть индивидуальной, парной и групповой. Выполнение проектов требует от детей широкого поиска, структурирования и анализирования дополнительной информации по теме.

Занятия направления «Робототехника» представляют уникальную возможность для детей освоить основы робототехники, создав действующие модели роботов Mindstorms ev3 45544.

Благодаря датчикам поворота и расстояния, созданные конструкции реагируют на окружающих мир. С помощью программирования на персональном компьютере ребенок наделяет интеллектом свои модели и использует их для решения задач, которые, по сути, являются упражнениями из курсов математики, информатики.

Программа «Робототехника» рассчитана на 2 часа в неделю на протяжении всего учебного года.

Успешность изучения «Робототехника» обеспечивает результативность обучения.

Новизна: заключается в изменении подхода к обучению ребят, а именно – внедрению в образовательный процесс новых информационных технологий, побуждающих учащихся решать самые разнообразные логические и конструкторские проблемы

Актуальность: в связи с современным глобальным развитием компьютеризации и роботизации данная дополнительная образовательная программа является актуальной.

Основные цели программы:

ü    формирование у учащихся целостного представления об окружающем мире;

ü    ознакомление учащихся с основами конструирования и моделирования,

ü    расширение знаний об основных особенностях конструкций, механизмов и машин;

ü    развитие способности творчески подходить к проблемным ситуациям;

ü    развитие познавательного интереса и мышления учащихся;

ü    ознакомление учащихся основам робототехники.

Таким образом, программа «Робототехника» нацелена на решение следующих задач:

ü    расширение знаний учащихся об окружающем мире, о мире техники;

ü    стимулирование мотивации учащихся к получению знаний, формирование творческое личности ребенка;

ü    развитие интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям, формирование навыков коллективного труда;

ü    развитие навыка программирования через разработку программ в визуальной среде программирования, развитие алгоритмического мышления;

ü    актуализация имеющихся у учащихся знаний об окружающем мире и их практическое применение;

ü    обучение решению творческих, нестандартных ситуаций на практике при конструировании и моделировании объектов окружающей действительности;

ü    развитие коммуникативных способностей учащихся, умения работать в группе, умения аргументировано представлять результаты своей деятельности, отстаивать свою точку зрения.

ü    создание завершенных проектов с использованием освоенных инструментальных компьютерных сред.

Структура и содержание программы

В программе «Робототехника» включены содержательные линии:

- аудирование (А)- умение слушать и слышать, т.е. адекватно воспринимать инструкции.

- чтение (Ч) – осознанное самостоятельное чтение языка программирования.

- говорение (Г) – умение участвовать в диалоге, отвечать на заданные вопросы, создавать монолог, высказывать свои впечатления.

- пропедевтика (П) – круг понятий для практического освоения детьми с целью ознакомления с первоначальными представлениями о робототехнике и программирование. 

- творческая деятельность (Т)- конструирование, моделирование, проектирование. 

В структуре изучаемой программы выделяются следующие основные разделы - «Конструирование» и «Программирование».

Курс носит сугубо практический характер, поэтому центральное место в программе занимают практические умения и навыки конструирования и работы на компьютере.

Изучение каждой темы предполагает выполнение небольших проектных заданий, реализуемых с помощью изучаемых технологий.

Программа предусматривает проведение занятий во внеурочной деятельности с нетрадиционными формами обучения (игровые упражнения, творческие упражнения, создание проектов).

Форма промежуточной аттестации – обобщающий урок рефлексии и защита проектов.

Основные методы обучения, применяемые в прохождении программы в начальной школе:

1. Устный.

2. Проблемный.

3. Частично-поисковый.

4. Исследовательский.

5. Проектный.

Основные виды деятельности

·        знакомство с интернет-ресурсами, связанными с робототехникой;

·        проектная деятельность;

·        работа в парах, в группах;

·        соревнования.

Формы работы, используемые на занятиях:

·          лекция;

·          беседа;

·          демонстрация;

·          практика;

·          творческая работа;

·          проектная деятельность.

Содержание программы

Введение в робототехнику

История развития робототехники. Введение понятия «робот». Значимость робототехники в учебной дисциплине информатика.

