🔧 Конструирование робототехнической модели

Изучаем принципы прочности и устойчивости

5 класс • Урок технологии
Учитель: Ахметов Рустам
9 июня 2025

🔧 ЦЕЛЬ УРОКА
Научиться создавать прочные и устойчивые
робототехнические конструкции
От теории к практике!

Что узнаем: Конструктивные элементы → Способы соединения → Принципы устойчивости

Конструктор

🤔 Проблемная ситуация

Почему одна модель падает, а другая стоит?

👀 НАБЛЮДАЕМ!
Посмотрите на две модели
Чем они отличаются?

🏗️ Модель A - НЕУСТОЙЧИВАЯ

Неустойчивая модель

Проблемы:

  • 📏 Высокий центр тяжести
  • 🦶 Узкое основание
  • ⚖️ Неравномерное распределение массы

🏛️ Модель B - УСТОЙЧИВАЯ

Устойчивая модель

Преимущества:

  • 📐 Низкий центр тяжести
  • 🏗️ Широкое основание
  • ⚖️ Сбалансированная конструкция
А) Высота важнее устойчивости
Б) Устойчивость важнее высоты
В) Можно совместить и то, и другое
✅ В) Правильное проектирование позволяет достичь и высоты, и устойчивости!

🧩 Основные конструктивные элементы

Из чего строят роботов?

🔍 ИЗУЧАЕМ ДЕТАЛИ
Каждый элемент имеет свое назначение
Как в настоящей архитектуре!

📐 Балки и фермы

🏗️ БАЛКИ - основа конструкции

Тип балки Назначение Пример
📏 Прямые Создание каркаса Рама робота
📐 Угловые Соединение под углом Поворотные узлы
🔗 Составные Длинные пролеты Мосты, платформы

🔺 ФЕРМЫ - треугольные конструкции

  • Самые прочные!
  • Не деформируются под нагрузкой
  • Используются в мостах и башнях

⚙️ Соединительные элементы

🔗 Оси и штифты

Создают подвижные соединения для моторов и колес

🧩 Коннекторы

Соединяют балки под разными углами

⚙️ Шестерни

Передают движение и изменяют скорость

🔧 Кронштейны

Крепят датчики и дополнительные элементы

🏢 Несущие конструкции

Типы конструкций по назначению:

 1🏗️ КАРКАС
 2├── Основная рама робота
 3├── Распределяет нагрузки
 4└── Обеспечивает жесткость
 5
 6🏛️ ПЛАТФОРМА  
 7├── Несет полезную нагрузку
 8├── Место для электроники
 9└── Рабочая поверхность
10
11🌉 КОНСОЛЬ
12├── Выступающая часть
13├── Рабочий инструмент
14└── Требует усиления

📐 Математика в конструировании

Геометрические принципы прочности

📊 ГЕОМЕТРИЯ + ПРОЧНОСТЬ
Математические фигуры определяют
прочность конструкции!

🔺 Самая прочная фигура

ТРЕУГОЛЬНИК - король прочности!

🏆 Почему треугольник?

  • 📐 Невозможно деформировать без разрушения
  • ⚖️ Равномерно распределяет нагрузку
  • 🔧 Минимум материала = максимум прочности

Примеры в жизни:

  • 🌉 Мосты и башни
  • 🏗️ Строительные фермы
  • 🚁 Каркасы вертолетов
  • 🤖 Рамы роботов

🔄 Симметрия в робототехнике

Зачем нужна симметрия?

⚖️ Равновесие

Симметричные конструкции лучше сбалансированы

🎯 Предсказуемость

Робот движется ровно, без отклонений

🔧 Простота

Легче проектировать и собирать

Типы симметрии:

  • 🪞 Зеркальная - левая часть = правая часть
  • 🔄 Поворотная - одинаково при повороте
  • 📐 Радиальная - как колесо со спицами

⚖️ Физика устойчивости

Центр тяжести и равновесие

🧪 ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Понимаем, почему роботы падают
или остаются стабильными

📍 Что такое центр тяжести?

