🔬 Исследование зависимости движения робота от типа поверхности

Практическая работа: научный подход в робототехнике

🧪 Эксперименты • 📊 Данные • 📈 Графики • 🔍 Анализ
5 класс • Технология • 90 минут

👨‍🏫 Учитель: Ахметов Рустам
🏫 Школа: ГБОУ № 1362
📅 Дата: 2025-06-11
🎯 Миссия: Стать исследователями-робототехниками!

🎯 План научного исследования

🔬 Наша исследовательская миссия:

  1. ❓ Сформулировать гипотезы - предположения о влиянии поверхностей
  2. 📋 Спланировать эксперименты - систематический подход к тестированию
  3. 🧪 Провести измерения - три серии экспериментов с разными условиями
  4. 📊 Собрать данные - точная фиксация всех результатов
  5. 📈 Построить графики - визуализация полученных зависимостей
  6. 🔍 Проанализировать результаты - выявление закономерностей
  7. 💡 Сделать выводы - практические рекомендации для робототехники

🎯 Результат исследования:

  • Научно обоснованные рекомендации по выбору колес
  • Понимание физических принципов взаимодействия с поверхностями
  • Опыт проведения настоящего научного исследования

🤔 Постановка научной проблемы

От наблюдений к гипотезам

📝 Проблемная ситуация

🤖 Задача инженера-робототехника: Компания разрабатывает робота-помощника для дома. Робот должен эффективно передвигаться по различным поверхностям:

  • 🏠 Гладкий линолеум в коридоре
  • 🛋️ Мягкий ковер в гостиной
  • 🪜 Деревянный паркет в спальне
  • 🏗️ Кафельная плитка в ванной
  • ⛰️ Небольшие пороги между комнатами

❓ Ключевые вопросы исследования:

  1. Как тип поверхности влияет на скорость движения робота?
  2. Какие колеса лучше для преодоления препятствий?
  3. Существует ли универсальное решение для всех поверхностей?
  4. Как можно предсказать поведение робота на новой поверхности?

💭 Формулирование гипотез

🧠 Гипотеза 1: “Влияние материала колес”

1H1: Резиновые колеса обеспечивают лучшее сцепление и более высокую 
2    скорость на всех типах поверхностей по сравнению с пластиковыми
3    
4Обоснование: Резина имеет больший коэффициент трения

🧠 Гипотеза 2: “Влияние текстуры поверхности”

1H2: На шероховатых поверхностях (ковер) роботы движутся медленнее, 
2    но с лучшей управляемостью, чем на гладких (линолеум)
3    
4Обоснование: Шероховатость увеличивает трение

🧠 Гипотеза 3: “Влияние размера колес”

1H3: Большие колеса лучше преодолевают препятствия, 
2    но хуже работают на ровных поверхностях
3    
4Обоснование: Геометрические особенности контакта

🧠 Гипотеза 4: “Универсальность решений”

1H4: Не существует идеального типа колес для всех поверхностей - 
2    нужны компромиссные решения
3    
4Обоснование: Различные физические принципы взаимодействия

📊 Переменные исследования

🔬 Независимые переменные (что мы изменяем):

  • Тип колес: резиновые, пластиковые, гусеничные, с протектором
  • Тип поверхности: гладкая, шероховатая, мягкая, наклонная
  • Характер препятствия: высота порога, угол наклона

📏 Зависимые переменные (что мы измеряем):

  • Скорость движения на горизонтальной поверхности (м/с)
  • Максимальный угол подъема (градусы)
  • Максимальная высота препятствия (см)
  • Энергопотребление (условные единицы)
  • Точность движения (отклонение от прямой линии)

🎯 Контролируемые переменные (что держим постоянным):

  • Масса робота
  • Мощность моторов
  • Программа управления
  • Длина дистанции для измерений
  • Условия окружающей среды

📋 План эксперимента

🧪 Серия 1: Движение по горизонтальным поверхностям

 1Цель: Определить влияние типа поверхности и колес на скорость
 2
 3Методика:
 41. Установить дистанцию 2 метра
 52. Для каждой комбинации (колеса × поверхность):
 6   - Запустить робота на максимальной мощности
 7   - Измерить время прохождения дистанции (3 раза)
 8   - Вычислить среднюю скорость
 93. Зафиксировать качественные наблюдения
10
11Поверхности: линолеум, ковер, дерево, наждачная бумага
12Типы колес: резина, пластик, гусеницы, протектор

