Опыт и перспективы развития объединения «Робототехническое конструирование»

Педагог дополнительного образования

ГАОУ ДПО ВО ВИРО

« Владимирский институт повышения квалификации работников образования имени Л.И. Новиковой»

Калитина Алла Николаевна

Методика преподавания курса

• Занятия объединения «Робототехническое конструирование» представляют воспитанникам технологии XXI века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал.

Особенности объединения «Робототехническое конструирование»

• Наиболее современное направление;
• Объединение различных областей технических знаний и наук;
• Необходимость изучения программирования и алгоритмизации;
• Необходимость изучения электротехники;
• Попутное изучение владения компьютером и компьютерными программами;
• Высокий интерес со стороны общественности.

Материально-техническое оснащение

• Компьютерный класс (проектор, интернет); Робототехнические наборы;
• Андроидные роботы;
• Радио-детали;
• Инструмент, паяльники;
• Помещения для тренировок;
• Поля для состязаний.

Роботы Lego Mindstorms

Инструменты Lego

Lego Digital Designer – среда виртуального проектирования роботов

NXT-G - среда программирования

Дополнительное оборудование

Продукция HiTechnic

Наборы TETRIX и MATRIX

• Пневматика
• Возобновляемые источники энергии
• Технология и физика
• Простые механизмы

Серия микроконтроллерных устройств, распространяемых по схеме openHardware – спецификации и схемы плат полностью открыты для использования, копирования и изменения.

• Максимально приближена к электротехнике и электронике;
• Две среды программирования: для начинающих и профессионалов;
• Возможность сочетать как с робототехническими конструкторами (в том числе и с Lego Mindstorms), так и с полностью самодельными проектами;
• Широкий набор плат расширения и коммутации;
• Развитая аудитория пользователей, профессиональная поддержка и информационное освещение.

Одноплатный компьютер

Вычислительные мощности соответствуют современному телефону:

• процессор ARM9
• 256 Мб ОЗУ
• карты памяти
• Ethernet (LAN)
• Audio Jack
• ОС – Linux, Android, Windows

Применение:

• Встраиваемые системы
• Управляющие комплексы
• Системы «Умный дом»
• Распознавание образов: видео и аудио
• Мобильные роботы в изменяющейся внешней среде

Андроидные роботы

Моделирующие человека и других живых существ

Программа «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России» реализуется с 2008 года по инициативе Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело» и Федерального агентства по делам молодежи (Росмолодежь).

Задачи Программы:

• Вовлечение детей и молодежи в научно-техническое творчество, ранняя профориентация;
• Обеспечение равного доступа детей и молодежи к освоению передовых технологий, получению практических навыков их применения;
• Выявление, обучение, отбор, сопровождение талантливой молодежи;
• Продвижение и обеспечение реализации профессионального потенциала и лидерских качеств.

Направления:

ИНЖЕНЕРНЫЙ ПРОЕКТ

МОБИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Компьютерная грамотность

Знания в области механики, программировании, электроники

Способность к самообучению

Необходимость проходить курсы и тренинги

Личная активность

Креативность,

нестандартное мышление

Отслеживание актуальных проблем

[email protected] www.RostovRobor.RU

Учащиеся

Требования :

• Старше 10 лет
• Интерес к технике
• Интерес к информационным технологиям

Знают и умеют :

• Основы построения и расчета математических моделей
• Основы конструирования механических систем
• Составление алгоритмов и программ
• Умение решать актуальные задачи
• Знание компьютера

Наша досуговая деятельность

• 1 . Экскурсия по историческим местам города Владимир(«Театральная площадь», Золотые ворота – древнейший памятник фортификационной архитектуры в России, Красная Троицкая старообрядческая церковь и здание драматического театра, « Соборная площадь», памятники архитектуры XII века – Успенский. Дмитриевский соборы, свято- успенский женский Княгинин монастырь.
• 2. Экскурсионная поезда в Лесотехнический техникум п. « Муромцево» Судогодского района Владимирской области.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Образовательная робототехника Учитель физики, информатики Образцов Евгений Витальевич Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя школа № 66» Г. Хабаровска

Цель программы: формирование и развитие творческих и познавательных способностей учащихся средствами наборов Arduino и современных компьютерных технологий. Проект «Образовательная робототехника» , предназначен содействовать развитию детского научно-технического творчества, способствовать популяризации инженерного образования в школе.

Образовательная робототехника – это инструмент, закладывающий прочные основы системного мышления, интеграция информатики, математики, физики, черчения, технологии, естественных наук с развитием инженерного творчества. Внедрение технологий образовательной робототехники в учебный процесс способствует формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и, без сомнения, познавательных универсальных учебных действий, являющихся важной составляющей ФГОС.