Конструирование

Правила работы с конструктором Lego. Основные детали конструктора Lego. Спецификация конструктора. Сбор непрограммируемых моделей. Знакомство с RCX. Кнопки управления. Инфракрасный передатчик. Передача программы. Запуск программы. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Параметры мотора и лампочки. Изучение влияния параметров на работу модели. Знакомство с датчиками. Датчики и их параметры: • Датчик касания; • Датчик освещенности. Модель «Выключатель света». Сборка модели. Повторение изученных команд. Разработка и сбор собственных моделей.

Программирование

Знакомство с командами: запусти мотор вперед; включи лампочку; жди; запусти мотор назад; стоп. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Составление программы. Сборка модели с использованием мотора. Составление программы, передача, демонстрация. Составление программы, передача, демонстрация. Линейная и циклическая программа. Составление программы с использованием параметров, зацикливание программы. Знакомство с датчиками. Условие, условный переход. Датчик касания (Знакомство с командами: жди нажато, жди отжато, количество нажатий). Датчик освещенности (Датчик освещенности. Влияние предметов разного цвета на показания датчика освещенности. Знакомство с командами: жди темнее, жди светлее).

Проектная деятельность в группах

Разработка собственных моделей в группах, подготовка к мероприятиям, связанным с ЛЕГО. Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков. Презентация моделей. Выставки. Соревнования.

Учебно-тематический план «Робототехника»

7 класс (68 часа)

№	Тема	Кол-во часов
1	Инструктаж по ТБ в кабинете. Правила работы с конструктором Lego, Правила работы на компьютере (планшете). Основы работы с EV3. Среда конструирования – знакомство с деталями конструктора.	1
2	Способы передач движения. Понятия о редукторах.	1
3	Программа LegoMindstorm. Понятие команды, программа и программирование.	1
4	Дисплей. Использование дисплея EV3.	1
5	Знакомство с моторами и датчиками. Тестирование моторов и датчиков.	1
6	Сборка простейшего робота, по инструкции.  Программное обеспечение EV. Создание простейшей программы.	1
7	Блок «Bluetooth», установка соединения. Загрузка с компьютера.	1
8	Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Изучение влияния параметров на работу модели.	1
9	Линейная программа. Программирование движения и поворотов робота Лего EV3. Основные команды движения робота, вперёд, назад, вправо, влево.	1
10	Самостоятельная работа. Программирование движения по квадрату.	1
11-12	Самостоятельная работа. Программирование движения «змейкой», объехав две кегли.	2
13-14	Циклические алгоритмы EV3. Циклические алгоритмы с датчиками. Движение до препятствия.	2
15-16	Самостоятельная творческая работа. Программа движения по квадрату, с использованием цикла.	2
17-18	Самостоятельная творческая работа. Программа для робота разведчика.	2
19-20	Использование датчика освещённости. Калибровка датчика. Обнаружение черты. Движение по линии.	2
21-22	Датчик освещённости. Влияние предметов разного цвета на показания датчика освещённости. Знакомство с командами: жди темнее, жди светлее.	2
23-26	Программа движения робота по чёрной линии с одним датчиком. Испытания робота.	4
27-30	Программа движения робота по чёрной линии с двумя датчиками. Испытания робота.	4
31-32	Использование датчика расстояния. Создание многоступенчатых программ.	2
33-36	Составление программ включающих в себя ветвление в среде EV3-G	4
37-38	Изготовление робота исследователя. Датчик расстояния и освещённости.	2
39-40	Условные алгоритмы. Переключатели. Условия на данные датчиков.	2
41-42	Сборка робота Lego для «Кегельринг»	2
43-46	Составление программ для «Кегельринг». Испытания робота.	4
47-48	Прочность конструкции и способы повышения прочности.	2
49-50	Сборка робота Lego для «Сумо»	2
51-54	Программируем робота для соревнований «Сумо». Испытания робота.	4
55-56	Соревнования.	2
57-62	Разработка собственных моделей в группах.	6
63-64	Презентация моделей.	2
65-68	Подведение итогов. Резерв.	4
	ИТОГО	68

Планируемый результат программы «Робототехника»

К концу реализации направления «Робототехника» учащиеся научатся:

·правилам безопасной работы;

·понимать конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

·понимать компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

·различать виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
основные приемы конструирования роботов;

·как использовать созданные программы;

·самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.);

·создавать реально действующие модели роботов из конструктора ЛЕГО; при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;

·создавать программы на компьютере для различных роботов;

·корректировать программы при необходимости;

·демонстрировать технические возможности роботов;

·работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию);

·создавать программы на компьютере на основе компьютерной программы.

