26. «Взаимодействие роботов» - разработка конструкции, сборка

Модуль: Проектная деятельность в робототехнике

Тема урока: 26. Выполнение учебного проекта «Взаимодействие роботов»: разработка конструкции, сборка

Цель урока: Сформировать практические навыки проектирования и сборки взаимодействующих роботов на основе технического задания с учетом принципов оптимизации конструкции и эффективного взаимодействия.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать основные принципы конструирования взаимодействующих робототехнических систем
• Уметь выбирать оптимальные конструктивные решения с учетом задач проекта
• Владеть навыками интеграции датчиков и исполнительных механизмов в робототехническую систему
• Понимать принципы проектирования механизмов для взаимодействия роботов

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий при сборке, контролировать процесс и результаты своей деятельности
• Познавательные УУД: анализ технических решений, выбор оптимальных вариантов, применение знаний из различных предметных областей
• Коммуникативные УУД: эффективное взаимодействие в проектной группе, разрешение конфликтов при выборе технических решений

Личностные:

• Развитие инженерного мышления и творческого подхода к решению технических задач
• Формирование ответственности за качество выполняемой работы
• Воспитание настойчивости при преодолении технических сложностей
• Развитие умения доводить начатое дело до конца

Задачи урока:

1. Организовать работу групп по проектированию конструкций взаимодействующих роботов на основе разработанного ТЗ
2. Развить навыки выбора оптимальных конструктивных решений с учетом задач проекта
3. Сформировать умения интегрировать датчики и исполнительные механизмы в робототехническую систему
4. Обеспечить сборку прототипов роботов в соответствии с проектными решениями
5. Научить оценивать качество и эффективность собранных конструкций

Тип урока: Практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Робототехнические наборы с контроллерами, датчиками, моторами и конструктивными элементами
• Компьютеры с установленными средами проектирования и программирования
• Технические задания, разработанные группами на предыдущем уроке
• Инструменты для сборки (отвертки, плоскогубцы и др.)
• Измерительные приборы (линейки, штангенциркули, весы)
• Материалы для прототипирования (картон, пластик, дерево, скотч и др.)
• Интерактивная доска или проектор для демонстрации схем
• Шаблоны для документирования конструкторских решений
• Эскизная бумага, карандаши

Образовательные технологии: Проектное обучение, работа в малых группах, практико-ориентированное обучение, проблемное обучение, инженерное проектирование

Межпредметные связи:

• Физика: оптимизация конструкции с точки зрения механики и энергоэффективности, законы механики, трение, моменты сил
• Инженерное проектирование: применение принципов прототипирования и итерационного улучшения, оптимизация конструкций
• Информатика: интеграция электроники и программирования
• Математика: расчеты параметров конструкций, оптимизация геометрических форм

1. Механические принципы:

   • Жесткость и прочность: достаточная прочность при минимальном весе
   • Симметрия: обеспечивает равномерное распределение массы и нагрузок
   • Простота: меньше деталей - меньше проблем
   • Модульность: возможность быстрой замены или модификации узлов
   • Доступность: обеспечение доступа для обслуживания всех компонентов

2. Энергоэффективность (связь с физикой):

   • Минимизация трения: использование подшипников, смазки
   • Балансировка: оптимальное расположение центра тяжести
   • Передаточные механизмы: выбор оптимальных передаточных отношений
   • Распределение массы: размещение тяжелых компонентов ближе к оси вращения
   • Аэро/гидродинамика: снижение сопротивления среды (для быстродвижущихся роботов)

3. Оптимизация сенсорных систем:

   • Поле обзора: датчики должны иметь максимальный обзор рабочей зоны
   • Защита от помех: экранирование от электромагнитных помех
   • Резервирование: дублирование критически важных сенсоров
   • Комплексирование: использование разных типов сенсоров для одной задачи

4. Принципы взаимодействия:

   • Совместимость интерфейсов: унификация механизмов взаимодействия
   • Толерантность к ошибкам: допуски в механических соединениях для компенсации неточностей
   • Обратная связь: механизмы определения успешности взаимодействия
   • Надежность коммуникаций: устойчивые каналы передачи данных между роботами