🧪 Серия 2: Преодоление наклонных поверхностей

 1Цель: Найти максимальный угол подъема для разных комбинаций
 2
 3Методика:
 41. Начать с угла 10°
 52. Пытаться заехать на наклон
 63. При успехе увеличить угол на 5°
 74. При неудаче зафиксировать предыдущий угол как максимальный
 85. Повторить для всех комбинаций
 9
10Углы: от 10° до 60° с шагом 5°

🧪 Серия 3: Преодоление вертикальных препятствий

1Цель: Определить максимальную высоту преодолеваемого препятствия
2
3Методика:
41. Использовать набор препятствий высотой 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 см
52. Для каждого типа колес найти максимальную преодолеваемую высоту
63. Проверить на разных поверхностях
74. Зафиксировать технику преодоления (качение, подпрыгивание, застревание)

🧪 Проведение экспериментов

Серия 1: Горизонтальные поверхности

📏 Подготовка к экспериментам

🔧 Подготовка роботов:

  • Проверить заряд батареи (должен быть > 80%)
  • Убедиться в надежности крепления колес
  • Откалибровать моторы на одинаковую мощность
  • Загрузить стандартную программу движения

📐 Подготовка измерительной базы:

  • Отметить стартовую и финишную линии (расстояние 2 м)
  • Подготовить секундомеры (по одному на каждого хронометриста)
  • Разложить тестовые поверхности
  • Подготовить рабочие листы для записи данных

👥 Распределение ролей в группе:

  • 🎯 Оператор: управляет роботом, меняет колеса
  • ⏱️ Хронометрист: измеряет время прохождения дистанции
  • 📝 Протоколист: записывает данные, ведет наблюдения
  • 🔄 Координатор: следит за соблюдением методики

📊 Таблица результатов: Скорость на горизонтальных поверхностях

Тип колес Поверхность Попытка 1, с Попытка 2, с Попытка 3, с Среднее время, с Скорость, м/с Наблюдения
Резиновые Линолеум ___ ___ ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___ ___ ___
Дерево ___ ___ ___ ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___ ___ ___ ___
Пластиковые Линолеум ___ ___ ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___ ___ ___
Дерево ___ ___ ___ ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___ ___ ___ ___
Гусеничные Линолеум ___ ___ ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___ ___ ___
Дерево ___ ___ ___ ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___ ___ ___ ___

📝 Формула расчета скорости:

1Скорость = Расстояние / Среднее время = 2 м / t_среднее

🔍 Качественные наблюдения

📋 Чек-лист наблюдений для каждого теста:

🎯 Поведение при старте:

  • ☐ Робот трогается сразу без пробуксовки
  • ☐ Небольшая пробуксовка в начале движения
  • ☐ Значительная пробуксовка, медленный разгон
  • ☐ Колеса проворачиваются, робот не может тронуться

🏃 Характер движения:

  • ☐ Плавное равномерное движение
  • ☐ Небольшие колебания траектории
  • ☐ Заметные отклонения от прямой линии
  • ☐ Неустойчивое движение, частые коррекции

🔊 Звуковые характеристики:

  • ☐ Тихое движение
  • ☐ Слабый шум трения
  • ☐ Заметный шум, скрип
  • ☐ Громкий шум, вибрации

⚡ Энергопотребление (по поведению моторов):

  • ☐ Моторы работают легко, без напряжения
  • ☐ Моторы работают с небольшой нагрузкой
  • ☐ Заметная нагрузка на моторы
  • ☐ Моторы работают на пределе возможностей

📈 Промежуточный анализ результатов

🔍 Вопросы для анализа после серии 1:

  1. Какая комбинация показала максимальную скорость?

    • Материал колес: _______________
    • Тип поверхности: _______________
    • Скорость: _______ м/с

  2. Какая комбинация показала минимальную скорость?