·- научится применять знания, умения и навыки, полученные при изучении других предметов: математики, физики, информатики, технологии;

·- будут развиты конструкторские, инженерные и вычислительные навыки;

·формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и по­знанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориен­тировки в мире профессий и профессиональных предпоч­тений, с учетом устойчивых познавательных интересов, а также на основе формирования уважительного отношения к труду, развития опыта участия в социально значимом труде;

·формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, детьми старшего  и младшего возраста,  взрослыми  в  процессе образовательной, общественно полезной, учебно-исследо­вательской, творческой и других видов деятельности.

Описание материально – технического обеспечения программы

№	Наименование объектов и средств материально-технического обеспечения	Кол-во
1.     Интернет ресурсы
1 2 3 4 5 6 7	http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/  http://robotics.ru/  http://moodle.uni-altai.ru/mod/forum/discuss.php?d=17  http://ar.rise-tech.com/Home/Introduction http://www.prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php  http://www.prorobot.ru/lego.php http://robotor.ru
2. Технические средства обучения
1	Инструкции роботов	На ПК
2	Программа к конструктору Mindstorms Lego ev3 45544, инструкции, справки и тд.	Свободная программа
3	Базовый  набор к конструктору Mindstorms Lego ev3 45544	6
4	ПК	15
5	Мультимедийный проектор. Интерактивная доска	1
6	Принтер	1
3. Оборудование класса
1	Ученические двухместные столы	15
2	Стулья	30
3	Шкафы для хранения материалов и пособий	3

Методическое обеспечение

Обучение по программе основывается на следующих принципах обучения: 

−    научности, природосообразности, последовательности и систематичности, результативности;

−    доступности, преемственности, сознательности и активности, наглядности, прочности, заинтересованности и мобильности;

−     индивидуального подхода, связи теории с практикой, занимательности, сознательности и активности деятельности.

Методы обучения:

−    словесный, наглядный, практический;

−    объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый;

−    проблемный;

−    эвристический;

−    игровой, проектный;

−    исследовательский;

−    воспитательный (убеждение, поощрение, стимулирование, упражнение, стимулирование, мотивация).

Формы организации учебного занятия:

−    дифференцированное обучение;

−    беседа, лекция;

−    защита проектов, мастер-класс;

−    открытое занятие, практическое занятие, конкурсы, соревнования, коллективная (групповая) творческая работа (используется при совместной сборке моделей и работе над проектами), выставка, экскурсии.

Оценочные материалы

−     контрольные и итоговые практические задания;

−     самостоятельная работа по индивидуальным планам;

−     технологические и технические задачи;

−     задания для само- и взаимоконтроля;

−     викторины по истории и терминологии робототехники;

−     тесты, экспресс-опросы;

−     защита творческих проектов.

Используются следующие методы отслеживания результативности:

−    педагогическое наблюдение;

−    педагогический анализ результатов, тестирования, опросов, выполнения обучающимися диагностических заданий, участия детей в мероприятиях выставках, конкурсах, защиты проектов, активности обучающихся на занятиях;

−    мониторинг образовательной деятельности обучающихся на стартовом, промежуточном и итоговом уровнях.

Для оценки результативности используются следующие формы подведения итогов реализации программы:

−    опрос;

−    контрольное занятие;        

−    викторина;

−    самостоятельная работа;

−    выставка;

−    защита проектов;

−    конкурс;

−    открытое занятие для родителей;

−    соревнование;

−    презентация творческих работ;

−    самоанализ;

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.                 Зверева В.И. Образовательная программа школы: структура, содержание, технология разработки/ М., педагогический поиск. Приложение к журналу «Завуч», 2008.

