Сервомотор, назначение, применение в моделях роботов
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
Модуль: Исполнительные устройства роботов
Тема урока: Сервомотор, назначение, применение в моделях роботов
Цель урока: Создать условия для формирования представлений о принципе работы сервомоторов, их типах и характеристиках через практическое изучение зависимости угла поворота от сигнала управления.
Предметные:
- Знание устройства и принципа работы сервомотора
- Понимание различий между аналоговыми и цифровыми сервоприводами
- Умение определять основные характеристики сервомоторов
- Понимание зависимости угла поворота от сигнала управления
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать исследование, фиксировать результаты наблюдений, делать выводы
- Познавательные УУД: умение устанавливать связи между физическими явлениями и работой технических устройств
- Коммуникативные УУД: умение работать в паре/группе при проведении исследований, аргументировать свою точку зрения
Личностные:
- Развитие технического мышления
- Формирование интереса к изучению робототехники
- Воспитание аккуратности при работе с техническими устройствами
Образовательные:
- Познакомить учащихся с устройством и принципом работы сервомотора
- Изучить различные типы сервоприводов и их характеристики
- Сформировать представление о применении сервомоторов в робототехнике
Развивающие:
- Развивать умение анализировать принципы работы технических устройств
- Формировать навыки проведения измерений и построения графиков зависимостей
- Развивать логическое мышление при установлении связей между входным сигналом и выходной величиной
Воспитательные:
- Воспитывать культуру обращения с техническими устройствами
- Формировать ответственное отношение к выполнению технических измерений
- Развивать коммуникативные навыки при работе в паре/группе
Тип урока: Комбинированный (теория + практика)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютер, проектор, экран
- Презентация по теме “Сервомотор и его применение в робототехнике”
- Демонстрационные образцы различных типов сервомоторов в разобранном и собранном виде
- Наборы сервомоторов для практической работы (микро, стандартные, высокомоментные)
- Контроллеры (Arduino или аналоги) для управления сервомоторами
- Осциллограф или логический анализатор для демонстрации сигналов (при наличии)
- Транспортиры для измерения углов поворота
- Рабочие листы для построения диаграмм
- Технические паспорта сервомоторов с характеристиками
Образовательные технологии:
- Технология проблемного обучения
- Информационно-коммуникационные технологии
- Исследовательская деятельность
- Работа в малых группах
Межпредметные связи:
- Физика: Принцип работы сервопривода, обратная связь по положению, момент силы, электромагнитная индукция
- Математика: Угловые величины, преобразование сигналов управления в угол поворота, пропорциональная зависимость
- Информатика: Цифровая обработка сигналов, кодирование информации, широтно-импульсная модуляция
- Технология: Применение сервоприводов в различных технических устройствах
Основные понятия: Сервомотор, сервопривод, потенциометр, обратная связь, широтно-импульсная модуляция (ШИМ), аналоговый сервопривод, цифровой сервопривод, крутящий момент, скорость поворота, точность позиционирования, мертвая зона, дискретность управления
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Обеспечивает позитивный настрой. | Готовятся к уроку, занимают рабочие места | - | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Мотивация и целеполагание (5 мин) | Демонстрирует видеоролик с различными роботами, использующими сервомоторы (роботы-манипуляторы, шагающие роботы, роботы-андроиды). Задает вопросы: “Как робот определяет, на какой угол повернуть конечность?”, “Почему движения некоторых роботов такие точные и плавные?” Подводит к формулированию темы и цели урока. | Смотрят видеоролик, отвечают на вопросы, участвуют в формулировании темы и цели урока | Понимание важности точного позиционирования в робототехнике | Познавательные: мотивация к изучению темы Коммуникативные: участие в диалоге |
| 3. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы: “Что такое мотор?”, “Как можно измерить угол поворота?”, “Что такое обратная связь в системах управления?”, “Что такое момент силы?” | Отвечают на вопросы, вспоминают материал из курсов физики и технологии | Актуализация знаний о моторах и физических принципах | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: формулирование мыслей |
| 4. Изучение нового материала (15 мин) | Объясняет устройство и принцип работы сервомотора, используя презентацию и демонстрационные образцы: 1) Компоненты сервомотора (двигатель, редуктор, электроника, потенциометр) 2) Принцип работы (обратная связь по положению) 3) Типы сервоприводов (аналоговые и цифровые) 4) Основные характеристики (крутящий момент, скорость, точность, вес) Демонстрирует работающий сервомотор, обращая внимание на сигналы управления. | Слушают объяснения, делают записи в тетрадях, зарисовывают устройство сервомотора, задают вопросы | Формирование знаний об устройстве и принципе работы сервомотора | Познавательные: усвоение новой информации, установление причинно-следственных связей |