    • Материал колес: _______________
    • Тип поверхности: _______________
    • Скорость: _______ м/с

  3. Как влияет тип поверхности на одинаковые колеса?

    1Резиновые колеса:
2Линолеум > Дерево > Ковер > Наждачная (предполагаемый порядок)
3
4Фактический порядок: ___________________

  4. Как влияет материал колес на одинаковой поверхности?

    1На линолеуме:
2_______ > _______ > _______ (от быстрых к медленным)

  5. Соответствуют ли результаты вашим гипотезам?

    • Гипотеза 1 (преимущество резины): ☐ Подтверждена ☐ Опровергнута
    • Гипотеза 2 (влияние шероховатости): ☐ Подтверждена ☐ Опровергнута

⛰️ Серия 2: Наклонные поверхности

Исследование способности к подъему

📐 Методика измерения максимального угла

🔧 Подготовка наклонной плоскости:

1АЛГОРИТМ Настройка_угла_наклона():
2  1. Установить наклонную плоскость на угол 10°
3  2. Проверить угол транспортиром
4  3. Убедиться в устойчивости конструкции
5  4. Отметить зону разгона (20 см до подъема)
6  5. Подготовить страховочную зону за подъемом
7КОНЕЦ АЛГОРИТМА

📏 Процедура измерения:

 1АЛГОРИТМ Измерение_максимального_угла():
 2  текущий_угол = 10°
 3  успех = ИСТИНА
 4  
 5  ПОКА успех И текущий_угол ≤ 60°:
 6    Установить_угол(текущий_угол)
 7    Запустить_робота_с_разгона()
 8    
 9    ЕСЛИ робот_преодолел_подъем() ТО
10      максимальный_угол = текущий_угол
11      текущий_угол = текущий_угол + 5°
12    ИНАЧЕ
13      успех = ЛОЖЬ
14    КОНЕЦ ЕСЛИ
15  КОНЕЦ ПОКА
16  
17  ВОЗВРАТ максимальный_угол
18КОНЕЦ АЛГОРИТМА

📊 Таблица результатов: Максимальные углы подъема

Тип колес Поверхность наклона Макс. угол, ° Характер преодоления Причина остановки
Резиновые Дерево ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___
Линолеум ___ ___ ___
Пластиковые Дерево ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___
Линолеум ___ ___ ___
Гусеничные Дерево ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___
Линолеум ___ ___ ___

🔍 Коды характера преодоления:

  • У - Уверенное преодоление без замедления
  • З - Преодоление с заметным замедлением
  • Т - Преодоление с трудом, на пределе возможностей
  • Н - Не преодолевает

🚫 Коды причин остановки:

  • П - Пробуксовка колес
  • М - Недостаток мощности моторов
  • С - Потеря сцепления с поверхностью
  • О - Опрокидывание назад

🧮 Физический анализ результатов

📐 Теоретический расчет максимального угла:

Для робота массой m на наклоне с углом α:

1Сила тяги вдоль наклона ≥ Составляющая веса + Сила трения
2
3F_тяги ≥ m×g×sin(α) + μ×m×g×cos(α)
4
5Максимальный угол при F_тяги = F_макс:
6tg(α_макс) = (F_макс/(m×g) - μ) / (1 + μ×tg(α_макс))
7
8Упрощенно: α_макс ≈ arctg(F_макс/(m×g) - μ)

🧪 Практическое применение:

1РАСЧЕТ для резиновых колес на дереве:
2Если измеренный максимальный угол = 35°
3То коэффициент сцепления:
4μ ≈ F_тяги/(m×g) - tg(35°) = F_тяги/(m×g) - 0.7
5
6Это позволяет предсказать поведение на других поверхностях!