Занятия робототехникой дают хороший задел на будущее, вызывают у ребят интерес к научно-техническому творчеству. Заметно способствуют целенаправленному выбору профессии инженерной направленности.

Образование должно соответствовать целям опережающего развития, другими словами, обеспечивать изучение не только достижений прошлого, но и технологий, которые пригодятся в будущем. Образовательная робототехника в полной мере реализует эти задачи.

Отличительная особенность Заключается в том, что состоит из 12 разделов, расположенных по сложности изучаемого материала и увеличением доли практических занятий. Практические занятия по программе связаны с использованием вычислительной техники: компьютеров и комплектов Ардуино. Программа ориентирована на применение электротехнических и робототехнических средств в жизни человека.

Новизна Программа «Мир Arduino » является дополнительной общеобразовательной (общеразвивающей) программой, и составлена с учетом тенденций развития современных информационных технологий, что позволяет сохранять актуальность реализации данной программы. Основной акцент в освоении данной программы делается на использование проектной деятельности и самостоятельность в создании проектов и роботов, что позволяет получить полноценные и конкурентоспособные продукты. Проектная деятельность, используемая в процессе обучения, способствует развитию основных компетентностей учащегося, а также обеспечивает связь процесса обучения с практической деятельностью за рамками образовательного процесса. Творческое, самостоятельное выполнение практических заданий, задания в форме описания поставленной задачи или проблемы, дают возможность учащемуся самостоятельно выбирать пути ее решения. Содержание дополнительного образования в области робототехники не стандартизируется, работа с учащимся происходит в соответствии с его интересами, его выбором, что позволяет безгранично расширять его образовательный потенциал.

Метапредметные связи В ходе занятий ребята не только и не столько занимаются робототехникой, сколько используют ее, как некий интерактивный элемент, с помощью которого некие теоретические знания закрепляются на практике. Теоретические знания могут быть, как по точным наукам: математике и физике, так и по естественным: химии, астрономии, биологии, экологии. Предмет «Технология» Наиболее гармонично образовательная робототехника встраивается в такие разделы предмета «Технологии» как «Машины и механизмы», «Графическое представление и моделирование», «Электротехнические работы». Предмет «Математика» Одним из ярких и простых примеров закрепления знаний из школьного курса математики является расчет траектории движения робота. В зависимости от уровня знаний здесь могут использоваться как и обычный метод проб и ошибок, так и научный подход: здесь им могут понадобиться и свойства пропорции (6-7 класс), и знание формулы длины окружности (8-9ый) и даже тригонометрия (10-11 класс).

Метапредметные связи Предмет «Физика» На уроках физики робототехнику можно применять для лабораторных, практических работ и опытов, а также для исследовательской проектной деятельности при изучении разделов: «Физика и физические методы изучения природы», «Механические явления», «Тепловые явления», «Электрические и магнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны». Предмет «Информатика» Образовательные конструкторы позволят более интенсивно формировать ключевые компетенции учащихся на уроках информатики при изучении разделов: «Информационные основы процессов управления», «Представление об объектах окружающего мира», «Представление о системе объектов», «Основные этапы моделирования», «Алгоритмы. Исполнитель алгоритма», «Среда программирования», «Архитектура ПК. Взаимодействие устройств компьютера».

Внеурочная деятельность Проектно-ориентированная работа с конструктором позволяет организовать факультативное, домашнее и дистанционное обучение. В школе ребята могут заниматься в кружках, на факультативах, посещать занятия на базе учреждений дополнительного образования. Формы работы могут быть разнообразными: общеразвивающие кружки для ребят начального и среднего звена; проектно-исследовательские кружки для старшеклассников, включение исследований на базе образовательных конструкторов в деятельность научного общества учащихся и многое другое. Организация кружков по робототехнике позволяет решить целый спектр задач, в том числе привлечение детей группы риска, создание условий для самовыражения подростка, создание для всех детей ситуации успеха, ведь робототехника - это еще и способ организации досуга детей и подростков с использованием современных информационных технологий. Кроме того, благодаря использованию образовательных конструкторов мы можем выявить одаренных детей, стимулировать их интерес и развитие навыков практического решения актуальных образовательных задач.

