Информатика и робототехника в зимней школе “Физтех-Потенциал”: как это было

Конструкторы для обучения детей робототехнике

Share Button

Вот и закончились зимние каникулы нового 2017 года. Школьники катались на лыжах и коньках, играли в компьютерные игры или лежали на диване перед телевизором. Для ребят, выбравших зимнюю школу «Физтех-Потенциал», дни каникул оказались весьма насыщенными.

Робототехника в зимней школе “Физтех – Потенциал” при МФТИ

Занятия были организованы следующим образом: первая пара — математика, вторая — физика, а третья — информатика-робототехника.

Занятия по информатике-робототехнике ориентировались на учеников 9-11 классов. Для курса выбрана авторская программа Вероники Ворониной.

Курс начался с обзорной лекции, включающей видеоролики о различных типах наземных, воздушных и подводных роботов, о способах их передвижения и протоколах связи для обмена телематическими данными. После этого ребята с большим удовольствием погоняли роботов между препятствиями, узнав разницу между дискретным и непрерывным режимами управления роботами.

При дискретном режиме всякое передвижение робота фиксируется датчиком движения – энкодером, и робот проезжает расстояние, строго заданное программой. А непрерывный режим действует до тех пор, пока нажата клавиша на пульте управления.

Ребята зафиксировали в лабораторной тетради связь между импульсами от энкодера с дистанцией пройденного пути.

Информатика и робототехника в зимней школе “Физтех-Потенциал”

На второй день ребята вспомнили основы логики из школьного курса информатики и сами собрали из радиоконструктора простейшие автоматы, работающие на основе булевой алгебры.

Следующее занятие с платами ардуино предусматривало серию лабораторных опытов, начиная с базовых тестовых примеров, таких как управление миганием светодиода, и заканчивая построением прибора, фиксирующего расстояние от платы до препятствия по ультразвуковому датчику. Теоретическая часть предусматривала знакомство с понятием ШИМ и тем, как при помощи широтно-импульсной модуляции изменяется окраска многоцветного светодиода с переливами. Участники зимней школы научились пользоваться средой ArduinoIDE и разработали свои первые программы на языке Си.

Далее ребята продолжили знакомство с датчиками и собрали собственный энкодер — оптический или магнитный, по типу датчика Холла. Показания с энкодеров научились отправлять по радиопротоколу для расчета скорости вращения колес робота.

Информатика и робототехника в зимней школе “Физтех-Потенциал”

В дальнейших экспериментах участникам пришлось вспомнить физику, по второму закону Ньютона ребята рассчитывали тягу электродвигателей, используя результаты автоматизированных замеров времени и длины пути из лог-файла, который каждая группа сгенерировала самостоятельно.

Поскольку реальные объекты отличаются от виртуальных, то следующим экспериментом было измерение фактического угла поворота тележки робота при заданных величинах датчиков-энкодеров. Работа проводилась в команде: один участник группы задавал энкодерами нужный диапазон величин и отправлял команду по радиоэфиру на машинку, второй отмечал маркером пройденные точки пути и строил пересекающиеся прямые, а третий делал замеры углов и выполнял вычисления. Данные от робота поступали в шестнадцатеричной форме, чтобы правильно построить график, их необходимо было преобразовать в десятичный формат. Полученные и обработанные результаты сводились в таблицу, на ее основе делались выводы о различиях между виртуальным и реальным роботами.

Информатика и робототехника в зимней школе “Физтех-Потенциал”

На четвертый день приступили к определению местоположения робота в пространстве, для чего строили виртуальные и реальные сетки координат, вычисляли ожидаемое местоположение робота, а затем экспериментально отмечали реальное местонахождение на плоскости. И на основе полученных данных определяли погрешности. В будущем планируется загружать данные из лог-файла в базу и путем сравнения значений в различных таблицах проводить анализ больших объемов данных, знакомясь с азами data mining.

В завершающий день участники зимней школы говорили о бизнесе, обсудили, чем отличается фундаментальная наука от инновационной деятельности, обдумали, как запустить свой стартап. После обзорной лекции про конечные автоматы ребята создали самостоятельно программу на языке Python для обработки «сырых» данных, полученных из лог-файла, и по этим обработанным данным смогли создать облако точек с координатами перемещения робота по рабочему полю. Тем самым ребята самостоятельно решали высокопрофессиональную задачу локализации – определения местоположения мобильного робота в заданном пространстве.

Информатика и робототехника в зимней школе “Физтех-Потенциал”

И вишенка на торте – дипломной работой каждого участника было оформление своего проекта, который можно показать в школе и использовать как заготовку для дальнейшего представления на научно-практической конференции.

Программное обеспечение было свободно распространяемым: ОС AltLinux, среда разработки Arduino IDE, Geany IDE и программа для управления роботами smartcar, скачанная с сайта umkikit.ru (smartcar работает с операционными системами Linux, Windows, MacOs. Платы R5 с Arduino Nano с набором датчиков и светодиодов с уже распаянными сопротивлениями были куплены в магазине lartmaster.ru. Сами роботы связывались по протоколу Zigbee. Для связи их с ПК использовались USB-адаптеры. И роботы, и USB-адаптеры куплены в интернет-магазине umkikit.ru.

Share Button

Нет комментариев.

Оставить комментарий

© 2014-2017 Занимательная робототехника, Гагарина Д.А., Гагарин А.С., Гагарин А.А. All rights reserved / Все права защищены. Копирование и воспроизведение в любой форме запрещено. Политика кофиденциальности. Соглашение об обработке персональных данных.
Наверх