Практическая работа «Разработка конструкции робота»

Модуль: Конструирование робототехнических систем

Тема урока: Практическая работа «Разработка конструкции робота»

Цель урока: Сформировать у обучающихся навыки проектирования и сборки конструкции робота с учетом технических требований, функционального назначения и физических принципов.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать принципы проектирования робототехнических конструкций
• Уметь анализировать техническое задание и определять требования к конструкции
• Владеть способами оптимизации конструкций по весу, прочности и функциональности
• Применять знания о механических передачах и соединениях для создания надежной конструкции

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать работу, контролировать процесс и результат, вносить необходимые коррективы
• Познавательные УУД: анализ конструкций, моделирование, выбор оптимальных технических решений
• Коммуникативные УУД: умение работать в команде, распределять обязанности, обсуждать технические решения

Личностные:

• Развитие инженерного мышления и конструкторских способностей
• Формирование ответственного отношения к выполнению технического задания
• Воспитание настойчивости в достижении поставленной цели

Задачи урока:

1. Повторить основные принципы конструирования роботов
2. Научить проводить анализ технического задания и формулировать требования к конструкции
3. Развить навыки оптимизации конструкций с учетом физических принципов
4. Сформировать умение создавать документацию к разработанной конструкции
5. Организовать практическую работу по сборке механической конструкции робота

Тип урока: Практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Робототехнические наборы (LEGO Mindstorms EV3/SPIKE Prime, Arduino с конструктором или аналоги) по количеству групп
• Компьютеры с программным обеспечением для проектирования и расчетов
• Интерактивная доска/проектор для демонстрации образцов конструкций
• Рабочие листы с техническим заданием и требованиями к конструкции
• Измерительные инструменты (линейки, угломеры)
• Весы для измерения массы отдельных компонентов и готовой конструкции
• Тестовые стенды для проверки прочности и устойчивости конструкции

Образовательные технологии: Проектная деятельность, инженерное проектирование, работа в малых группах, исследовательская деятельность

Межпредметные связи:

• Физика: прочностные расчеты конструкции, баланс и устойчивость, распределение нагрузок
• Математика: геометрические расчеты, пропорции конструкции, расчет оптимальных параметров
• Черчение: создание эскизов и чертежей конструкции
• Технология: обработка материалов, соединения деталей

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Тип робота: Мобильная платформа для перемещения по пересеченной местности

Требования:
1. Функциональные:
   - Способность преодолевать препятствия высотой до 3 см
   - Устойчивость при движении по наклонной поверхности (до 30°)
   - Возможность поворота на месте
   - Место для установки датчиков (минимум 3)

2. Конструктивные:
   - Максимальный вес конструкции: 500 г
   - Размеры: не более 25×25×20 см
   - Использование не более 2 электромоторов
   - Обеспечение жесткости конструкции при минимальном весе

3. Условия испытаний:
   - Тест на подъем по наклонной плоскости (10°, 20°, 30°)
   - Тест на преодоление препятствий (планка 2 см, 3 см)
   - Измерение веса конструкции
   - Оценка прочности (нагрузка 100 г, 200 г, 300 г на платформу)

Проектирование (0-5 баллов):

• Качество и детализация эскиза (0-1)
• Правильность расчетов (0-1)
• Учет физических принципов (баланс, устойчивость) (0-1)
• Оригинальность и эффективность решений (0-1)
• Соответствие проекта техническому заданию (0-1)

Конструкция (0-8 баллов):

• Прочность и надежность соединений (0-2)
• Оптимальное соотношение вес/прочность (0-2)
• Устойчивость и баланс (0-2)
• Функциональность механизмов (0-2)

Испытания (0-4 балла):

• Прохождение теста на устойчивость (0-1)
• Прохождение теста на прочность (0-1)
• Прохождение функционального теста (0-1)
• Соответствие параметров техническому заданию (0-1)

Документация и презентация (0-3 балла):

• Полнота технической документации (0-1)
• Качество презентации результатов (0-1)
• Обоснованность принятых решений (0-1)

Максимальный балл: 20 Шкала перевода баллов в оценку: 18-20 баллов - “5” 14-17 баллов - “4” 10-13 баллов - “3” менее 10 баллов - “2”

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ПРОЕКТА

Группа: _______________________________
Тип робота: __________________________

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
   - Вес конструкции: _____ г
   - Габариты (Д×Ш×В): _____ см
   - Количество моторов: _____ шт
   - Передаточное отношение: _____
   - Расчетная грузоподъемность: _____ г

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ:
   - Тип шасси: _____________________
   - Особенности основания: _________
   - Способ повышения устойчивости: _____
   - Решения для снижения веса: _____

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
   Тест на устойчивость:
   - Угол наклона 10°: □ пройден □ не пройден
   - Угол наклона 20°: □ пройден □ не пройден
   - Угол наклона 30°: □ пройден □ не пройден
   
   Тест на прочность:
   - Нагрузка 100 г: □ пройден □ не пройден
   - Нагрузка 200 г: □ пройден □ не пройден
   - Нагрузка 300 г: □ пройден □ не пройден

4. ОПТИМИЗАЦИЯ:
   - Проблемы, выявленные при тестировании: ______
   - Внесенные изменения: ______
   - Результат оптимизации: ______

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ДАЛЬНЕЙШЕМУ УЛУЧШЕНИЮ:
   ______________________________________
   ______________________________________

Имя: _______________________________

P (Позитивное) - что было удачным в работе:
____________________________________
____________________________________

N (Негативное) - с какими трудностями столкнулись:
____________________________________
____________________________________

I (Интересное) - что заинтересовало, удивило:
____________________________________
____________________________________

Мои выводы о конструировании роботов:
____________________________________
____________________________________