28. «Взаимодействие роботов» - тестирование роботов, подготовка к защите проекта

Модуль: Проектная деятельность в робототехнике

Тема урока: 28. Выполнение учебного проекта «Взаимодействие роботов»: тестирование роботов, подготовка к защите проекта

Цель урока: Сформировать навыки систематического тестирования робототехнических систем, выявления и устранения недостатков, а также подготовки к защите проекта.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать основные методы тестирования робототехнических систем
• Уметь проводить измерения физических параметров системы и анализировать полученные данные
• Владеть навыками выявления и устранения ошибок в алгоритмах и программах
• Понимать принципы оптимизации работы робототехнических систем

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать процесс тестирования, оценивать результаты, вносить необходимые коррективы
• Познавательные УУД: анализ данных тестирования, установление причинно-следственных связей между параметрами и производительностью
• Коммуникативные УУД: представление результатов тестирования, совместное решение проблем

Личностные:

• Развитие ответственности за качество выполняемой работы
• Формирование критического мышления при оценке результатов проекта
• Воспитание настойчивости при выявлении и устранении недостатков
• Развитие навыков презентации технических решений

Задачи урока:

1. Научить разрабатывать методику испытаний робототехнических систем
2. Сформировать навыки проведения измерений физических параметров работы роботов
3. Развить умение выявлять и устранять ошибки в алгоритмах и программах
4. Обучить методам оптимизации работы робототехнических систем
5. Подготовить учащихся к представлению и защите своих проектов

Тип урока: Практикум по тестированию и подготовке к защите проекта

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Собранные и запрограммированные роботы с предыдущих уроков
• Компьютеры с установленной средой программирования
• Измерительные приборы (секундомеры, линейки, весы и др.)
• Полигон для тестирования роботов с различными условиями
• Шаблоны для документирования результатов тестирования
• Оборудование для фиксации процесса работы (фото/видео)
• Материалы для создания препятствий и тестовых сценариев
• Инструменты для настройки и корректировки конструкции

Образовательные технологии: Проектное обучение, практико-ориентированное обучение, работа в малых группах, технология критического мышления

Межпредметные связи:

• Физика: проведение измерений и испытаний физических параметров системы (скорость, точность, энергопотребление)
• Информатика: выявление и устранение ошибок в алгоритмах и программах, оптимизация кода
• Математика: статистическая обработка результатов испытаний, расчет погрешностей
• Русский язык: подготовка документации и презентационных материалов

МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
"ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РОБОТОВ"

Группа: _______   Участники: _____________________________
Название проекта: _______________________________________

1. ЦЕЛИ ИСПЫТАНИЙ:
   - Проверка соответствия системы требованиям ТЗ
   - Выявление возможных недостатков в работе
   - Оценка производительности и эффективности взаимодействия
   - Определение возможностей для оптимизации

2. ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ:
   2.1. РОБОТ 1 (название): _____________________________
        Основные функции: _______________________________
        
   2.2. РОБОТ 2 (название): _____________________________
        Основные функции: _______________________________
        
   2.3. СИСТЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ:
        Тип коммуникации: ______________________________
        Механизмы взаимодействия: ______________________

3. ИЗМЕРЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ:

   3.1. Физические параметры:
   
   | Параметр | Единица измерения | Метод измерения | Инструмент | Количество измерений |
   |----------|-------------------|----------------|------------|---------------------|
   | Скорость движения | | | | |
   | Точность позиционирования | | | | |
   | Время выполнения задачи | | | | |
   | Энергопотребление | | | | |
   | Дальность связи | | | | |
   | Другие параметры | | | | |
   
   3.2. Функциональные параметры:
   
   | Функция | Метод проверки | Критерии успешного выполнения |
   |---------|---------------|------------------------------|
   | | | |
   | | | |
   | | | |

4. СЦЕНАРИИ ТЕСТИРОВАНИЯ:

   4.1. Тестирование базовых функций робота 1:
        - _________________________________________
        - _________________________________________
        
   4.2. Тестирование базовых функций робота 2:
        - _________________________________________
        - _________________________________________
        
   4.3. Тестирование взаимодействия роботов:
        - _________________________________________
        - _________________________________________
        
   4.4. Тестирование в нештатных ситуациях:
        - _________________________________________
        - _________________________________________

5. ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ:

   | Этап испытаний | Исполнители | Необходимое оборудование | Время |
   |---------------|------------|------------------------|-------|
   | | | | |
   | | | | |
   | | | | |

6. ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ:
   - Таблицы измерений
   - Графики и диаграммы
   - Фото/видео документирование
   - Протокол испытаний

Дата проведения испытаний: __________________

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
"ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РОБОТОВ"