2.                 Кружок робототехники, [электронный ресурс]//http://lego.rkc-74.ru/index.php/-lego-

3.                 В.А. Козлова, Робототехника в образовании [электронный ресурс]//http://lego.rkc-74.ru/index.php/2009-04-03-08-35-17, Пермь, 2011 г.

4.                  Lego Mindstorms Lego Mindstorms ev3 45544: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя.

5.                      Lego Mindstorms Lego Mindstorms ev3 45544: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя

6.                  Методические аспекты изучения темы «Основы робототехники» с использованием Lego Mindstorms,

7.                  http://itrobo.ru/robototehnika/lego/

Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3

Базовый набор оптимизирован для использования в классе и содержит все необходимое для обучения с помощью технологий LEGO® MINDSTORMS®. Он позволяет ученикам конструировать, программировать и тестировать их решения, используя настоящие технологии робототехники. Набор включает в себя мощный микрокомпьютер EV3, контролирующий моторы и собирающий данные с датчиков. Стартовый набор поставляется в коробке, удобной для хранения элементов и использования в классе. Программное обеспечение и зарядное устройство продаются отдельно.

2.1. Компоненты базового набора

В набор входят [http://education.lego.com/ru-ru/lego-education-product-database/mindstorms-ev3]:

1.       Микрокомпьютер EV3.

Спецификации микрокомпьютера EV3:

·           процессор типа ARM 9 с Linux-образной операционной системой

·           4 порта ввода информации с частотой работы до 1 кГц

·           4 порта вывода для выполнения команд

·           встроенная память, включающая 16 МБ флеш-памяти и 64 МБ оперативной памяти

·           слот для чтения карт памяти формата Mini SDHC с поддержкой чтения карт объемом до 32 ГБ

·           шестикнопочный интерфейс управления с функцией изменения подсветки (3 цвета) для индикации режима работы микрокомпьютера

·           монохромный дисплей с разрешением 178 x 128 пикселей позволит осуществлять детальный просмотр графиков и чтение данных с датчиков

·           высококачественный встроенный динамик

·           возможность программирования и регистрации данных с помощью микрокомпьютера, созданные программы и полученные данные могут быть экспортированы в программное обеспечение EV3

·           поддержка связи с компьютерами через встроенный порт USB или подключаемые приемники WiFi или Bluetooth

·           режим USB 2.0 хостинга, позволяющий соединять микрокомпьютеры в последовательную цепь

·           поддержка WiFi и поддержка подключения USB флеш-карт

·           питание от 6 батарей типа АА или от аккумуляторной батареи постоянного тока EV3 емкостью 2050 мАч

2.                          Аккумулятор EV3.

Литий-ионная аккумуляторная батарея постоянного тока EV3 имеет емкость 2050 мАч и специально созданная для работы с новыми микрокомпьютерами EV3

3.                          Два больших серво мотора.

·встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 град

·максимальные обороты до 160-170 об/мин

·максимальный крутящий момент в 40 Нсм

·автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

4.                          Средний серво мотор.

·встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 град

·максимальные обороты до 240-250 об/мин

·максимальный крутящий момент в 12 Нсм

·автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

5.                          Ультразвуковой датчик.

·измеряет расстояния в пределах от 1 до 250 см

·точность измерений составляет +/- 1 см

·в режиме прослушивания внешний светодиод постоянно мигает, в режиме излучения светодиод постоянно горит

·если ультразвуковой сигнал распознан, датчик возвращает логическое значение "Истина"

·автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

6.                          Датчик цвета.

·     измеряет отраженный красный свет и внешнее рассеянное освещение, от полной темноты до яркого солнечного света

·     фиксирует и определяет 8 цветов

·     частота опроса до 1 кГц

·     автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

7.                          Гироскопический датчик.

·     режим измерения углов с точностью до +/- 3 градуса

·     встроенный гироскоп улавливает вращения с моментом до 440 град/с

·     частота опроса до 1 кГц

·     автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

8.                          Два датчика касания.

