Skip to main content

10. Практическая работа «Программирование дополнительных механизмов»

🎬 Открыть презентацию

Технологическая карта урока

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

Модуль: Расширенные возможности робототехнических систем

Тема урока: Практическая работа «Программирование дополнительных механизмов»

Цель урока: Сформировать практические навыки подключения и программирования дополнительных устройств и механизмов к основной конструкции робота.

Планируемые результаты:

Предметные:

  • Знать принципы работы дополнительных механизмов (сервоприводов, манипуляторов, захватов)
  • Понимать особенности подключения дополнительных устройств к основной системе управления
  • Уметь программировать управление дополнительными механизмами
  • Владеть навыками интеграции основных алгоритмов движения с управлением дополнительными устройствами

Метапредметные:

  • Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий, осуществлять контроль и коррекцию работы механизмов
  • Познавательные УУД: развитие системного мышления, понимание взаимосвязи между различными компонентами системы
  • Коммуникативные УУД: умение работать в команде при проектировании и реализации робототехнического решения

Личностные:

  • Развитие инженерного мышления и технической смекалки
  • Формирование ответственного отношения к решению поставленных задач
  • Воспитание настойчивости при преодолении технических трудностей

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

  1. Актуализировать знания о принципах работы основных и дополнительных механизмов робототехнических систем
  2. Сформировать практические навыки подключения дополнительных устройств к основной конструкции робота
  3. Научить программировать согласованное взаимодействие основных и дополнительных механизмов
  4. Развить умения тестировать и отлаживать работу дополнительных механизмов
  5. Создать функционирующего робота с дополнительными устройствами для решения практических задач

Тип урока: Практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

  • Робототехнические наборы (LEGO Mindstorms EV3/SPIKE Prime или Arduino с конструктором)
  • Дополнительные комплекты сервоприводов, механизмов захвата, манипуляторов
  • Компьютеры с установленной средой программирования
  • Демонстрационные модели роботов с дополнительными механизмами
  • Рабочие листы с техническими заданиями
  • Инструкционные карты по подключению и программированию дополнительных устройств
  • Видеоматериалы с примерами работы различных робототехнических механизмов
  • Тестовые полигоны для проверки работы роботов

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

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

Межпредметные связи:

  • Физика: механика движения сервоприводов и дополнительных устройств, передаточные механизмы, трение
  • Информатика: модульное программирование, интерфейсы управления, параллельное выполнение задач
  • Математика: расчёт параметров движения, координация взаимодействия механизмов
  • Технология: конструктивные особенности механизмов, материаловедение
Этап урока Деятельность учителя Деятельность ученика Планируемые результаты предметные Планируемые результаты УУД
1. Организационный момент (2 мин) Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Организует деление на рабочие группы по 2-3 человека. Готовятся к уроку, занимают рабочие места. Распределяются по группам. Регулятивные: самоорганизация
2. Актуализация знаний (5 мин) Организует фронтальную беседу:
- С какими дополнительными механизмами роботов вы знакомы?
- Какие задачи они выполняют?
- Какие особенности программирования этих механизмов вы можете назвать?

Демонстрирует примеры роботов с дополнительными механизмами.
Отвечают на вопросы, вспоминают изученный материал.

Называют известные им дополнительные механизмы и их функции.

Рассматривают демонстрационные модели.
Воспроизведение знаний о типах дополнительных механизмов и их назначении. Познавательные: актуализация имеющихся знаний.

Коммуникативные: выражение своих мыслей.
3. Мотивация и постановка цели (3 мин) Демонстрирует видеоролик с примерами промышленных и соревновательных роботов, использующих различные манипуляторы и захваты.

Формулирует проблемный вопрос: “Как сделать робота более функциональным для решения сложных задач?"

Помогает сформулировать цель практической работы.
Просматривают видеоролик.

Участвуют в обсуждении проблемного вопроса.

Формулируют с помощью учителя цель практической работы.
Регулятивные: целеполагание.

Познавательные: понимание практической значимости задания.
4. Инструктаж перед практической работой (10 мин) Объясняет задание для практической работы:
1. Группам предстоит дооснастить базового робота одним из дополнительных механизмов:
- Захват для предметов
- Манипулятор с рабочим инструментом
- Конвейерная система
- Подъемный механизм

2. Разъясняет этапы работы:
- Выбор и сборка дополнительного механизма
- Интеграция механизма с основной конструкцией
- Подключение к системе управления
- Программирование согласованной работы
- Тестирование и отладка

3. Показывает примеры соединения механизмов и основы их программирования.

4. Объясняет критерии оценки результатов.
Слушают инструкции учителя.

Выбирают тип дополнительного механизма для своей группы.

Изучают предложенные примеры.

Задают уточняющие вопросы по выполнению работы.

Получают необходимые материалы и инструкционные карты.
Знание принципов интеграции дополнительных механизмов с основной конструкцией.

Понимание последовательности действий при проектировании и создании робота с дополнительными устройствами.
Познавательные: восприятие новой информации.