📈 Сравнительный анализ

🏆 Рейтинг эффективности по углам подъема:

1-е место (лучшие результаты):

  • Колеса: _______________
  • Поверхность: _______________
  • Максимальный угол: _____°

2-е место:

  • Колеса: _______________
  • Поверхность: _______________
  • Максимальный угол: _____°

3-е место:

  • Колеса: _______________
  • Поверхность: _______________
  • Максимальный угол: _____°

📊 Закономерности:

  1. Влияние материала колес: _______________
  2. Влияние поверхности: _______________
  3. Неожиданные результаты: _______________

🎯 Практические выводы

💡 Рекомендации для конструкторов:

Для преодоления крутых подъемов:

1✅ Использовать: _______________ колеса
2✅ Предпочтительная поверхность: _______________
3✅ Дополнительные меры: понижение центра тяжести, увеличение мощности

Для универсального применения:

1🔄 Компромиссное решение: _______________ колеса
2📊 Обеспечивает углы до: _____° на большинстве поверхностей
3⚖️ Баланс между проходимостью и скоростью

Ограничения и рекомендации:

1⚠️ Избегать комбинации: _______________ на _______________
2📋 Причина: _______________
3🛠️ Альтернативное решение: _______________

🧗 Серия 3: Преодоление препятствий

Вертикальные препятствия и ступени

📏 Методика испытания препятствий

🔧 Подготовка препятствий:

 1Набор тестовых препятствий:
 2📏 0.5 см - Тонкая книга
 3📏 1.0 см - Карандаш
 4📏 1.5 см - Толстая книга  
 5📏 2.0 см - Стопка тетрадей
 6📏 2.5 см - Деревянная планка
 7📏 3.0 см - Кирпич (учебный)
 8
 9Требования к препятствиям:
10✅ Устойчивость (не сдвигаются при контакте)
11✅ Достаточная длина (робот полностью помещается сверху)
12✅ Безопасность (нет острых краев)

🎯 Процедура тестирования:

 1АЛГОРИТМ Тест_преодоления_препятствий():
 2  ДЛЯ каждого_типа_колес:
 3    ДЛЯ каждой_поверхности:
 4      высота = 0.5
 5      
 6      ПОКА высота ≤ 3.0:
 7        Установить_препятствие(высота)
 8        результат = Попытка_преодоления()
 9        
10        ЕСЛИ результат = УСПЕХ ТО
11          максимальная_высота = высота
12          высота = высота + 0.5
13        ИНАЧЕ
14          ВЫХОД ИЗ ЦИКЛА
15        КОНЕЦ ЕСЛИ
16      КОНЕЦ ПОКА
17      
18      Записать(максимальная_высота)
19    КОНЕЦ ДЛЯ
20  КОНЕЦ ДЛЯ
21КОНЕЦ АЛГОРИТМА

📊 Таблица результатов: Преодоление вертикальных препятствий

Тип колес Поверхность Макс. высота, см Техника преодоления Диаметр колеса, см Отношение h/d
Резиновые Линолеум ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___
Дерево ___ ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___ ___
Пластиковые Линолеум ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___
Дерево ___ ___ ___ ___
Наждачная бумага ___ ___ ___ ___
Большие колеса Линолеум ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___
Гусеничные Линолеум ___ ___ ___ ___
Ковер ___ ___ ___ ___

🔍 Коды техники преодоления:

  • К - Плавное качение через препятствие
  • П - Подпрыгивание при наезде
  • В - “Вползание” с пробуксовкой
  • З - Застревание с последующим преодолением
  • Н - Неспособность преодолеть

📐 Геометрический анализ

🧮 Теоретическая связь размера колеса и препятствия:

1Для преодоления препятствия высотой h колесом радиуса R:
2
3Минимальный радиус: R_мин = h / (2×sin(α/2))
4где α - угол контакта с препятствием
5
6Практическое правило: R ≥ h + запас_безопасности
7
8Для уверенного преодоления: R ≥ 1.5×h
9Для гарантированного преодоления: R ≥ 2×h

📊 Проверка теоретических предсказаний:

Диаметр колеса Теоретический максимум h = d/2 Практический результат Эффективность, %
4 см 2.0 см ___ см ___
6 см 3.0 см ___ см ___
8 см 4.0 см ___ см ___

🔍 Анализ отклонений:

  • Если практический результат < теоретического → недостаток мощности или сцепления
  • Если практический результат > теоретического → эффективная техника преодоления

🚀 Специальные техники преодоления

💡 Наблюдаемые стратегии роботов:

1. Техника “Качение”:

1Описание: Колесо плавно поднимается на препятствие
2Условия: Большой диаметр колеса, достаточная мощность
3Эффективность: Высокая для препятствий h < d/2
4Энергозатраты: Низкие

