Манипуляторы для транспортных роботов
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
Модуль: Мобильная робототехника
Тема урока: Манипуляторы для транспортных роботов
Цель урока: Создать условия для формирования представлений о типах манипуляторов для транспортных роботов, их конструкции, принципах работы и применении через составление сравнительной таблицы.
Предметные:
- Знание различных типов манипуляторов для мобильных роботов
- Понимание принципов работы манипуляторов и их кинематических схем
- Умение определять степени свободы манипуляционных механизмов
- Представление о связи конструкции манипулятора и его функциональности
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение классифицировать и сравнивать различные типы манипуляторов по заданным критериям
- Познавательные УУД: умение устанавливать взаимосвязи между конструкцией манипулятора и его возможностями
- Коммуникативные УУД: умение обосновывать выбор определенного типа манипулятора для конкретных задач
Личностные:
- Развитие инженерного мышления и пространственного воображения
- Формирование интереса к робототехническим системам и механизмам
- Воспитание аналитического подхода при выборе технических решений
Образовательные:
- Познакомить учащихся с различными типами манипуляторов для мобильных роботов
- Сформировать представление о кинематических схемах манипуляторов
- Дать понимание зависимости между конструкцией манипулятора и его функциональными возможностями
Развивающие:
- Развивать навыки сравнительного анализа технических систем
- Формировать умение определять преимущества и ограничения различных конструкций
- Развивать пространственное мышление при анализе кинематических схем
Воспитательные:
- Воспитывать системный подход к изучению технических устройств
- Формировать культуру технического мышления
- Развивать интерес к инженерным решениям в робототехнике
Тип урока: Комбинированный (теория + практика)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютер, проектор, экран
- Презентация по теме “Манипуляторы для транспортных роботов”
- Демонстрационные модели различных типов манипуляторов (при наличии)
- Видеоматериалы о работе промышленных и мобильных манипуляторов
- Раздаточный материал с кинематическими схемами манипуляторов
- Шаблоны для составления сравнительной таблицы
- 3D-модели или интерактивные симуляции манипуляторов (при наличии)
- Технические описания различных манипуляционных систем
Образовательные технологии:
- Проблемное обучение
- Информационно-коммуникационные технологии
- Сравнительный анализ
- Групповая работа
Межпредметные связи:
- Физика: Степени свободы механизмов, рычаги, моменты сил, передача движения, распределение нагрузки
- Математика: Расчет траекторий движения манипулятора, координаты в пространстве, векторы и углы поворота
- Информатика: Алгоритмы управления манипуляторами, программирование перемещений
- Технология: Механические передачи, конструирование подвижных соединений
Основные понятия: Манипулятор, степень свободы, кинематическая схема, рабочая зона, звено манипулятора, шарнирное соединение, схват (захват), грузоподъемность, точность позиционирования, антропоморфный манипулятор, SCARA-манипулятор, декартов манипулятор, цилиндрический манипулятор, кинематическая пара, сервопривод
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Создает позитивный настрой. | Готовятся к уроку, занимают рабочие места | - | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Мотивация и целеполагание (5 мин) | Демонстрирует видеофрагменты работы различных манипуляторов (промышленных роботов, мобильных роботов с манипуляторами). Задает вопросы: “Для чего транспортным роботам нужны манипуляторы?”, “Какие задачи они могут выполнять?”, “От чего зависит выбор типа манипулятора?” | Смотрят видео, отвечают на вопросы, высказывают предположения, участвуют в формулировании темы и цели урока | Актуализация представлений о назначении манипуляторов | Познавательные: мотивация к изучению темы Коммуникативные: участие в диалоге |
| 3. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы: “Что такое степени свободы механизма?”, “Как работает рычаг?”, “Как можно описать положение точки в пространстве?”, “Какие виды механических передач вы знаете?” | Отвечают на вопросы, вспоминают материал из курсов физики и математики, обсуждают механические принципы | Актуализация знаний о механике и пространственных координатах | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: формулирование мыслей |
| 4. Изучение нового материала (20 мин) | Объясняет основные типы манипуляторов для мобильных роботов, сопровождая рассказ презентацией: 1) Классификация манипуляторов: - По типу кинематической схемы (декартовы, цилиндрические, сферические, SCARA, антропоморфные) - По количеству степеней свободы - По типу привода (электрические, гидравлические, пневматические) 2) Конструкция манипуляторов: - Основные узлы (основание, звенья, шарниры, схват) - Типы соединений и передач - Приводные механизмы 3) Кинематические схемы: - Принципы построения кинематических схем - Рабочая зона манипулятора - Анализ степеней свободы 4) Применение манипуляторов в транспортных роботах: - Логистические операции - Взаимодействие с окружающей средой - Специализированные задачи Демонстрирует схемы, модели или симуляции работы различных типов манипуляторов. | Слушают объяснения, делают записи, зарисовывают кинематические схемы, задают уточняющие вопросы | Формирование знаний о различных типах манипуляторов и их конструкциях | Познавательные: усвоение новой информации, установление причинно-следственных связей |