Профессиональное образование Подходя к моменту перехода на ступень профессионального образования, школьник благодаря образовательной робототехнике, как правило, уже сделал свой профессиональный выбор. Встраивание робототехники в образовательный процесс в учреждениях профессионального образования, будь то учреждение НПО, СПО, ВУЗ, помогает подростку не просто развивать в себе технические наклонности, происходит понимание сути выбранной профессии. Робототехника позволяет реализовать уже профессиональные знания через моделирование, конструирование и программирование. Главная цель на этапе встраивания робототехники на ступени профессионального образования - обеспечить взаимодействие образования, науки и производства.

Соревнования по робототехнике Одним из важных аспектов стимулирования детей к самостоятельному развитию творческой мыслительной деятельности и поддержанию интереса к техническому обучению является их участие в конкурсах, олимпиадах, конференциях и фестивалях технической направленности. Существует целая система соревнований по робототехнике разного уровня: региональные, межрегиональные, всероссийские, международные, такие как фестиваль «Проекты действующих моделей роботов», Робомех, JuniorSkills Russia и др. Соревнования по робототехнике отличаются от других конкурсных мероприятий по нескольким параметрам: Зрелищность: ребенок видит положительную работу своих сверстников, передовые инженерно-технические достижения, новые решения в области робототехники. Состязательность: позволяет выявить наиболее подготовленную команду, способную оперативно решить поставленную тренером (организатором) задачу. Азартность: стремление детей к лидерству, опережению своих сверстников, быстрому и бескомпромиссному решению поставленной задачи как нельзя лучше проявляется во время соревнований по робототехнике.

Результативность За два года работы кружка, ребята приняли участие в следующих мероприятиях: 1. 2015 год участие в городской НПК "Шаг в науку" с проектом "Мой первый робот" 2. 2016 год участие в городской НПК "Шаг в науку" с проектом "Управляемый робот с дистанционным видеонаблюдением" 3. 2016 год городской конкурс "Дорогами воинской славы" в номинации 3D модель (стела "Помним всё!") 2-е место. 4. 2016 год городской фестиваль бизнес проектов "Хабаровск НАШ" с проектом "Универсальный радиомодуль в системе управления "Умный дом", финалисты. 5. 2016 год городской фестиваль-выставка "Действующие модели роботов" 1-е и 3-е место. 6. 2016 год участие в региональном чемпионате JunorSkills Russia

Результативность Созданы несколько моделей роботов, робот «Щенок», робот с дистанционным видеонаблюдением, робот – сортировщик, шагающий робот. В разработке ещё находятся 2 робота: робот – манипулятор и луноход.

Результативность После первого года обучения учащиеся владеют знаниями по: основным понятиям электротехники и робототехники; ардуино и его видам; устройству и принципу функционирования Ардуино и отдельных элементов; основной структуре и принципам программирования микроконтроллеров Ардуино;

Результативность После первого года обучения учащиеся владеют умениями по: созданию базовых проектов из комплектов Ардуино по готовым схемам; подключению и использованию сенсоров, двигателей; составлению программ для проекта Ардуино; самостоятельному поиску нужной информации из разных источников, для проектирования; разработке, проектированию и анализированию собственных проектов, а также моделей роботов.

Управляемый робот с дистанционным видеонаблюдением Робот «Щенок Первый робот Квадропод

Участники НПК «Шаг в науку» Участники JuniorSkills Russia Участники выставки «Проекты действующих моделей роботов»

Обучающая презентация «Что умеют роботы» для детей старшего дошкольного возраста

Цель: познакомить детей с областями применения робототехники.

Задачи презентации

1. Стимулировать мотивацию детей к получению знаний, помогать формировать творческую личность ребенка;
2. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям, развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков;
3. Развивать научно-технический и творческий потенциал личности дошкольника.

Ход презентации

Слайд 2.

Человек всегда стремился к новым открытиям и изобретениям. Раньше у людей не было одежды, они не умели строить дома, не было электричества и разного транспорта. Пищу готовили на огне и камнях, потому что не было посуды. Представьте, как бы сейчас жили люди, если бы не изобрели компьютеры и телефоны?

Слайд 3.

Каждый день учёные во всём мире совершают открытия, изобретают космические корабли, лекарства и роботов. А кто из вас знает, что умеют делать роботы? Первые роботы появились в конце XIX века — русский инженер Пафнутий Чебышёв придумал механизм — стопоход, обладающий высокой проходимостью.

Слайд 4.

Первую стопоходящую машину, созданную самим Чебышёвым, сегодня можно увидеть в Политехническом музее в Москве.

Слайд 5.

Современные роботы используются во всех отраслях — в освоении космоса, здравоохранении, общественной безопасности, развлекательных целях, обороне и многом другом. В некоторых областях роботы полностью заменили людей. Давайте познакомимся с ними поближе.

Слайд 6.