2. Техника “Подпрыгивание”:

1Описание: Робот подпрыгивает при контакте с препятствием
2Условия: Высокая скорость подхода, жесткие колеса
3Эффективность: Средняя, зависит от точности
4Энергозатраты: Высокие

3. Техника “Штурм”:

1Описание: Робот "вползает" на препятствие с пробуксовкой
2Условия: Высокая мощность, хорошее сцепление
3Эффективность: Низкая, много энергии
4Энергозатраты: Очень высокие

4. Техника “Обход”:

1Описание: Робот не может преодолеть препятствие напрямую
2Необходимость: Поиск альтернативного пути
3Применение: При h > критической высоты

🎯 Инженерные решения

🔧 Оптимизация для преодоления препятствий:

Решение 1: Увеличение диаметра колес

1Преимущества:
2+ Лучшее преодоление препятствий
3+ Плавность движения
4+ Меньшее энергопотребление
5
6Недостатки:
7- Увеличение габаритов робота
8- Ухудшение маневренности
9- Больший вес конструкции

Решение 2: Гусеничный ход

1Преимущества:
2+ Отличная проходимость
3+ Большая площадь контакта
4+ Стабильность на неровностях
5
6Недостатки:
7- Сложность конструкции
8- Высокое трение качения
9- Шумность работы

Решение 3: Адаптивная подвеска

1Принцип: Колеса независимо адаптируются к рельефу
2Реализация: Качающиеся рычаги, пружинная подвеска
3Эффект: Сохранение контакта всех колес с поверхностью

Решение 4: Активные системы

1Примеры: 
2- Откидные колеса для увеличения клиренса
3- Выдвижные опоры для преодоления ступеней
4- Трансформируемые конструкции

📊 Обработка и анализ данных

От чисел к пониманию

📈 Построение графиков зависимостей

📊 График 1: Скорость движения по горизонтальным поверхностям

 1Инструкция по построению:
 2
 31. Ось X: Тип поверхности (Линолеум, Дерево, Ковер, Наждачная)
 42. Ось Y: Скорость движения (м/с)
 53. Отдельные линии для каждого типа колес
 64. Масштаб: от 0 до максимальной скорости + 10%
 7
 8Ожидаемый характер:
 9- Убывающая зависимость от гладкости к шероховатости
10- Резиновые колеса показывают наиболее стабильные результаты
11- Пластиковые колеса имеют большой разброс по поверхностям

📊 График 2: Максимальные углы подъема

 1Формат: Столбчатая диаграмма
 2
 3Группировка: По типам колес
 4Подгруппы: По типам поверхностей наклона
 5Ось Y: Угол в градусах (0-60°)
 6
 7Дополнительно:
 8- Линия безопасного угла (30°) 
 9- Зона экстремальных углов (45°+)
10- Цветовое кодирование по эффективности

📊 График 3: Зависимость высоты препятствия от диаметра колеса

1Тип: Точечная диаграмма с линией тренда
2
3Ось X: Диаметр колеса (см)
4Ось Y: Максимальная высота препятствия (см)
5Теоретическая линия: h = d/2
6Практические точки: Результаты экспериментов
7
8Анализ: Отклонение практических результатов от теории

🧮 Статистическая обработка

📊 Расчет средних значений и разброса:

1ДЛЯ каждой комбинации (колеса, поверхность):
2  среднее = (попытка1 + попытка2 + попытка3) / 3
3  
4  разброс = |максимум - минимум|
5  
6  стандартное_отклонение = √(Σ(xi - среднее)² / n)
7  
8  коэффициент_вариации = стандартное_отклонение / среднее × 100%

📈 Таблица статистических показателей:

Комбинация Среднее Мин Макс Разброс СКО Коэфф. вариации, %
Резина + Линолеум ___ ___ ___ ___ ___ ___
Резина + Ковер ___ ___ ___ ___ ___ ___
Пластик + Линолеум ___ ___ ___ ___ ___ ___
… … … … … … …

🔍 Интерпретация коэффициента вариации:

  • < 5% - очень стабильные результаты
  • 5-15% - стабильные результаты
  • 15-30% - умеренный разброс

  • 30% - высокая нестабильность

🎯 Корреляционный анализ

📊 Поиск связей между параметрами:

Гипотеза 1: Связь скорости и угла подъема

1Предположение: Комбинации с высокой скоростью 
2также показывают большие углы подъема
3
4Проверка:
5Составить пары (скорость, угол) для каждой комбинации
6Построить точечную диаграмму
7Оценить корреляцию визуально и численно

Гипотеза 2: Влияние коэффициента трения

1Расчет относительного коэффициента:
2k_трения = скорость_на_поверхности / скорость_на_линолеуме
3
4Ранжирование поверхностей по k_трения:
51. _________ (k = ___)
62. _________ (k = ___)  
73. _________ (k = ___)
84. _________ (k = ___)

Гипотеза 3: Универсальность решений

1Индекс универсальности = среднее_по_всем_поверхностям / максимум_возможный
2
3Расчет для каждого типа колес:
4- Резина: ___
5- Пластик: ___
6- Гусеницы: ___
7
8Вывод о наиболее универсальном решении: ___________

🔍 Выявление закономерностей

📈 Обнаруженные зависимости:

1. Влияние шероховатости поверхности:

1Закономерность: С увеличением шероховатости скорость _______ (уменьшается/увеличивается)
2
3Исключения: _______________
4
5Физическое объяснение: _______________

2. Влияние материала колес:

1Рейтинг по скорости: _______ > _______ > _______
2
3Рейтинг по проходимости: _______ > _______ > _______
4
5Вывод о компромиссах: _______________

3. Масштабные эффекты:

1Влияние размера колеса:
2- На скорость: _______________
3- На проходимость: _______________
4- На энергопотребление: _______________
5
6Оптимальный размер для универсального применения: _______ см

4. Неожиданные результаты:

1Результат, противоречащий ожиданиям: _______________
2
3Возможные объяснения:
41. _______________
52. _______________
63. _______________
7
8Необходимость дополнительных экспериментов: _______________

💡 Выводы и практические рекомендации

От исследования к применению

🏆 Общие выводы исследования

🎯 Подтверждение/опровержение гипотез:

Гипотеза 1: “Преимущество резиновых колес”

1Статус: ☐ Полностью подтверждена ☐ Частично подтверждена ☐ Опровергнута
2
3Результаты:
4- На гладких поверхностях: _______________
5- На шероховатых поверхностях: _______________
6- При преодолении препятствий: _______________
7
8Вывод: _______________

Гипотеза 2: “Влияние текстуры поверхности”

1Статус: ☐ Полностью подтверждена ☐ Частично подтверждена ☐ Опровергнута
2
3Обнаруженная зависимость:
4Скорость: Линолеум _____ Дерево _____ Ковер _____ Наждачная
5
6Управляемость: _______________
7
8Вывод: _______________

Гипотеза 3: “Влияние размера колес”

1Статус: ☐ Полностью подтверждена ☐ Частично подтверждена ☐ Опровергнута
2
3Результаты:
4- Преодоление препятствий: диаметр _____ см показал лучшие результаты
5- Скорость на ровной поверхности: диаметр _____ см был оптимальным
6- Энергоэффективность: _______________
7
8Вывод: _______________

Гипотеза 4: “Отсутствие универсального решения”

1Статус: ☐ Полностью подтверждена ☐ Частично подтверждена ☐ Опровергнута
2
3Анализ универсальности:
4- Наиболее универсальное решение: _______________
5- Индекс универсальности: _____% 
6- Специализированные решения показали превосходство в: _______________
7
8Вывод: _______________

📋 Практические рекомендации

🏠 Для домашнего робота-помощника:

 1Основные требования:
 2✅ Движение по линолеуму (70% времени)
 3✅ Движение по ковру (20% времени)  
 4✅ Преодоление порогов до 2 см (ежедневно)
 5✅ Низкий уровень шума
 6
 7Рекомендуемое решение:
 8🔧 Тип колес: _______________
 9📏 Диаметр: _______ см
10🎯 Обоснование: _______________
11
12Альтернативные варианты:
131. _______________
142. _______________

