Практическая работа «Управление несколькими сервомоторами»
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
Модуль: Исполнительные устройства роботов
Тема урока: Практическая работа «Управление несколькими сервомоторами»
Цель урока: Создать условия для формирования практических навыков установки нескольких сервомоторов на робота и программирования их согласованной работы для выполнения сложных движений.
Предметные:
- Умение установки и подключения нескольких сервомоторов к контроллеру робота
- Навык программирования согласованной работы нескольких сервоприводов
- Понимание принципов синхронизации движений в робототехнических системах
- Умение распределять нагрузку между сервомоторами для эффективной работы
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий при создании сложных механизмов, тестировать и корректировать программы
- Познавательные УУД: умение применять знания из физики и математики при решении задач координации движений
- Коммуникативные УУД: умение работать в команде при создании сложных конструкций, распределять роли
Личностные:
- Развитие инженерного и пространственного мышления
- Формирование настойчивости в достижении результата
- Воспитание ответственности за качество выполненной работы
- Развитие творческого подхода к решению технических задач
Образовательные:
- Закрепить знания о принципах работы сервомоторов
- Научить методам синхронизации работы нескольких сервоприводов
- Сформировать понимание координации движений в многоосевых системах
Развивающие:
- Развивать навыки алгоритмического мышления при программировании последовательности движений
- Формировать умение оптимизировать конструкцию для улучшения ее функциональности
- Развивать способность к анализу и решению технических проблем
Воспитательные:
- Воспитывать культуру технической безопасности
- Формировать навыки командной работы и взаимопомощи
- Развивать терпение и аккуратность при работе со сложными механизмами
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы с контроллерами
- Сервомоторы (минимум 3-4 на группу)
- Дополнительные конструктивные элементы для сборки манипулятора или шагающего механизма
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Презентация с примерами многоосевых систем с сервоприводами
- Схемы подключения нескольких сервомоторов к контроллеру
- Примеры базовых программ для координации движений
- Инструменты для сборки механизмов
Образовательные технологии:
- Проектное обучение
- Практико-ориентированное обучение
- Работа в малых группах
- Демонстрационное обучение
Межпредметные связи:
- Физика: Синхронизация движений, распределение нагрузки, крутящий момент, инерция механических систем
- Математика: Координация движений нескольких серводвигателей, временные задержки, последовательности движений
- Информатика: Многозадачное программирование, массивы данных для хранения последовательностей движений
- Технология: Соединение механических узлов, распределение нагрузки в конструкции
Основные понятия: Сервомотор, многоосевая система, синхронизация движений, последовательность команд, крутящий момент, распределение нагрузки, шаговая последовательность, временные задержки, угловая скорость, координатное пространство, манипулятор, шагающий механизм, кинематическая цепь
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (3 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Проводит инструктаж по технике безопасности при работе с электронными компонентами и механическими частями. | Готовят рабочие места, проверяют наличие необходимых компонентов | Знание правил безопасной работы с сервомоторами | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Постановка задачи (5 мин) | Формулирует цель практической работы: “Сегодня вы создадите робота с несколькими сервомоторами, которые должны работать согласованно для выполнения определенной задачи”. Предлагает на выбор два проекта: манипулятор (с 3 сервомоторами) или простой шагающий механизм (с 4 сервомоторами). Демонстрирует видео с примерами работы таких механизмов. | Слушают задание, выбирают проект для реализации, задают уточняющие вопросы | Понимание целей практической работы | Познавательные: целеполагание Коммуникативные: формулирование вопросов |
| 3. Актуализация знаний (7 мин) | Проводит блиц-опрос о принципах работы сервомоторов, их характеристиках и особенностях программирования. Задает вопросы: “Как подключается сервомотор к контроллеру?”, “Какие параметры нужно задать для точного позиционирования сервомотора?”, “Какие проблемы могут возникнуть при одновременной работе нескольких сервомоторов?” | Отвечают на вопросы, вспоминают материал предыдущего урока о сервомоторах, обсуждают возможные трудности при координации нескольких приводов | Актуализация знаний о работе сервомоторов | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: участие в обсуждении |
| 4. Подготовка к практической работе (10 мин) | Объясняет принципы согласованной работы нескольких сервомоторов: 1) Подключение нескольких сервомоторов к разным портам контроллера 2) Распределение нагрузки и выбор мощности сервоприводов 3) Создание последовательности движений 4) Синхронизация по времени для плавных движений Демонстрирует примеры базового кода для управления несколькими сервомоторами. | Слушают объяснения, делают записи, изучают схемы подключения и примеры программ | Понимание принципов координации нескольких сервомоторов | Познавательные: усвоение новой информации |