Группа: _______   Участники: _____________________________
Название проекта: _______________________________________
Дата проведения испытаний: ____________________________

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ:
   [Краткое описание системы: состав, назначение, основные функции]

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ:

   2.1. Робот 1 (название): _________________
   
   | Параметр | Единица измерения | Планируемое значение | Измерение 1 | Измерение 2 | Измерение 3 | Среднее | Отклонение |
   |----------|-------------------|---------------------|-------------|-------------|-------------|---------|------------|
   | | | | | | | | |
   | | | | | | | | |
   
   2.2. Робот 2 (название): _________________
   
   | Параметр | Единица измерения | Планируемое значение | Измерение 1 | Измерение 2 | Измерение 3 | Среднее | Отклонение |
   |----------|-------------------|---------------------|-------------|-------------|-------------|---------|------------|
   | | | | | | | | |
   | | | | | | | | |
   
   2.3. Взаимодействие роботов:
   
   | Параметр | Единица измерения | Планируемое значение | Измерение 1 | Измерение 2 | Измерение 3 | Среднее | Отклонение |
   |----------|-------------------|---------------------|-------------|-------------|-------------|---------|------------|
   | | | | | | | | |
   | | | | | | | | |

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕРКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ:

   3.1. Базовые функции роботов:
   
   | Функция | Критерий успешности | Результат | Комментарии |
   |---------|---------------------|-----------|-------------|
   | | | | |
   | | | | |
   
   3.2. Функции взаимодействия:
   
   | Функция | Критерий успешности | Результат | Комментарии |
   |---------|---------------------|-----------|-------------|
   | | | | |
   | | | | |
   
   3.3. Работа в нештатных ситуациях:
   
   | Ситуация | Ожидаемая реакция | Фактическая реакция | Комментарии |
   |----------|-------------------|---------------------|-------------|
   | | | | |
   | | | | |

4. ВЫЯВЛЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ВНЕСЕННЫЕ УЛУЧШЕНИЯ:

   4.1. Конструктивные недостатки:
   
   | Проблема | Причина | Внесенные изменения | Результат |
   |----------|---------|---------------------|-----------|
   | | | | |
   | | | | |
   
   4.2. Проблемы программного обеспечения:
   
   | Проблема | Причина | Внесенные изменения | Результат |
   |----------|---------|---------------------|-----------|
   | | | | |
   | | | | |
   
   4.3. Проблемы взаимодействия:
   
   | Проблема | Причина | Внесенные изменения | Результат |
   |----------|---------|---------------------|-----------|
   | | | | |
   | | | | |

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
   5.1. Соответствие требованиям ТЗ: _____________________
   5.2. Основные достоинства системы: ____________________
   5.3. Оставшиеся ограничения: _________________________
   5.4. Рекомендации по дальнейшей оптимизации: __________

6. ПРИЛОЖЕНИЯ:
   [Список прилагаемых материалов: графики, фотографии, видеозаписи]

Испытания провели:
___________________ / __________________ /
___________________ / __________________ /
___________________ / __________________ /

1. Измерение скорости движения робота:

   • Отметьте начальную и конечную точки на прямой дистанции (не менее 1 метра)
   • Засеките время прохождения роботом этой дистанции с помощью секундомера
   • Повторите измерение не менее 3 раз для повышения точности
   • Рассчитайте среднюю скорость по формуле v = s/t
   • Для роботов с разной скоростью в разных режимах проведите измерения для каждого режима

2. Измерение точности позиционирования:

   • Задайте роботу координаты целевой точки
   • После достижения роботом целевой точки измерьте отклонение от заданных координат
   • Повторите тест с разных стартовых позиций
   • Вычислите среднюю погрешность позиционирования

3. Измерение времени выполнения задачи:

   • Четко определите начальное и конечное состояния для задачи
   • Засеките время от начала до завершения задачи
   • Повторите измерение несколько раз и вычислите среднее значение
   • Для задач взаимодействия роботов измеряйте время от начала работы первого робота до завершения задачи последним

4. Измерение энергопотребления:

   • Используйте мультиметр с функцией измерения тока для определения потребляемого тока
   • Измерьте потребление энергии в различных режимах работы
   • Оцените время работы от аккумулятора по формуле t = C/I (где C - емкость аккумулятора, I - средний ток)

5. Измерение дальности связи:

   • Постепенно увеличивайте расстояние между взаимодействующими роботами
   • Фиксируйте максимальное расстояние, на котором связь работает стабильно
   • Проверьте влияние препятствий на дальность связи

6. Измерение точности взаимодействия:

   • При физическом взаимодействии (передача объектов) измерьте точность позиционирования
   • При информационном взаимодействии оцените точность выполнения команд
   • Зафиксируйте случаи ошибок или сбоев

7. Измерение надежности:

   • Проведите многократное повторение одной и той же операции (не менее 10 раз)
   • Подсчитайте количество успешных и неуспешных попыток
   • Рассчитайте надежность как отношение числа успешных попыток к общему числу попыток

1. Выявление ошибок:

   • Визуализация состояния: добавьте вывод текущего состояния робота (через дисплей или последовательный порт)
   • Логирование: регистрируйте ключевые события и параметры в лог-файл
   • Пошаговое выполнение: проверьте алгоритм по частям, последовательно активируя его компоненты
   • Изоляция проблемы: отключите часть функций для локализации источника ошибки
   • Упрощение сценария: временно упростите условия выполнения задачи для выявления базовых ошибок

2. Типичные ошибки в программах взаимодействия роботов:

   • Неправильная интерпретация данных от другого робота
   • Рассинхронизация действий роботов
   • Конфликты при одновременном доступе к ресурсам
   • Неучтенные физические ограничения системы
   • Отсутствие обработки исключительных ситуаций
   • Неправильная последовательность действий

3. Методы устранения ошибок:

   • Модульное тестирование: проверка каждого модуля программы по отдельности
   • Упрощение кода: переписывание сложных участков в более понятной форме
   • Добавление проверок: внедрение дополнительных проверок корректности данных
   • Синхронизация: добавление механизмов синхронизации действий роботов
   • Оптимизация алгоритмов: применение более эффективных алгоритмов решения задач
   • Резервирование: дублирование критически важных функций

4. Оптимизация программ:

   • Сокращение объема вычислений
   • Уменьшение задержек в обработке данных
   • Оптимизация использования памяти
   • Устранение избыточных операций
   • Улучшение алгоритмов принятия решений

1. Структура презентации проекта:

   • Название проекта, авторы, цель
   • Описание проблемы, которую решает проект
   • Технические характеристики и функциональные возможности
   • Особенности конструкции и программного обеспечения
   • Демонстрация работы системы
   • Результаты тестирования и испытаний
   • Трудности и способы их преодоления
   • Возможности для дальнейшего развития проекта

2. Рекомендации по выступлению:

   • Заранее распределите, кто из членов команды что рассказывает
   • Подготовьте краткие тезисы для каждого выступающего
   • Отрепетируйте выступление, уложившись в отведенное время
   • Подготовьте ответы на возможные вопросы
   • Продумайте демонстрацию работы роботов

3. Визуальные материалы:

   • Презентация с ключевыми моментами проекта
   • Схемы и чертежи конструкции
   • Блок-схемы алгоритмов
   • Фотографии процесса разработки
   • Графики результатов испытаний

4. Демонстрация работы:

   • Подготовьте сценарий демонстрации
   • Проверьте работоспособность роботов непосредственно перед выступлением
   • Имейте запасной план на случай технических проблем
   • Объясняйте, что происходит во время демонстрации

5. Ответы на вопросы:

   • Будьте готовы к вопросам о технических характеристиках
   • Подготовьтесь объяснить принцип работы ключевых алгоритмов
   • Мыслите критически о своем проекте - знайте его ограничения
   • Приготовьтесь рассказать о перспективах развития проекта

1. Почему вы выбрали именно такую конструкцию роботов?
2. Какие алгоритмы взаимодействия используются в вашем проекте?
3. Как организована коммуникация между роботами?
4. С какими трудностями вы столкнулись при разработке и как их преодолели?
5. Что можно было бы улучшить в вашем проекте при наличии дополнительных ресурсов?
6. Каковы основные ограничения вашей системы?
7. Как распределялись роли в вашей команде при работе над проектом?
8. Какие знания из других предметов вы применили в этом проекте?
9. Насколько энергоэффективна ваша система?
10. Как обеспечивается надежность взаимодействия роботов?

Фамилия, имя: _________________________
Группа: _______

1. Что мы узнали о нашем проекте в результате тестирования?
_________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________

2. Какие изменения мы внесли для улучшения работы системы?
_________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________

3. Что еще можно было бы улучшить при наличии времени и ресурсов?
_________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________

4. Что самое важное нужно рассказать о нашем проекте при его защите?
_________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________

5. Какие знания из физики и информатики мы применили в этом проекте?
_________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________

6. Мой личный вклад в тестирование и оптимизацию проекта:
_________________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________

Оцените уровень готовности вашего проекта к защите (от 1 до 10): _______

Что еще необходимо сделать для успешной защиты?
_________________________________________________
_________________________________________________