🏭 Для промышленного робота:

 1Основные требования:
 2✅ Высокая скорость передвижения
 3✅ Точность позиционирования
 4✅ Работа на бетонных полах
 5✅ Преодоление технологических порогов
 6
 7Рекомендуемое решение:
 8🔧 Тип колес: _______________
 9📏 Диаметр: _______ см
10🎯 Обоснование: _______________

🌍 Для робота-исследователя:

 1Основные требования:
 2✅ Максимальная проходимость
 3✅ Работа на разных грунтах
 4✅ Преодоление препятствий до 5 см
 5✅ Энергоэффективность
 6
 7Рекомендуемое решение:
 8🔧 Тип привода: _______________
 9📏 Размеры: _______________
10🎯 Обоснование: _______________

🔧 Инженерные решения

💡 Инновационные концепции на основе исследования:

1. Адаптивные колеса:

1Концепция: Колеса с изменяемой жесткостью
2Принцип: Мягкие для сцепления, жесткие для скорости
3Реализация: _______________
4Ожидаемые преимущества: _______________

2. Гибридный привод:

1Концепция: Комбинация колесного и гусеничного хода
2Принцип: Переключение режимов в зависимости от задачи
3Критерии переключения: _______________
4Технические сложности: _______________

3. Умная система выбора режима:

1Концепция: Автоматический выбор оптимальных параметров
2Входные данные: Тип поверхности, требуемая скорость, препятствия
3Алгоритм принятия решений: _______________
4Датчики для реализации: _______________

📚 Научная значимость

🎓 Вклад в понимание робототехники:

Новые знания:

    • Подтвержденные принципы:

    • Области для дальнейших исследований:

    • 🔬 Методологические достижения:

    • Разработана методика сравнительного тестирования колес
    • Создана система критериев оценки эффективности
    • Предложен подход к многокритериальной оптимизации

    📊 Практическая ценность:

    • Справочные данные для конструкторов роботов
    • Рекомендации по выбору компонентов
    • Основа для создания систем автоматического выбора параметров

    🏠 Домашнее задание

    📋 Обязательные задания

    1. Отчет по исследованию Оформите полный научный отчет по проведенному исследованию:

    📄 Структура отчета:

    1. Титульный лист с названием, авторами, датой
    2. Введение с постановкой проблемы и гипотезами
    3. Методика с описанием экспериментов
    4. Результаты с таблицами и графиками
    5. Анализ с выявленными закономерностями
    6. Выводы с практическими рекомендациями
    7. Приложения с фотографиями экспериментов

    📊 Требования к оформлению:

    • Все таблицы должны быть подписаны
    • Графики строятся на миллиметровке или в Excel
    • Выводы должны быть обоснованы экспериментальными данными
    • Объем: 8-12 страниц

    2. Эскиз универсального колеса Разработайте концепцию колеса, эффективного на разных поверхностях:

    🎨 Содержание эскиза:

    • Общий вид колеса (вид сбоку и спереди)
    • Детали конструкции протектора
    • Размеры с обоснованием выбора
    • Материалы с указанием свойств
    • Принцип работы на разных поверхностях

    🔧 Технические требования:

    • Диаметр: оптимальный по результатам исследования
    • Учет компромиссов между скоростью и проходимостью
    • Возможность изготовления доступными средствами
    • Анализ преимуществ перед стандартными решениями

    🎯 Дополнительные задания (по выбору)

    🔬 Для исследователей: Расширьте исследование дополнительными экспериментами:

    📊 Направления расширения:

    • Влияние температуры на сцепление колес
    • Зависимость износа от типа поверхности
    • Исследование энергопотребления при разных режимах
    • Тестирование в условиях влажности

    📝 Методика:

    • Спланировать дополнительные эксперименты
    • Провести измерения в домашних условиях
    • Статистически обработать новые данные
    • Сравнить с основными результатами

    🧮 Для математиков: Создайте математическую модель оптимального колеса:

    📐 Задачи моделирования:

    • Формализовать зависимости скорости от параметров
    • Создать функцию многокритериальной оптимизации
    • Учесть ограничения по габаритам и массе
    • Разработать алгоритм автоматического выбора

