Движение по линии: релейный регулятор

Конспект урока информатики и ИКТ
на тему:

«Движение по линии: релейный регулятор»
(в рамках технологии проектной деятельности)




учитель информатики и ИКТ
Дьяконов Е.А.




2016


Конспект урока на тему: «Движение по линии: релейный регулятор»

Урок из курса робототехники, раздел – «Датчики». На уроке ученики строят робота, используя датчик освещенности, из конструктора LEGO Mindstorms 9797. Затем составляют в среде программирования NXT-G программу, загружают ее в робота и демонстрируют выполнение составленной программы. Далее обучающиеся модифицируют программу, добиваясь при этом большей скорости движения робота. В конце урока проходят минисоревнования.
Цели:
ознакомление с робототехникой с помощью конструктора LEGO Mindstorms 9797;
ознакомление с датчиком освещенности, принципом его работы конструктора LEGO Mindstorms 9797;
систематизация знаний по теме «Алгоритмы» (на примере составленной программы для работы Робота NXT);
усвоение понятий алгоритм, исполнитель, дать представление о составлении простейших алгоритмов в среде NXT-G.
В ходе занятия обучающиеся должны продемонстрировать следующие результаты в виде универсальных учебных действий:
Регулятивные: 
Планировать работу группы и самостоятельную работу
Прогнозирование результатов деятельности
Систематизировать и обобщить знания по теме «Алгоритмы» для успешной реализации алгоритма работы собранного робота;
Научиться программировать роботов с помощью среды программирования NXT-G.
Познавательные: 
Изучение робототехники, знакомство с датчиком освещенности, создание собственного робота, умение программировать с помощью среды программирования NXT-G;
экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов на скорость движения робота.
Коммуникативные:
развить коммуникативные умения при работе в группе или команде.
Личностные: 
смыслообразование
развитие памяти и мышления, возможность изучения робототехники в старших классах.

Тип урока: урок-проект (технология проектной деятельности)
Оборудование: мультимедиа проектор, секундомеры, конструктор LEGO Mindstorms 9797 (5 шт.), в набор которого входят 431 элемент, включая программируемый блок управления NXT, 3 сервомотора, датчики звука, расстояния, касания и освещенности.

План урока:
Организационный момент (2 мин)
Постановка проблемы, планирование урока (5 мин)
Выполнение проекта: разработка алгоритма для робота (21 мин)
Презентация проектов групп. Рефлексия (10 мин)
Этап информации о домашнем задании (2 мин)

Ход урока:
Организационный момент.
Проверка присутствующих. Раздача роботов, собранных на прошлом уроке.
Учитель: Добрый день, ребята! На прошлом уроке мы с вами собирали трехколесных роботов, используя датчик освещенности.
Сегодня мы продолжим изучение темы «Датчики», познакомимся с одним из самых распространенных исполнителей алгоритмов «вживую» - настоящим роботом, составим для него простейшую программу для движения по линии. Затем будем изменять параметры программы, чтобы добиться большей скорости движения. А в конце урока проведем минисоревнования, чтобы выяснить, чей робот едет быстрее.
II.. Постановка проблемы, планирование урока
Учитель: Ребята, на прошлом уроке мы рассмотрели простейший алгоритм движения (мы его назвали «Алгоритм №1») по линии и собрали роботов. Прежде чем начать составлять программу, давайте ответим на следующие вопросы:
Что выполняет датчик освещенности?
На какой высоте от поверхности поля и под каким углом лучше всего его крепить?
По какой траектории едет робот при исполнении простейшей программы (алгоритм №1) движения по линии и почему?
Что такое средняя освещенность и по какой формуле она рассчитывается?
Обучающиеся отвечают на предложенные вопросы, а учитель демонстрирует правильные ответы на слайдах.
Формулирование проблемы: Как создать условия для правильного движения робота? (обсуждение, выдвижение предположений)
Планирование работы: Обсуждение этапов работы, правил работы в группе.

III. Выполнение проекта: разработка алгоритма для робота

Теперь давайте обратимся к нашим роботам (на данном уроке это трехколесные роботы, созданные по принципу робота-пятиминутки, которые мы собирали на прошлом занятии). Предлагаю вам составить для них программу для движения по линии (релейный регулятор) и продемонстрировать ее выполнение.
Рекомендации: Показания датчиков снимаются на учительском компьютере, т.к. там расположено поле (или в другом более удобном месте, которое выберет учитель) и уровень освещенности может меняться. Стоит обратить внимание на погоду: при солнечной погоде необходимо затемнить окна и постараться создать максимально равномерный уровень освещенности хотя бы в зоне расположения поля с траекторией движения.
Сначала определим, какие команды нам понадобятся, как и какие сервомоторы должны вращаться и, какое время, а также последовательность выполнения команд. Также нам предстоит откалибровать датчик освещенности: снять показания датчика на самом светлом и самом темном (на линии) месте поля для расчета средней освещенности, на которую будет ориентироваться робот при движении.
Средний уровень освещенности будем рассчитывать по формуле:
Iср=(Iсв+Iтем)/2

Далее нам это значение понадобится в переключателе, настроенном на датчик освещенности.
Примечание: возможные причины, по которым обучающиеся не смогут снять показания с датчика освещенности:
1. Не включен блок NXT.
2. Не загружена пробная программа.
3. Номер порта датчика в программе не соответствует номеру порта датчика на роботе.

Задание 1: написать программу релейного регулятора (алгоритм №1) для движения по линии.
Правильный вариант:

Примечание: скорость движения в каждом отдельном случае будет разная во всех группах, т.к. расположение датчиков скорее всего будет разное (конструкционное различие). А также, точность измерений тоже будет разная.
Траектория движения робота будет следующая:

Задание 2: изменить созданный алгоритм таким образом, чтобы скорость движения робота по заданной траектории увеличилась, а амплитуда линии движения уменьшилась (стала более сглаженной).
Правильный вариант:

Примечание: в представленном в задании 1 алгоритме, вместо остановки колес, их включаем, но с очень маленькой мощностью (например 10). Скорость же другого колеса выставляется максимальной – 100. Подбирая мощность медленно вращающегося колеса, можно добиться большей скорости движения, используя данный алгоритм.
Траектория движения робота будет следующая:

IV. Презентация проектов групп. Рефлексия
Итак, ребята, давайте подведем итоги нашей работы. Для этого мы проверим, какое время требуется каждому роботу для проезда линии на нашем поле. Приготовьте секундомеры и по очереди запускаем роботов.
В ходе данного мероприятия командам присваиваются места: 1,2,3,4,5.
Возможно награждение команд грамотами (см. Приложение).
Выбор лучшего проекта.
V. Этап информации о домашнем задании.
Запишите домашнее задание: Изобразить рассмотренный на уроке алгоритм в виде блок-схемы.
Задание обязательно будет оценено!
Спасибо за урок! До свидания, ребята.

Список использованных текстовых и графических источников:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Инструкция для работы с комплектом LEGO Mindstorms 9797.
Инструкция по сборке робота-пятиминутки авторская.
Изображения из среды программирования NXT-G и фото роботов авторские.








13PAGE 15














Заголовок 1Заголовок 3Заголовок 4Заголовок 515