| 5. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую динамическую паузу: “Представьте, что ваши руки - это сервомоторы. Повернитесь на 90 градусов вправо, затем на 180 градусов влево…” | Выполняют физические упражнения, имитируя движения с точными углами поворота | - | Регулятивные: переключение внимания |
| 6. Изучение применения сервомоторов (8 мин) | Рассказывает о применении сервомоторов в различных моделях роботов: 1) В манипуляторах 2) В шагающих роботах 3) В системах рулевого управления 4) В роботах-андроидах Объясняет, какие требования предъявляются к сервомоторам в зависимости от их применения. | Слушают, делают записи, задают уточняющие вопросы, приводят примеры использования сервомоторов из своего опыта | Понимание применения сервомоторов в различных робототехнических системах | Познавательные: анализ и систематизация информации |
| 7. Практическая работа (15 мин) | Организует работу в парах. Задание: “Исследовать зависимость угла поворота сервомотора от сигнала управления”. Раздает оборудование (сервомоторы, контроллеры с загруженной тестовой программой, транспортиры, рабочие листы). Объясняет порядок работы: 1) Подключить сервомотор к контроллеру 2) Измерить угол поворота при различных значениях сигнала управления (5-7 точек) 3) Построить диаграмму зависимости Консультирует учащихся в процессе работы. | Работают в парах: подключают сервомотор к контроллеру, задают различные значения управляющего сигнала, измеряют соответствующие углы поворота, заносят данные в таблицу, строят диаграмму зависимости | Умение проводить измерения и устанавливать зависимость угла поворота сервомотора от сигнала управления | Регулятивные: планирование работы Познавательные: проведение измерений, анализ результатов Коммуникативные: работа в паре |
| 8. Обсуждение результатов (8 мин) | Организует представление результатов практической работы. Задает вопросы: “Какая зависимость наблюдается между сигналом и углом поворота?”, “У всех ли сервомоторов одинаковый диапазон поворота?”, “Как влияет нагрузка на точность позиционирования?” | Представляют свои диаграммы, сравнивают результаты разных пар, отвечают на вопросы, делают выводы о выявленных закономерностях | Понимание зависимости угла поворота от сигнала управления, осознание особенностей работы разных типов сервомоторов | Коммуникативные: представление результатов Познавательные: обобщение данных, формулирование выводов |
| 9. Рефлексия и подведение итогов (5 мин) | Подводит итоги урока, систематизирует основные выводы. Задает вопросы: “Что нового вы узнали на уроке?”, “Каковы главные особенности сервомоторов по сравнению с обычными моторами?”, “В каких проектах вы могли бы использовать сервомоторы?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свою работу на уроке | Систематизация знаний о сервомоторах | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
Базовый уровень:
- Составить таблицу сравнения аналоговых и цифровых сервоприводов по основным характеристикам
- Подготовить схему устройства сервомотора с указанием основных компонентов и их функций
Повышенный уровень:
- Исследовать и подготовить сообщение о применении сервомоторов в одной из областей (на выбор: робототехника, авиамоделирование, 3D-печать)
- Разработать идею робота с использованием нескольких сервомоторов, указать требования к их характеристикам в зависимости от выполняемых функций
Критерии оценивания практической работы (диаграммы зависимости):
- Правильность выполнения измерений (1-5 баллов)
- Аккуратность построения диаграммы (1-5 баллов)
- Корректность выявленной зависимости (1-5 баллов)
- Полнота и обоснованность выводов (1-5 баллов)
- Умение отвечать на вопросы по результатам исследования (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:
- Устройство и принцип работы сервомотора
- Различия между аналоговыми и цифровыми сервоприводами
- Основные характеристики сервомоторов (крутящий момент, скорость, точность)
- Области применения сервомоторов в робототехнике
Уметь:
- Определять тип сервомотора по его характеристикам
- Измерять угол поворота сервомотора при различных сигналах управления
- Строить и анализировать диаграммы зависимостей
- Выбирать сервомотор для конкретного применения в робототехнических проектах
Владеть:
- Терминологией в области сервоприводов
- Навыками исследования характеристик технических устройств
- Пониманием принципа обратной связи в системах управления
Дополнительные материалы к уроку:
- Сравнительная таблица характеристик различных типов сервомоторов
- Схема внутреннего устройства сервомотора
- Примеры управляющих сигналов для различных положений сервомотора
- Инструкция по подключению сервомотора к контроллеру
- Примеры проектов с использованием сервомоторов
- Глоссарий терминов по теме “Сервоприводы”