·     встроенная фронтовая кнопка

·     автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

9.                          Сборочные элементы LEGO Technic (541 деталь) и два пластиковых лотка – органайзера для хранения и сортировки деталей.

Система программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3

Система программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3 поставляется по лицензии либо на 1 персональный компьютер, либо для класса ПК (групповая лицензия). Групповая лицензия позволяет инсталлировать и использовать программное обеспечение EV3 на всех компьютерах, находящихся по адресу организации-покупателя.

Система программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3 основана на программном пакете National Instruments LabVIEW и имеет понятный графический интерфейс. Пользователь формирует программу, перетаскивая иконки, отвечающие за те или иные функции робота.

Функционал регистрации данных, включенный в систему программирования, является мощным инструментом для проведения различной экспериментальной работы. С помощью него можно собирать, анализировать и использовать данные, поступающие с датчиков. Ученики также могут строить интерактивные графики, используя полученные данные.

Встроенный редактор контента позволяет учителям модифицировать имеющиеся учебные курсы и создавать свои собственные. Кроме того, редактор позволяет ученикам фиксировать свои успехи с помощью создания и заполнения электронных тетрадей, которые также являются частью программного окружения EV3. Эта функция упрощает процесс проверки успеваемости и контроля знаний.

Программное обеспечение EV3 поставляется со специальным инструментом по обучению Robot Educator, включающим 48 пошаговых мультимедийных обучающих урока, созданных для помощи ученикам и преподавателям в обучении основам робототехники. Эти уроки также обучают использованию функционала регистрации данных и поясняют свойства аппаратного обеспечения EV3.

После запуска программного обеспечения LEGO MINDSTORMS Education EV3 открывается основное окно программы (лобби).

Это окно содержит меню, позволяющие работать:

·                        с основным и расширенным набором компонентов (описание наборов и инструкции по сборке моделей);

·                        кратким руководством пользователя (теория и базовые примеры программирования);

·                        проектом;

·                        самоучителем.

Основным для работы с моделью является окно проекта. Проект может содержать программы управления роботом. В этом случае открывается окно, показанное ниже:

Кроме этого, проект может подразумевать проведение эксперимента по обработке данных. Тогда открывается следующее окно:

2.3. Основные программные блоки

1. Палитра блоков «Действие»

2. Палитра блоков «Управление операторами»

3. Палитра блоков «Датчик»

1.                     Палитра блоков «Операции с данными»

2.                     Палитра блоков «Дополнения»

Движение робота ev3 вперед повороты

На данном уроке мы познакомимся с понятием линейного алгоритма, разберемся, как программировать движение робота Ev3.Линейный алгоритм это набор последовательных команд, которые выполняются только один раз. Команды следуют одна за другой в строго заданном порядке.

Например, рассмотрим алгоритм движения робота по  квадрату.

Движение вперед на 1 оборот

Поворот робота на 90  градусов направо

Движение вперед на 1 оборот

Поворот робота на 90  градусов направо

Движение вперед на 1 оборот

Поворот робота на 90  градусов направо

Движение вперед на 1 оборот

Перед тем как реализовывать линейные алгоритмы движения познакомился, как программировать простейшие команды движения робота EV3.

Движение вперёд робота ev3.

1 действие. Движение вперёд робота ev3. Моторы робота ev3 подключаются  к портам с буквами: A B C D Все повороты делаются на мощностях меньше 50.
Сбрасываем датчик моторов в ev3.

2 действие. Ставим цикл и в него ставим моторы на режиме «включить».

3 действие. Выставляем мощность мотора на 100.

4 действие. Заходим в цикл, выставляем вращение мотора «градусы».

5 действие. Полный оборот колеса 360 градусов.
6 действие. Остановка моторов в режиме «выключить».

Повороты робота EV3.Программа для поворота робота ev3

1 действие. Чтобы робот вращался на месте как трактор используется реверсивный поворот, когда один мотор двигается в одну сторону, а другой в противоположную. Чтобы мотор начал вращаться назад, необходимо выставить мощность -100.

Поворот робота ev3 в другую сторону

1.  действие. Чтобы поворачивать в другую сторону , необходимо  поменять мощности моторов. Теперь  мотор с портом A  будет  с отрицательной мощностью.