Регулятивные: принятие учебной задачи.
5. Практическая работа: проектирование и сборка механизма (20 мин) Организует работу групп на этапе проектирования и сборки дополнительного механизма:
- Консультирует по вопросам конструкции
- Помогает в выборе оптимального решения
- Обращает внимание на конструктивные особенности и возможные проблемы
- Контролирует соблюдение правил техники безопасности
Работают в группах над проектированием и сборкой дополнительного механизма:
- Изучают инструкции и схемы
- Анализируют функциональные требования
- Подбирают необходимые детали
- Собирают выбранный механизм
- Проверяют работоспособность механической части
- Интегрируют механизм с основной конструкцией робота
Умение проектировать и собирать дополнительные механизмы для робота.

Понимание принципов сочленения и взаимодействия различных частей конструкции.
Регулятивные: планирование, контроль действий.

Познавательные: конструирование, моделирование.

Коммуникативные: распределение обязанностей, согласование действий.
6. Физкультминутка (2 мин) Проводит короткую физкультминутку, имитирующую движения робототехнических механизмов. Выполняют физические упражнения. Регулятивные: саморегуляция.
7. Практическая работа: подключение и программирование (25 мин) Организует работу по подключению и программированию дополнительных механизмов:
- Объясняет особенности программирования сервоприводов
- Демонстрирует примеры программного кода для управления механизмами
- Показывает способы интеграции модулей программы
- Консультирует по возникающим проблемам
- Помогает в отладке программ
Работают над подключением и программированием дополнительных механизмов:
- Подключают сервоприводы и моторы к контроллеру
- Создают программу управления дополнительным механизмом
- Интегрируют управление механизмом в основную программу робота
- Тестируют работу механизма
- Вносят корректировки в программу
- Отлаживают согласованную работу всех систем
Умение программировать управление дополнительными механизмами.

Навыки интеграции различных модулей программы.

Понимание принципов модульного программирования.
Познавательные: применение алгоритмического мышления.

Регулятивные: самоконтроль, коррекция.

Личностные: настойчивость в достижении цели.
8. Тестирование и отладка (15 мин) Организует процесс тестирования и отладки роботов:
- Предлагает тестовые задания для проверки функциональности механизмов
- Обращает внимание на типичные проблемы и способы их решения
- Консультирует по вопросам оптимизации работы механизмов
- Помогает выявить и устранить неисправности
Тестируют работу своих роботов с дополнительными механизмами:
- Проводят серию испытаний
- Выявляют проблемы в работе механизмов
- Вносят корректировки в конструкцию и программу
- Оптимизируют работу механизма
- Готовят робота к финальной демонстрации
Навыки тестирования и отладки робототехнических систем.

Умение выявлять и устранять неисправности.
Регулятивные: контроль и коррекция.

Познавательные: анализ результатов испытаний.

Коммуникативные: совместное решение проблем.
9. Демонстрация результатов (10 мин) Организует демонстрацию результатов работы групп:
- Предлагает каждой группе продемонстрировать своего робота в действии
- Задает вопросы о конструкции и программе
- Предлагает другим учащимся оценить работу по заданным критериям
- Отмечает сильные стороны каждого проекта
Демонстрируют работу своих роботов с дополнительными механизмами:
- Показывают функциональность механизма
- Объясняют особенности конструкции
- Рассказывают о принципах программирования
- Отвечают на вопросы учителя и одноклассников
- Участвуют в оценке работ других групп
Умение представлять результаты своей работы.

Понимание принципов функционирования созданной системы.
Коммуникативные: публичное выступление, аргументация.

Познавательные: анализ, обобщение.

Личностные: уверенность в своих силах.
10. Анализ работы и обсуждение результатов (5 мин) Организует обсуждение результатов практической работы:
- Предлагает сравнить различные подходы к решению задачи
- Выделяет наиболее удачные технические решения
- Обсуждает возникшие трудности и пути их преодоления
- Помогает сформулировать общие выводы
Участвуют в обсуждении:
- Анализируют собственные результаты
- Сравнивают разные подходы к созданию дополнительных механизмов
- Делятся опытом преодоления трудностей
- Формулируют выводы о принципах интеграции механизмов
Понимание различных подходов к решению инженерных задач.

Умение анализировать эффективность технических решений.
Познавательные: сравнение, анализ, обобщение.

Коммуникативные: участие в дискуссии.
11. Подведение итогов и рефлексия (5 мин) Подводит итоги практической работы.

Организует рефлексию по методу “Три вопроса”:
- Что я сегодня узнал/научился делать?
- Какие затруднения у меня возникли?
- Как я могу применить полученные навыки в будущем?

Выставляет оценки за работу на уроке.
Участвуют в подведении итогов.

Отвечают на вопросы для рефлексии.

Оценивают свой вклад в работу группы.
Регулятивные: оценка результатов деятельности.

Познавательные: рефлексия способов деятельности.

Личностные: самоанализ.
12. Домашнее задание (3 мин) Объясняет домашнее задание:
1. Обязательная часть: подготовить описание возможных улучшений созданного механизма
2. Творческая часть: найти и описать примеры аналогичных механизмов в реальных робототехнических системах (промышленных, бытовых, исследовательских)
Записывают домашнее задание.