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ РОБОТА

Название проекта: ________________________________
Название робота: _________________________________
Разработчики: ___________________________________

1. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
   1.1. Основное назначение робота: _________________
   1.2. Роль в системе взаимодействующих роботов: ____
   1.3. Выполняемые функции:
        - _________________________________________
        - _________________________________________

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
   2.1. Габаритные размеры (Д×Ш×В): ________________
   2.2. Масса: _____________________________________
   2.3. Тип шасси/основания: _______________________
   2.4. Количество степеней свободы: _______________
   2.5. Источник питания: __________________________
   2.6. Расчетное время автономной работы: _________

3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
   3.1. Основание/шасси:
        Описание: _________________________________
        Материалы: ________________________________
        Особенности: ______________________________

   3.2. Механизмы перемещения:
        Тип: ______________________________________
        Характеристики: ___________________________
        Особенности: ______________________________

   3.3. Исполнительные механизмы:
        Тип: ______________________________________
        Характеристики: ___________________________
        Назначение: _______________________________

   3.4. Механизмы взаимодействия с другими роботами:
        Описание: _________________________________
        Принцип работы: ___________________________
        Особенности: ______________________________

4. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
   4.1. Контроллер:
        Тип: ______________________________________
        Расположение: _____________________________

   4.2. Датчики:
   |   Тип датчика   | Количество | Расположение |      Назначение      |
   |----------------|-----------|-------------|-------------------|
   |                |           |             |                   |
   |                |           |             |                   |

   4.3. Исполнительные устройства:
   |      Тип       | Количество | Расположение |      Назначение      |
   |----------------|-----------|-------------|-------------------|
   |                |           |             |                   |
   |                |           |             |                   |

   4.4. Коммуникационные модули:
        Тип: ______________________________________
        Характеристики: ___________________________
        Протокол связи: ___________________________

5. СХЕМА КОНСТРУКЦИИ
   [Место для эскиза/схемы с указанием основных узлов и компонентов]

6. ПРИМЕЧАНИЯ И ДОПОЛНЕНИЯ
   6.1. Выявленные проблемы: _____________________
   6.2. Планируемые улучшения: ___________________
   6.3. Дополнительная информация: _______________

Дата создания документа: ___________________

• Соответствие конструкции функциональным требованиям ТЗ (0-2)
• Эффективность выполнения основной функции (0-2)
• Многофункциональность (возможность выполнять несколько задач) (0-1)

• Прочность и надежность конструкции (0-1)
• Оптимальное соотношение массы и прочности (0-1)
• Эргономика и эстетика конструкции (0-1)
• Простота и технологичность сборки (0-1)
• Удобство обслуживания и модификации (0-1)

• Эффективность механизмов физического взаимодействия (0-2)
• Качество решений для информационного взаимодействия (0-2)
• Оригинальность и инновационность решений (0-1)

• Оптимальное размещение датчиков (0-2)
• Качество интеграции исполнительных механизмов (0-2)
• Аккуратность и безопасность электрических соединений (0-1)

• Оптимизация энергопотребления (0-1)
• Рациональное использование механической энергии (0-1)
• Наличие решений для экономии энергии (0-1)

Максимальная оценка: 23 балла Шкала перевода в оценку:

• 20-23 балла - “5”
• 16-19 баллов - “4”
• 12-15 баллов - “3”
• менее 12 баллов - “2”

Фамилия, имя: _________________________
Группа: _______

Оценка конструкции:

1. Что получилось лучше всего в конструкции нашего робота?
_________________________________________________
_________________________________________________

2. Какие технические проблемы мы обнаружили?
_________________________________________________
_________________________________________________

3. Какие изменения необходимо внести в конструкцию?
_________________________________________________
_________________________________________________

4. Какие физические принципы мы применили при проектировании?
_________________________________________________
_________________________________________________

5. Насколько эффективными будут механизмы взаимодействия роботов?
_________________________________________________
_________________________________________________

6. Мой личный вклад в разработку и сборку:
_________________________________________________
_________________________________________________

Степень моей удовлетворенности результатом (от 1 до 10): _______