3 действие. Меняем порт мотора в конце цикла. 

Движение робота EV3 назад

Чтобы обеспечить движение робота ev3 назад, устанавливаем отрицательную мощность обоих моторов .

Действие 1. В условии цикла необходимо будет поставить знак «меньше».

Действие 2. Ставим отрицательные значения градусов.

Циклические алгоритмы в Ev3

На данном уроке мы познакомился с циклическими алгоритмами в ev3. Научимся программировать циклические алгоритмы с  использованием датчиков для роботов Ev3.Как правило, роботы выполняют набор одних и те же команд многократно (в принципе для этого они и созданы). Чтобы это реализовать, необходимо использовать циклические алгоритмы.

Циклический алгоритм -  это многократное повторение набора команд.

Повторять команды можно определенное количество раз. Такой цикл называется  циклом со счетчиком.  Для данного цикла мы указываем набор команд,  которые нужно повторить – это тело  цикла, и указываем  количество раз сколько нужно повторить данный цикл.

Например,  движение по квадрату можно запрограммировать  с помощью цикла со счетчиком:
Повторить 4 раза набор команд

Движение вперед 1 оборот

Поворот направо на 90 градусов

Но часто не известно сколько раз нужно повторять набор команд и завершение цикла происходит до тех  пор,  пока выполняется  определённое  условие.  Такие циклы называются циклы с условиями.

Для роботов Ev3 часто необходимо выполнять действия  до тех пор,  пока  данные датчика имеют определённое значение.

Например, движение робота ev3 до препятствия.

Движемся вперед  пока  данные  с датчика расстояния больше определённого значения. Выходим из цикла движения,  когда расстояние станет меньше.

Научимся программировать основные  циклические алгоритмы на Ev3.

Датчики подсоединяются к портам ev3 с цифрами 1,2.3.4. Всего можно подключить 4 датчика.
Действие 1. Ставим цикл, в него ставим два мотора в режиме «включить» на мощность 100

Действие 2. В цикле выбираем ультразвуковой датчик, расстояние в сантиметрах, указываем расстояние до препятствия.
Действие 3. Вставляем бесконечный цикл  движения назад.

Действие 3. Установка порта ультразвукового датчика в цикле 

Действие 4. После цикла всегда идёт остановка моторов.

Задание

1 Написать программу движения по квадрату, с использованием цикла

2. Написать программу для робота разведчика. Робот едет до препятствия, останавливается, отъезжает немного назад, поворачивается направо, и едет до следующего препятствия, пока не найдёт выход.

Ставим бесконечный цикл, действия будут выполняться бесконечно, пока не выключим робота, вся программа будет в этом цикле

Действие 2. В бесконечный цикл вставляем цикл движения до препятствия.

Действие 3. Вставляем цикл отъезда назад.

Действие 4. Вставляем цикл в поворот на право.

Условные алгоритмы. Переключатели в Ev3

Условные алгоритмы ev3

Чтобы робот принимал осознанные  решения, необходимо использовать условия

Условный алгоритм  это такой алгоритм , при котором  в зависимости от выполнения или невыполнения некоторого условия совершается либо одна, либо другая последовательность действия.

Для роботов EV3  часто в условии сравнивается значение  какого-либо датчика и в зависимости от  соблюдения  условия выполняется набор  нужных команд. Разберем работу условного  алгоритма  на примере программирования робота Пугливая собачка.

Алгоритм «пугливая собачка»

Если мы подходим к роботу очень близко, то он отъезжает от нас «испугался, что мы его ударим».

Если мы отходим слишком далеко, то он едет за нами «испугался, остаться один»

Действие 1.

Для начала ставим бесконечный цикл, т.е. программа будет выполняться, пока мы не выключим робота. Такая конструкция очень часто используется при программировании роботов Ev3.

Вся программа будет записываться внутри этого бесконечного цикла.

Мы должны поставить условие на датчик расстояния и проверить, если  это расстояние меньше 20 см, то мы должны отъехать назад.