Роботы помогают людям с ограниченными возможностями здоровья вести обычный образ жизни. Учёные разработали бионические протезы (конечности, которыми можно управлять с помощью мышц и мозга.

Слайд 7.

Для одиноких пожилых людей учёные придумали роботов — внуков, с которыми можно поговорить, поиграть и даже сходить на прогулку.

Слайд 8.

В Японии роботы работаю официантами в кафе. Они принимают заказы, подают блюда и улыбаются клиентам.

Слайд 9.

Роботов используют для развлечения людей, создания лазерных шоу.

Слайд 10.

Робот — огнедышащий дракон развлекает детей и взрослых в национальном парке.

Слайд 11.

Но их основная задача — прийти на помощь в трудной ситауции. Роботов используют в местах повышенной опасности, чтобы избежать человеческих жертв. Вот, например робот-щит для полицейских.

Слайд 12.

Робот, который умеет тушить пожары управляется человеком, который находится далеко от опасного места и не пострадает от огня.

Слайд 13.

Роботов используют при расчистке завалов, в тех местах, куда человек не может попасть.

Слайд 14.

Роботы помогают вести видеосъёмку с высоты, из космоса.

Слайд 15.

На помощь военным так же приходят роботы. С ними можно тренироваться, отрабатывать боевые приёмы.

Слайд 16.

Роботы помогают людям совершать новые научные открытия. Их можно отправить даже на другую планету. Робот-рука помогает при стыковке космических аппаратов.

Слайд 17.

А такой робот на дне океана анализирует уровень загрязнения воды, количество кислорода и других элементов. Свою информацию он передаёт на поверхность и учёные планируют свою работу.

Слайд 18.

Роботы не боятся сильных морозов и могут работать там, где человек замёрзнет. Этот робот исследует поверхность в самых труднодоступных местах.

Слайд 19.

Роботы умеют делать почти всё, что и человек: перекладывать предметы, различать эмоции, дружить…

Слайд 20.

И даже выглядеть, как человек.

Слайд 21.

Роботы уже давно соседствуют с нами и делают жизнь человека интересной, полной новых знаний и открытий.

Слайд 1

Робототехника в нашей жизни
Выполнил: Сарванов А.А. Руководитель: Ромаданов К.Н.

Слайд 2

3 поколения роботов: Программные. Жестко заданная программа (циклограмма). Адаптивные. Возможность автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в зависимости от обстановки. Изначально задаются лишь основы программы действий. Интеллектуальные. Задание вводится в общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решения или планировать свои действия в распознаваемой им неопределенной или сложной обстановке.
Робот – это машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

Слайд 3

Архитектура интеллектуальных роботов
Исполнительные органы Датчики Система управления Модель мира Система распознавания Система планирования действий Система выполнения действий Система управления целями

Слайд 4

Домашние роботы
Ориентация и перемещение в ограниченном пространстве с меняющейся обстановкой (предметы в доме могут менять свое местоположение), открывание и закрывание дверей при перемещении по дому. Манипулирование объектами сложной и иногда заранее неизвестной формы, например посудой на кухне или вещами в комнатах. Активное взаимодействие с человеком на естественном языке и принятие команд в общей форме
Задачи домашних интеллектуальных роботов:
Mahru и Ahra (Корея, KIST)

Слайд 5

Домашние роботы – PR2 (Willow Garage)
PR2 умеет втыкать вилку в розетку
Учёные из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) впервые обучили робота взаимодействию с деформирующимися объектами. Как ни странно, но только сейчас удалось научить машину работать с мягкими и, главное, легко и непредсказуемо меняющими форму предметами.

Слайд 6

Военные роботы
Планы DARPA по перевооружению армии: К 2015 году одна треть транспортных средств будет беспилотной За 6 лет с 2006 г. планируется потратить $14.78 млрд К 2025 году планируется переход к полноценной робототехнической армии

Слайд 7

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА)
32 страны мира производят около 250 типов беспилотных самолетов и вертолетов
RQ-7 Shadow
RQ-4 Global Hawk
X47B UCAS
A160T Hummingbird
Беспилотники ВВС и армии США: 2000 г. – 50 единиц 2010 г. – 6800 единиц (136 раз)
RQ-11 Raven
В 2010 г. командование ВВС США впервые в своей истории намерено приобрести больше беспилотных аппаратов, нежели пилотируемых самолетов. К 2035 все вертолеты станут беспилотными.
Рынок беспилотников: 2010 г. – 4.4 млрд. $ 2020 г. – 8.7 млрд. $ Доля США – 72% всего рынка