Задают уточняющие вопросы.
Регулятивные: планирование самостоятельной работы.

Дополнительные материалы:

Варианты технических заданий для практической работы:

Вариант 1: Робот с захватом для предметов

Задача: Создать робота с захватным механизмом, способным перемещать объекты заданного размера из точки А в точку Б. Требования:

  • Захват должен открываться и закрываться по команде
  • Конструкция должна удерживать объект во время движения
  • Программа должна обеспечивать последовательность: подъехать → захватить → переместить → отпустить

Вариант 2: Робот с манипулятором

Задача: Создать робота с манипулятором, имеющим не менее 2 степеней свободы для выполнения точных манипуляций с объектами. Требования:

  • Манипулятор должен иметь возможность движения по вертикали и горизонтали
  • Необходимо обеспечить точность позиционирования рабочего инструмента
  • Программа должна управлять последовательным перемещением звеньев манипулятора

Вариант 3: Робот с конвейерной системой

Задача: Создать робота с механизмом непрерывного перемещения объектов (конвейер). Требования:

  • Конвейер должен обеспечивать плавное перемещение объектов
  • Необходимо реализовать возможность регулировки скорости конвейера
  • Программа должна управлять запуском, остановкой и скоростью конвейера по условию

Вариант 4: Робот с подъемным механизмом

Задача: Создать робота с механизмом подъема грузов на заданную высоту. Требования:

  • Подъемный механизм должен иметь фиксированные положения
  • Конструкция должна быть устойчива при поднятии груза
  • Программа должна контролировать высоту подъема и обеспечивать плавное перемещение

Инструкционная карта по программированию сервопривода (пример):

 1ПРОГРАММИРОВАНИЕ СЕРВОПРИВОДА
 2
 31. Подключение:
 4   - Сервопривод подключается к порту [указать подходящий порт контроллера]
 5   - При подключении соблюдайте полярность (сигнальный провод - ...)
 6
 72. Инициализация в программе:
 8   - Объявите переменную для сервопривода: Servo myServo;
 9   - Настройте порт в функции setup(): myServo.attach(PORT);
10
113. Основные команды управления:
12   - Установка угла поворота: myServo.write(angle); // angle от 0 до 180
13   - Плавное изменение угла:
14     for(int i = startAngle; i <= endAngle; i++) {
15       myServo.write(i);
16       delay(15);
17     }
18
194. Интеграция с основной программой:
20   - Создайте отдельную функцию для управления сервоприводом
21   - Вызывайте эту функцию в соответствующих местах основной программы
22   - Пример:
23     void moveGripper(boolean open) {
24       if(open) myServo.write(180); // открыть захват
25       else myServo.write(30);      // закрыть захват
26     }
27
285. Типичные проблемы и их решения:
29   - Подергивание сервопривода: добавьте задержку между командами
30   - Ограниченный диапазон: настройте минимальный и максимальный углы поворота
31   - Потеря мощности: проверьте источник питания

Критерии оценивания результатов практической работы:

Конструкция дополнительного механизма (0-5 баллов):

  • Функциональность механизма (0-2)
  • Надежность и устойчивость конструкции (0-1)
  • Эффективность интеграции с основной конструкцией (0-1)
  • Оригинальность технического решения (0-1)

Программирование механизма (0-5 баллов):

  • Корректность управления дополнительным механизмом (0-2)
  • Интеграция управления механизмом в основную программу (0-1)
  • Оптимальность программного кода (0-1)
  • Наличие комментариев и понятность программы (0-1)

Работа механизма (0-5 баллов):

  • Точность выполнения заданий (0-2)
  • Надежность работы механизма (0-1)
  • Скорость выполнения операций (0-1)
  • Энергоэффективность решения (0-1)

Защита проекта (0-5 баллов):

  • Качество демонстрации работы робота (0-2)
  • Понимание принципов работы механизма (0-1)
  • Умение объяснить программный код (0-1)
  • Ответы на дополнительные вопросы (0-1)

Максимальный балл: 20 Шкала перевода в оценку:

  • 18-20 баллов - “5”
  • 14-17 баллов - “4”
  • 10-13 баллов - “3”
  • менее 10 баллов - “2”

Рефлексивная карта “Три вопроса”:

 1Фамилия, имя: _______________________
 2Группа: _______
 3
 41. Что я сегодня узнал/научился делать?
 5___________________________________________
 6___________________________________________
 7___________________________________________
 8
 92. Какие затруднения у меня возникли?
10___________________________________________
11___________________________________________
12___________________________________________
13
143. Как я могу применить полученные навыки в будущем?
15___________________________________________
16___________________________________________
17___________________________________________
18
19Самооценка работы на уроке (от 1 до 5): _______

Данная технологическая карта урока обеспечивает комплексный подход к формированию навыков программирования дополнительных механизмов в робототехнике, учитывает межпредметные связи с физикой и информатикой, а также создает условия для творческого применения полученных знаний в практической деятельности учащихся 7 класса.