Мы должны выбрать  правильный порт, к которому подсоединен датчик расстояния . В переключателе  выбираем ультразвуковой датчик, сравнение, расстояние в сантиметрах. Ставим условие меньше и  записываем в область  расстояние. При выполнении условия , мы отъезжаем назад ,  программирование отъезда назад можно  посмотреть в уроке Программирование движения Ev3.

Внутрь ставим условие (это элемент переключатель) на датчик расстояние

Действие 2. Аналогично запишем условие, если расстояние больше какого-то значения, то едем вперёд. Выставляем условие, теперь ставим условие больше.

При выполнении условия робот едет вперед.

Задание:

1. Соберите двух роботов и запрограммируйте их по алгоритму пугливой собачки. подберите в программе параметры такие как расстояние до предмета и  величину передвижения робота  так, чтобы одна собачка "прижала" к стене другую 

Программирование кегельринга для ev3

Кегельринг - очень увлекательное соревнование по робототехнике .

В этом соревновании   в самом начале при старте робот  стоит в центре круга, по границе круга расставлены кегли. Робот  вращаясь, с помощью датчика расстояния,  определяет,  где находится  кегля, выталкивает её за круг, возвращается в центр и ищет следующую кеглю. Робот должен вытолкнуть как можно быстрее все кегли за границу круга. Побеждает тот робот,   который вытолкнет все кегли быстрее других.

Приведем пошаговый  алгоритм кегельринга  для EV .  Мы будем использовать циклические алгоритмы, поиска кегли и  движения до границы круга. Подробнее о циклических алгоритмах EV3 можно познакомится в уроке  Циклические алгоритмы.

Действие 1. Ставим бесконечный цикл. В него ставим цикл «вращение» с ультразвуковым датчиком.

Действие 2. Едем вперёд, до тех пор, пока не увидим чёрную линию – границу круга, с помощью датчика света.

        

Сумо лего

Сумо - одно из самых увлекательных соревнований   роботов Лего Ev3. В данном соревновании робот должен вытолкнуть робота противника за круг при этом самому не выехать за границу круга.

В самом начале соревнования роботы ставятся в центр круга, после страта программы запускаются и роботы должны подождать 3 секунды, после этого роботы должны доехать до границы круга  и только потом они имеют возможность атаковать противника. На портале приведены схемы роботов для лего сумо Мощный сумо робот  и инструкция по сборке Полноприводный сумо робот лего

Опишем алгоритм и программу Сумо для робота EV3

1 Действие.

Робот ждёт 3 секунды, отъезжаем от центра круга до границы, едем вперёд, крутимся, ищем врага, едем до врага, если едем от границы то отъезжаем назад.

Ставим ожидание  на 3 секунды.

2 Действие. Отъезжаем назад, до границы. 

3 действие. После того как робот отъехал  до границы он  должен выдвинуться вперед . Движение вперёд.

4 Действие.  Ставим бесконечный цикл. Робот будет атаковать врага,  пока его не вытолкнет или пока не закончится время соревнования. 

 в него ставим цикл вращение  c ультразвуковым датчиком.  (можно использовать и инфракрасный датчик)

5 Действие. Едем вперёд до тех пор, пока датчик цвета не увидит чёрную линию, границу круга.

6 . Действие После того как увидели границу мы отъезжаем назад.

Задание.

 Напишите отъезд назад сами, используя урок 1.Движение и повороты EV3

Движение робота по черной линии с одним датчиком

На этом уроке мы напишем программу для движения робота  ev3 по черной линии с одним датчиком. Движение по черной линии используется на различных соревнованиях, таких как шортрек, евролинии, траектория и других. Мы познакомимся с различными алгоритмами движения по черной линии

Алгоритм движения робота вдоль черной линии  с одним датчиком.

В конструкции робота впереди по центру устанавливается датчик освещенности. Робот  будет двигаться следующим образом. Если он датчиком заезжает на черную линию, то сворачивает с нее одним мотором,  если он датчиком не видит линию, то он сворачивает  другим мотором на линию. Робот будет  двигаться зигзагами вдоль  черной линии

Программа для робота ev3  движение по черной линии с одним датчиком

Программа будет осуществляться бесконечно ,пока мы не выключим робота. Для этого используем бесконечный цикл. В бесконечный цикл, ставим переключатель, в переключателе выбираем датчик цвета, режим сравнение, яркость отраженного цвета.