Слайд 8

Наземные боевые роботы
Транспортный робот BigDog (Boston Dinamics)
Боевой робот MAARS
Робот-сапер PackBot 1700 единиц на вооружении
Робот-танк BlackKnight
Выполняемые задачи: разминирование разведка прокладка линий связи транспортировка военных грузов охрана территории

Слайд 9

Морские роботы
Подводный робот REMUS 100 (Hydroid) создано 200 экз.
Выполняемые задачи: Обнаружение и уничтожение подлодок Патрулирование акватории Борьба с морскими пиратами Обнаружение и уничтожение мин Картография морского дна
К 2020 г. в мире будет выпущено 1142 аппарата на общую сумму 2,3 млрд. долл., из которой 1,1 млрд. потратят военные. Произведено будет 394 крупных, 285 средних и 463 миниатюрных подводных устройства. В случае оптимистичного развития событий объем продаж достигнет 3,8 млрд. долл., а в “штучном” выражении - 1870 роботов.
катер ВМС США Protector

Слайд 10

Промышленные роботы
К 2010 г. в мире разработано более 270 моделей промышленных роботов, выпущено 1 млн. роботов В США внедрено 178 тысяч роботов В 2005 году в Японии работало 370 тысяч роботов - 40 процентов от общего количества во всем мире. На каждую тысячу заводских сотрудников-людей приходилось 32 робота К 2025 году из-за старения населения Японии 3,5 миллиона рабочих мест будет приходиться на роботов Современное высокоточное производство невозможно без использования роботов Россия в 90-е годы потеряла свой парк промышленных роботов. Массовое производство роботов отсутствует.

Слайд 11

Космические роботы
Robonaut -2 отправился на МКС в сентябре 2010 г. (разработчик General Motors) и станет постоянным членом экипажа.
EUROBOT на стенде
Робот DEXTRE работает на МКС с 2008 года.

Слайд 12

Роботы-охранники
Патрулирование улиц Охрана помещений и зданий Воздушное наблюдение (БПЛА)
SGR-1 (охрана корейской границы)
Робот-охранник Reborg-Q (Япония)

Слайд 13

Нанороботы
«Наноро́боты», или «нанобо́ты» - роботы, размером сопоставимые с молекулой (менее 10 нм), обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.

Слайд 14

Роботы для медицины
Обслуживание больниц Наблюдение за больными
Развозчик лекарств MRK-03 (Япония)

Слайд 15

Роботы для медицины- xирургические роботы
Робот-хирург Da Vinci Разработчик - INTUITIVE SURGICAL INC (USA) 2006 год – 140 клиник 2010 год – 860 клиник В России – 5 установок
Оператор работает в нестерильной зоне у управляющей консоли. Инструментальные манипуляторы активизируются только в том случае, если голова оператора правильно позиционируется роботом. Используется 3D изображение операци-онного поля. Движения рук оператора аккуратно переносятся в очень точные движения операционных инструментов. Семь степеней свободы движения инструментов предоставляют оператору невиданные до сих пор возможности.

Слайд 16

Роботы для медицины - протезы
Бионический протез руки i-Limb (Touch Bionics) удерживает до 90 килограммов нагрузки Серийно производится с 2008 г., 1200 пациентов по всему миру.
Протез управляется миоэлектрическими токами в конечности, а для человека это выглядит почти как управление настоящей рукой. Вместе с "пульсирующим захватом" это позволяет инвалиду производить более точные манипуляции, вплоть до завязывания шнурков или застёгивания пояса.

Слайд 17

Экзоскелеты (Япония)
HAL-5 , 23 кг, 1.6м 2.5 часа работы Усиливает силу от 2 до 10 раз Серийный выпуск с 2009 г.
Адаптивная система управления, получая биоэлектрические сигналы, снимаемые с поверхности тела человека, вычисляет, какое именно движение и с какой мощностью собирается произвести человек. На основе этих данных рассчитывается уровень необходимой дополнительной мощности движения, которая будет сгенерирована сервоприводами экзоскелета. Быстродействие и реакция системы таковы, что мышцы человека и автоматизированные части экзоскелета двигаются совершенно в унисон.
The Robot Suit Hybrid Assistive Limb (HAL) компания Cyberdyne

Слайд 18

Экзоскелеты (Япония)
Honda Walking assist – выпуск с 2009 г. вес – 6,5 килограмма (включая обувь и литиево-ионный аккумулятор), время работы на одной зарядке – 2 часа. Применение – для пожилых людей, облегчение труда рабочих на конвейере.
Экзоскелет для фермера (Токийский университет сельского хозяйства и технологий)