Центр тяжести - точка, где сосредоточена вся масса объекта

🎯 Простое правило:

Чем ниже центр тяжести, тем устойчивее конструкция

Примеры из жизни:

  • 🏎️ Гоночные автомобили - очень низкие
  • 🚢 На кораблях груз помещают в трюм
  • 🏗️ Небоскребы имеют тяжелое основание
  • 🤖 Роботы-пылесосы плоские и широкие

🧪 Эксперимент: Найдем центр тяжести

Метод подвеса:

  1. 📌 Подвешиваем модель в разных точках
  2. 📏 Проводим вертикальные линии
  3. 🎯 Пересечение линий = центр тяжести
⚖️ ПРОВЕРИМ НА ПРАКТИКЕ!
Возьмите модель и найдите ее центр тяжести
Попробуйте балансировать на пальце

📊 Устойчивость конструкций

Факторы устойчивости:

Фактор Влияние Как улучшить
📍 Положение ЦТ Ниже = устойчивее Тяжелые детали вниз
📐 Площадь опоры Больше = устойчивее Широкое основание
⚖️ Распределение массы Равномерно = лучше Симметричная сборка
🏗️ Жесткость связей Прочнее = надежнее Больше соединений

Золотое правило: 📐 Основание > Высота!

🔗 Способы соединения деталей

Как правильно соединять?

🔧 МАСТЕР-КЛАСС ПО СОЕДИНЕНИЯМ
Изучаем виды соединений
и их применение

🔒 Жесткие соединения

Не допускают движения между деталями

➕ Преимущества:

  • 🏗️ Максимальная прочность
  • 🎯 Точная фиксация
  • ⚖️ Хорошая передача нагрузок

➖ Недостатки:

  • 🚫 Нет подвижности
  • 🔧 Сложнее разбирать
  • ⚡ Концентрация напряжений

Применение: Рамы, корпуса, неподвижные части

🔄 Подвижные соединения

Позволяют движение между деталями

➕ Преимущества:

  • 🤖 Обеспечивают движение
  • 🔧 Легко регулировать
  • ⚙️ Для механизмов

➖ Недостатки:

  • 🎯 Меньшая точность
  • ⚖️ Требуют смазки
  • 🔧 Изнашиваются

Применение: Колеса, суставы, поворотные механизмы

🔧 Типы соединений LEGO

Тип Описание Прочность Применение
🧩 Штифты Цилиндрические соединители ⭐⭐⭐ Подвижные оси
🔗 Балки Соединение отверстие-штифт ⭐⭐⭐⭐ Каркас
⚙️ Шестерни Зубчатые соединения ⭐⭐⭐⭐⭐ Передачи
📐 Угловые Соединение под углом ⭐⭐⭐ Повороты
🔧 ПРАКТИКА!
Попробуйте каждый тип соединения
Проверьте их на прочность

🛠️ Практическая работа

Создаем устойчивую башню

🏗️ ИНЖЕНЕРНЫЙ ВЫЗОВ!
Постройте самую высокую устойчивую башню
Время: 15 минут

📋 Техническое задание

Условия конкурса:

🎯 Цель:

  • 📏 Максимальная высота (от 20 см)
  • ⚖️ Устойчивость при наклоне стола до 10°
  • 🏗️ Использовать только детали конструктора
  • 👥 Работать в парах

Критерии оценки:

  • 📐 Высота конструкции (40%)
  • ⚖️ Устойчивость (40%)
  • 🎨 Оригинальность решения (20%)

💡 Подсказки для успеха

🏗️ Основание:

  • Делайте широким и тяжелым
  • Используйте треугольную или квадратную форму
  • Распределяйте массу равномерно

📏 Высота:

  • Стройте секциями
  • Каждая секция должна быть прочной
  • Используйте фермы для жесткости

🔗 Соединения:

  • Больше соединений = больше прочности
  • Избегайте слабых мест
  • Проверяйте каждое соединение

🧪 Испытания на прочность

Этапы тестирования:

  1. 📏 Измерение высоты - линейкой от стола
  2. ⚖️ Тест на наклон - наклоняем стол до 10°
  3. 🏋️ Нагрузочный тест - добавляем груз 100г на вершину
  4. 🌪️ Тест на вибрацию - легкие толчки стола
📊 ФИКСИРУЕМ РЕЗУЛЬТАТЫ!
Записывайте все измерения
Отмечайте слабые места

🏆 Представление результатов

Каждая пара рассказывает (2 минуты):

  1. 🎯 Стратегия - какой принцип использовали?
  2. 📐 Конструкция - особенности вашей башни
  3. 🔧 Трудности - что было сложно?
  4. 💡 Улучшения - что бы изменили?