| 5. Конструирование механизма (15 мин) | Организует работу в группах по 2-3 человека. Раздает инструкции по сборке выбранного механизма (манипулятора или шагающего робота). Консультирует группы, обращая внимание на правильное расположение сервоприводов и распределение нагрузки. | Работают в группах: собирают механическую конструкцию с несколькими сервомоторами, закрепляют их в нужных местах, обеспечивают надежность соединений | Умение конструировать механизмы с несколькими сервоприводами | Регулятивные: планирование действий Коммуникативные: взаимодействие в группе |
| 6. Подключение сервомоторов (10 мин) | Демонстрирует правильное подключение нескольких сервомоторов к контроллеру. Обращает внимание на возможные проблемы с питанием при одновременной работе нескольких сервомоторов. | Подключают сервомоторы к контроллеру, проверяют правильность подключения, обеспечивают необходимое питание | Умение подключать несколько сервомоторов к контроллеру | Регулятивные: следование инструкции Познавательные: практическое применение знаний |
| 7. Программирование согласованной работы (15 мин) | Объясняет принципы программирования согласованной работы: 1) Задание начальных положений всех сервомоторов 2) Создание функций для типовых движений 3) Задание временных задержек для синхронизации 4) Использование массивов для хранения последовательностей положений Консультирует группы по вопросам программирования. | Разрабатывают программу для управления системой сервомоторов: задают начальные положения, создают функции для типовых движений, программируют последовательность согласованных движений | Умение программировать согласованную работу нескольких сервомоторов | Познавательные: алгоритмическое мышление Регулятивные: планирование действий |
| 8. Тестирование и отладка (10 мин) | Организует тестирование созданных механизмов. Консультирует по вопросам отладки, помогает выявить причины некорректной работы. | Загружают программы в контроллеры, тестируют работу механизмов, выявляют проблемы, корректируют программы и механическую конструкцию | Умение тестировать и отлаживать работу системы с несколькими сервомоторами | Регулятивные: контроль и коррекция Познавательные: анализ результатов |
| 9. Демонстрация результатов (10 мин) | Организует демонстрацию работы созданных механизмов. Предлагает каждой группе продемонстрировать свой проект и рассказать об особенностях его работы. | Демонстрируют работу своих механизмов, объясняют принципы согласованной работы сервомоторов, отвечают на вопросы | Умение представлять результаты работы | Коммуникативные: презентация результатов Познавательные: рефлексия |
| 10. Рефлексия и подведение итогов (5 мин) | Подводит итоги практической работы, отмечает успешные решения и типичные проблемы. Задает вопросы: “Какие трудности возникли при синхронизации работы сервомоторов?”, “Как можно улучшить созданный механизм?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свои достижения | Осознание полученного практического опыта | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: обобщение опыта |
Базовый уровень:
- Завершить программирование робота (если не успели на уроке)
- Подготовить краткий отчет о проделанной работе с описанием механизма и алгоритма согласованной работы сервомоторов
Повышенный уровень:
- Разработать и описать усовершенствованный алгоритм движений для созданного механизма
- Спроектировать более сложный механизм с использованием большего количества сервомоторов (схема или 3D-модель)
Критерии оценивания практической работы:
- Качество сборки механизма с сервомоторами (надежность, точность) (1-5 баллов)
- Правильность подключения и настройки сервомоторов (1-5 баллов)
- Программирование согласованной работы сервомоторов (1-5 баллов)
- Функциональность созданного механизма (выполнение заданных движений) (1-5 баллов)
- Оригинальность решения и дополнительная функциональность (0-5 баллов)
Шкала оценивания:
- “5” - 20-25 баллов
- “4” - 15-19 баллов
- “3” - 10-14 баллов
- “2” - менее 10 баллов
По итогам урока учащиеся должны:
Знать:
- Принципы подключения нескольких сервомоторов к контроллеру
- Методы программирования согласованной работы сервоприводов
- Особенности распределения нагрузки в системах с несколькими сервомоторами
- Способы синхронизации движений в многоосевых системах
Уметь:
- Конструировать механизмы с несколькими сервомоторами
- Программировать последовательности согласованных движений
- Выявлять и устранять проблемы синхронизации в работе сервомоторов
- Оптимизировать работу механизма для выполнения конкретной задачи
Владеть:
- Навыками создания систем с несколькими исполнительными устройствами
- Приемами отладки согласованной работы сервоприводов
- Методами оптимизации механических конструкций
Дополнительные материалы к уроку:
- Схемы подключения нескольких сервомоторов к различным типам контроллеров
- Примеры программ для координации движений (базовый и продвинутый уровни)
- Инструкции по сборке манипулятора и шагающего механизма
- Справочник по типовым проблемам при работе с несколькими сервомоторами и их решениям
- Видеоматериалы с примерами работы сложных систем с сервоприводами