x0007.01 RoboEd - Основы робототехники

О курсе

Курс содержит обобщенный опыт многолетнего преподавания робототехники на уроках и дополнительных занятиях в школах Санкт-Петербурга. В курсе рассматриваются базовые сведения из области механики, кибернетики и программирования. На примере простых практических заданий с использованием конструктора Lego Mindstorms NXT и графической среды Robolab раскрывается ряд тем из области теории автоматического управления.

Рекомендуемая подготовка

Курс предназначен для учащихся 5 классов и старше, а также их учителей и родителей. Результаты обучения по курсу неоднократно проверены на многочисленных соревнованиях и олимпиадах. Для прохождения курса необходимо владеть знаниями в области математики 4-5 класса (обыкновенные дроби, алгебраические выражения и пр.).

Формат курса

Курс рассчитан на 11 недель и состоит из 11 разделов. Трудоемкость курса 3 зачетных единицы (102 академических часа).

Структура курса

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Знакомство с конструктором.
2. Механическая передача.
3. Моторные механизмы.
4. Основы управления роботом. Встроенная оболочка NXT Program.
5. Знакомство со средой Robolab.
6. Кегельринг.
7. Движение в помещении. Поиск выхода из лабиринта.
8. Роботы-барабанщики. Простейшие регуляторы.
9. Следование по линии.
10. Путешествие по комнате. Защита от застреваний.
11. Удаленное управление.

Первые три темы курса — основы конструирования: от знакомства с названиями деталей до расчета передаточного отношения редуктора. В качестве первых действующих моделей рассматриваются шагающий робот, одномоторная тележка и маятник Капицы. На примере соревнований силовых роботов (сумо, перетягивание каната) рассматриваются принципы механической передачи.

Четвертая тема посвящена знакомству с электроникой конструктора и управлению мобильным роботом с помощью встроенной оболочки контроллера NXT. Приводится конструкция двухмоторной тележки.

Знакомство с графической средой программирования начинается в пятой теме. На примере простых алгоритмов изучаются принципы управления мобильным роботом.

Шестая тема курса посвящена популярной обучающей игре «кегельринг». С помощью датчиков освещенности и расстояния робот обнаруживает посторонние предметы и перемещает их за границы круга.

В седьмой теме изучается движение робота по лабиринту: от движения по заранее проложенному маршруту до правила «правой руки».

Восьмая тема посвящена стационарным роботам-барабанщикам. Основа этой темы была заложена в 2009 году, когда команда из Санкт-Петербурга успешно выступила на Всемирной олимпиаде роботов с проектом «Роботы-барабанщики».

Девятая тема куса посвящена теме «Следование по линии», которая является одновременно основной темой курса и самыми популярными в России состязаниями. На примере этой задачи происходит знакомство с регуляторами: релейным и пропорциональным.

В десятой теме рассматривается важная тема защиты от сбоев. При создании робота необходимо предусмотреть всевозможные нештатные ситуации. Используются такие элементы программирования как параллельные задачи, флаги и подпрограммы.

Завершает курс удаленное управление с использованием Bluetooth. Для непрерывной передачи данных применяется двоичное кодирование. Реализованный на этих принципах управляемый футбол роботов — увлекательная игра для начинающих робототехников.

Сертификат

После успешного завершения курса выдаётся сертификат за подписью автора курса. Сертификат будет выдан тем, чей результат работы по курсу составит не менее 80%. Сертификат с отличием будет выдан тем, чей результат работы по курсу составит не менее 95%, при условии, что все задания выполнены в срок.

Дополнительный инструментарий

В процессе обучения будет использовано следующее открытое программное обеспечение: пакет прикладных математических программ Scilab http://www.scilab.org/, среда для программирования под NXT BricxCC http://bricxcc.sourceforge.net/, система компьютерной алгебры Maxima http://maxima.sourceforge.net/. Для всех программ будут даны вводные занятия.