| 5. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую динамическую паузу с имитацией движений различных типов манипуляторов. | Выполняют физические упражнения, имитируя движения звеньев манипуляторов | - | Регулятивные: переключение внимания |
| 6. Демонстрация принципов работы (10 мин) | Демонстрирует принципы работы различных типов манипуляторов с помощью моделей, видео или интерактивных симуляций. Объясняет особенности движения, преимущества и ограничения каждого типа. | Наблюдают за демонстрацией, задают вопросы, делают заметки о характеристиках различных типов манипуляторов | Понимание принципов работы различных типов манипуляторов | Познавательные: анализ информации, выявление особенностей |
| 7. Практическая работа (15 мин) | Организует групповую работу. Делит класс на группы по 3-4 человека. Задание: “Составить сравнительную таблицу различных типов манипуляторов с их преимуществами и ограничениями”. Раздает шаблоны таблицы с указанием критериев сравнения: количество степеней свободы, форма рабочей зоны, грузоподъемность, точность позиционирования, сложность конструкции, области применения. Консультирует группы в процессе работы. | Работают в группах, заполняют сравнительную таблицу по указанным критериям, анализируют и обсуждают характеристики различных типов манипуляторов, определяют их преимущества и ограничения | Умение анализировать и сравнивать различные типы манипуляторов | Регулятивные: планирование работы Познавательные: сравнение, классификация Коммуникативные: работа в группе |
| 8. Представление результатов (10 мин) | Организует представление результатов работы групп. Задает уточняющие вопросы: “Почему у данного типа манипулятора такая форма рабочей зоны?”, “Для каких задач наиболее подходит этот тип манипулятора?”, “Каковы ограничения этой конструкции?” | Представители групп демонстрируют заполненные таблицы, объясняют свои выводы о преимуществах и ограничениях различных типов манипуляторов, отвечают на вопросы | Понимание взаимосвязи между конструкцией манипулятора и его функциональными возможностями | Коммуникативные: представление результатов, аргументация Познавательные: обобщение информации |
| 9. Обсуждение практического применения (8 мин) | Организует обсуждение оптимального выбора манипуляторов для различных задач: “Какой тип манипулятора выбрать для складского робота?”, “Какой манипулятор нужен для робота-помощника в быту?”, “Какой тип манипулятора оптимален для погрузочно-разгрузочных работ?” | Участвуют в обсуждении, предлагают обоснованные решения для различных задач, аргументируют свой выбор | Умение применять знания о манипуляторах для решения практических задач | Познавательные: применение знаний Коммуникативные: участие в дискуссии |
| 10. Рефлексия и подведение итогов (3 мин) | Подводит итоги урока, задает вопросы: “Какие типы манипуляторов вы сегодня узнали?”, “Как конструкция манипулятора влияет на его возможности?”, “Какие характеристики важно учитывать при выборе манипулятора для конкретной задачи?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свою работу на уроке | Систематизация знаний о манипуляторах для транспортных роботов | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
Базовый уровень:
- Завершить заполнение сравнительной таблицы (если не успели на уроке)
- Подготовить краткое описание одного из типов манипуляторов (по выбору)
Повышенный уровень:
- Разработать эскиз манипулятора для конкретного транспортного робота с указанием его кинематической схемы и степеней свободы
- Исследовать и описать инновационные решения в области конструирования манипуляторов для мобильных роботов
Критерии оценивания сравнительной таблицы:
- Полнота охвата различных типов манипуляторов (1-5 баллов)
- Точность определения характеристик каждого типа (1-5 баллов)
- Корректность выявления преимуществ и ограничений (1-5 баллов)
- Обоснованность определения областей применения (1-5 баллов)
- Аккуратность и наглядность оформления таблицы (1-5 баллов)
Шкала оценивания:
- “5” - 21-25 баллов
- “4” - 16-20 баллов
- “3” - 10-15 баллов
- “2” - менее 10 баллов
По итогам урока учащиеся должны:
Знать:
- Основные типы манипуляторов для транспортных роботов
- Принципы построения кинематических схем манипуляторов
- Ключевые характеристики различных типов манипуляторов
- Факторы, влияющие на выбор типа манипулятора для конкретных задач
Уметь:
- Сравнивать различные типы манипуляторов по заданным критериям
- Определять степени свободы манипуляционных механизмов
- Анализировать форму рабочей зоны различных манипуляторов
- Подбирать оптимальный тип манипулятора для конкретной задачи
Владеть:
- Навыками анализа кинематических схем
- Терминологией в области манипуляционных робототехнических систем
- Пониманием взаимосвязи конструкции и функциональности манипуляторов
Дополнительные материалы к уроку:
- Сравнительные характеристики различных типов манипуляторов
- Схемы кинематических цепей наиболее распространенных манипуляторов
- Примеры применения манипуляторов в реальных транспортных роботах
- Видеоматериалы о современных манипуляционных системах
- Задачи для самостоятельного анализа манипуляторов
- Глоссарий терминов по теме “Манипуляторы для транспортных роботов”