В переключателе организовываем движение робота ev3  в циклах один мотор останавливаем, другой мотор включаем в режиме включить. Циклы работают определённое время. Чтобы робот не слетел, желательно время циклов выставлять небольшим.

Когда запускаем движение робота по черной линии, выставляем датчик цвета на линию. Чтобы регулировать скорость движения, меняем мощность моторов. Более надежное движение робота по черной линии реализуется с помощью двух датчиков цвета. Подробнее об алгоритме движения робота по черной линии с двумя датчиками

Движение по черной линии Ev3

На данном уроке мы разберем движение робота Ev3   вдоль  черной линии.

Напишем программу для движения робота по черной линии для Lego Ev3. Познакомимся с логическими операциями Ev3.

Для того, чтобы робот Ev3 двигался постоянно вдоль черной линии  в программе используется бесконечный цикл в нем происходит считывание  данных с датчиков  цвета, освещенности, анализ данных датчиков и соответсвующие маневры робота. В нашем роботе левый датчик цвета подключен к порту 3, правый датчик подсоединен к порту 1. Левый мотор подключен к порту В, правый мотор к порту А.

На рисунке показан блок считывания данных с датчика освещенности.

Если значение меньше 5  (знак сравнения 4) , то значит датчиком мы заехали на черную линию.

Если значение больше 5 (знак сравнения 2), то заехали на белое поле

Алгоритм движения по черной линии для робота с двумя датчиками следующий.

Если робот  заехал левым датчиком на черную линию, то  робот сворачивает (съезжает с линии) налево. Если робот заехал правым датчиком на черную  линию, то поворачивает направо. Если обоими датчиками видит белое поле, то робот едет вперёд. Если обоими датчиками он видит чёрную линию, то это перекрёсток, он едет вперёд и съезжает с перекрестка.

Чтобы обрабатывать одновременно данные с нескольких датчиков, необходимо использовать логические операции. Для того чтобы выполнялись  оба условия,  используется  логическая операция И.

Напишем программу для движения вдоль черной линии для робота Ev3.

У нашего робота левый датчик освещенности подключен к порту 3, правый датчик освещенности подключен к порту 1.

1 действие. Считываем данные с датчиков освещенности заходим в яркость, отраженного света Записываем их в логический блок И ( Красный блок)

2 действие. Соединяем логический блок с переключателем, который выставлен в логическое значение.

3 действие. В условие ставим поворот налево. Смотри урок 1 Повороты Ev3

4 Действие. Повторяем считывание датчиков освещенности и логический блок

Значение датчика освещенности  1 становится меньше 5, а датчика с портом 3 больше 5.  В этом случае чёрную линию видит правый датчик. Поворот делается направо, поэтому правый  мотор (порт А) вращается назад , мощность со знаком минус, а левый мотор (порт B)  вращается вперед. Осуществляется поворот направо. В цикле движения выставите  не очень большое время  порядка 0,1 секунды, чтобы робот реагировал быстрее на изменение траектории. 

5 действие. Если оба датчика освещенности фиксируют белое поле, то робот движется вперед. Опять считываем данные с обоих датчиков. Ставим в считывании датчиков знак больше, мощность обоих моторов положительная.

6 действие. . Если оба датчика освещенности фиксируют  чёрную линию, то движемся вперёд. Считывание датчиков, для обоих датчиков ставим меньше 5, для обоих моторов выставляем движение вперед

Для изменения скорости движения по черной линии необходимо поменять мощность моторов при движении вперед. Если траектория будет слишком крута и робот будет слетать с черной линии, необходимо уменьшить мощность при движении вперед и увеличить мощность при поворотах. 

Краткое описание документа:

Программа «Робототехника» предназначена для того, чтобы положить начало формированию у учащихся целостного представления о мире техники, устройстве конструкций, механизмов и машин, их месте в окружающем мире. Реализация данного курса позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способности к решению проблемных ситуаций умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их, расширить технический и математический словари ученика.