🏅 Номинации:

  • 🏗️ "Самая высокая башня"
  • ⚖️ "Самая устойчивая"
  • 💡 "Самое оригинальное решение"
  • 🤝 "Лучшая командная работа"

🧠 Закрепление знаний

Мини-викторина

🎯 ПРОВЕРИМ ЗНАНИЯ!
Отвечаем быстро и правильно
Можно работать в командах

❓ Вопрос 1

Какая геометрическая фигура самая прочная?

А) Квадрат
Б) Треугольник
В) Круг
Г) Прямоугольник
✅ Б) Треугольник - единственная фигура, которую нельзя деформировать!

❓ Вопрос 2

Где должен быть центр тяжести для максимальной устойчивости?

А) Как можно выше
Б) В середине конструкции
В) Как можно ниже
Г) Не важно где
✅ В) Как можно ниже - закон физики!

❓ Вопрос 3

Что такое ферма в конструкции?

А) Место для животных
Б) Треугольная конструкция
В) Тип соединения
Г) Материал для строительства
✅ Б) Треугольная конструкция для максимальной прочности!

❓ Вопрос 4 (Бонус!)

Почему в мостах используют треугольные фермы?

А) Для красоты
Б) Так дешевле
В) Для максимальной прочности
Г) По традиции
✅ В) Треугольники выдерживают огромные нагрузки при минимуме материала!

🤔 Рефлексия

Лестница успеха

📊 ОЦЕНИТЕ СЕБЯ
На какой ступеньке вы находитесь
в понимании темы? (1-5)

📈 Шкала понимания

5️⃣ Отлично понимаю

Могу объяснить другим, применяю на практике

4️⃣ Хорошо понимаю

Понимаю основные принципы, немного сомневаюсь

3️⃣ Понимаю частично

Основное понятно, есть вопросы

2️⃣ Слабо понимаю

Многое непонятно, нужна помощь

1️⃣ Не понимаю

Тема очень сложная, нужно повторить

💭 Вопросы для размышления

🌟 Что нового узнали?

_________________________________

😅 Что оказалось самым сложным?

_________________________________

🔧 Какой принцип конструирования кажется самым важным?

_________________________________

🏠 Домашнее задание

Конструкции вокруг нас

🔍 ИССЛЕДОВАТЕЛИ КОНСТРУКЦИЙ
Найдите примеры изученных принципов
в повседневной жизни

📝 Задание 1: Альбом конструкций

Создайте альбом “Конструкции вокруг нас”:

  1. 📸 Сфотографируйте или нарисуйте 5 примеров:

    • Треугольные фермы (мосты, башни)
    • Устойчивые конструкции (столы, стулья)
    • Симметричные объекты (здания, машины)

  2. 📝 Для каждого примера опишите:

    • Какой принцип применен?
    • Почему конструкция прочная?
    • Где еще можно это использовать?

🤖 Задание 2: Мой робот

Придумайте робота с идеальной конструкцией:

  1. 🎨 Нарисуйте робота, используя принципы урока
  2. 📐 Покажите, где треугольные фермы
  3. ⚖️ Отметьте центр тяжести
  4. 🔗 Подпишите типы соединений

💡 Подсказка:

Можете взять за основу реальных роботов: ASIMO, Boston Dynamics, роботы-пылесосы

📚 Подготовка к следующему уроку

Тема: “Механизмы в робототехнике”

Повторите:

  • Что такое рычаг и блок
  • Виды передач (ременная, зубчатая)
  • Простые механизмы в быту

Принесите: примеры механизмов из дома (игрушки, инструменты)

🎉 Заключение урока

Главные выводы

Что мы изучили:

  • 🧩 Основные конструктивные элементы роботов
  • 🔗 Способы соединения деталей
  • ⚖️ Принципы устойчивости и центр тяжести
  • 📐 Роль геометрии в конструировании
  • 🔧 Практические навыки сборки
🏆 ПОЗДРАВЛЯЕМ!
Сегодня вы стали настоящими конструкторами!
Ваши башни показали отличное понимание принципов

👨‍🏫 Спасибо за урок!

Учитель: Ахметов Рустам
Следующий урок: “Механизмы в робототехнике”

Полезные ресурсы:

❓ ЕСТЬ ВОПРОСЫ?
Обязательно спрашивайте!
Понимание основ - ключ к успеху в робототехнике!