    💻 Инструменты:

    • Excel с функциями оптимизации
    • Простые программы на языке программирования
    • Графические калькуляторы
    • Математические пакеты (при наличии)

    🛠️ Для инженеров: Спроектируйте систему автоматической адаптации:

    ⚙️ Техническое задание:

    • Датчики для определения типа поверхности
    • Механизм изменения параметров колес
    • Алгоритм принятия решений
    • Оценка технической реализуемости

    🔧 Варианты реализации:

    • Изменяемое давление в колесах
    • Сменные протекторные элементы
    • Регулируемая жесткость подвески
    • Адаптивные алгоритмы управления моторами

    🌐 Полезные ресурсы

    📚 Дополнительная литература:

    • Справочники по материаловедению
    • Книги по теории автомобиля
    • Статьи о робототехнике и мехатронике
    • Патентная база по конструкциям колес

    💻 Онлайн-ресурсы:

    • Симуляторы физики для проверки теорий
    • Калькуляторы для статистической обработки
    • Форумы робототехников для обсуждения
    • Видеоканалы с экспериментами

    🔧 Практические ресурсы:

    • Мастерские для изготовления прототипов
    • Магазины радиодеталей для компонентов
    • 3D-принтеры для создания моделей
    • Лаборатории для точных измерений

    🎉 Подведение итогов исследования

    🏆 Наши научные достижения

    🔬 Исследовательские навыки:

    • ✅ Спланировали и провели комплексное научное исследование
    • ✅ Освоили методы систематического сбора данных
    • ✅ Научились анализировать экспериментальные результаты
    • ✅ Сформулировали научно обоснованные выводы

    📊 Аналитические навыки:

    • ✅ Построили графики зависимостей по экспериментальным данным
    • ✅ Провели статистическую обработку результатов
    • ✅ Выявили корреляции между различными параметрами
    • ✅ Научились интерпретировать количественные данные

    🛠️ Инженерные навыки:

    • ✅ Применили научные знания для решения практических задач
    • ✅ Разработали рекомендации по выбору технических решений
    • ✅ Поняли принципы многокритериальной оптимизации
    • ✅ Научились обосновывать технические решения данными

    🌟 Главные открытия

    🎯 Ключевые научные выводы:

    “Не существует универсально лучшего решения - есть оптимальные решения для конкретных задач”

    “Экспериментальные данные важнее теоретических предположений”

    “Научный подход позволяет принимать обоснованные инженерные решения”

    🔮 Применение в будущем:

    • Создание адаптивных систем передвижения
    • Разработка роботов для экстремальных условий
    • Оптимизация транспортных средств
    • Биомиметические системы передвижения

    📈 Рефлексия “Путь исследователя”

    🎯 Самооценка исследовательских навыков (1-5 баллов):

    🔬 Планирование эксперимента: ⭐⭐⭐⭐⭐ 📊 Сбор и обработка данных: ⭐⭐⭐⭐⭐ 📈 Построение графиков: ⭐⭐⭐⭐⭐ 🔍 Анализ результатов: ⭐⭐⭐⭐⭐ 💡 Формулирование выводов: ⭐⭐⭐⭐⭐

    🔬 Техника “Закончи предложение”:

    • Сегодня я узнал: ________________
    • Мне удалось: ________________
    • Было трудно: ________________
    • Теперь я могу: ________________
    • Больше всего меня удивило: ________________

    🎪 Поделитесь впечатлениями:

    • Какой результат эксперимента был самым неожиданным?
    • Что оказалось сложнее всего в проведении исследования?
    • Как можно улучшить методику для будущих экспериментов?
    • Где еще можно применить освоенный подход?

    🔮 Следующий урок: “Ультразвуковые датчики расстояния”

    🎯 Готовимся к новым исследованиям:

    • Принципы измерения расстояний звуком
    • Создание систем навигации роботов
    • Исследование точности измерений
    • Применение в автономных системах

    🔬 ВЫ СТАЛИ НАСТОЯЩИМИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯМИ!
    Теперь вы умеете проводить научные эксперименты, анализировать данные и делать обоснованные выводы - это основа всей современной науки и техники!