Департамент образования города Москвы
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы «Московский колледж управления, гостиничного бизнеса и информационных технологий «Царицыно»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дополнительному образованию

«Робототехника».

Москва

2015

ОДОБРЕНА

кафедрой _____________________

___________________________

Протокол № ____

от «__» _________ 20___ г.

Заведующий кафедрой

__________ /__________ /

Заместитель директора по учебно-методической работе

___________/Фомина О.В./

Составители (авторы): Ермоленко Андрей Владимирович, преподаватель спецдисциплин преподаватель спецдисциплин ГБПОУ Колледж «Царицыно»

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1.ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ по дополнительному образованию

5

2. СТРУКТУРА и содержание ПРОГРАММЫ по дополнительному образованию

6

3. условия реализации программы по дополнительному образованию

11

1. паспорт Рабочей ПРОГРАММЫ

«Робототехника».

1.1. Область применения программы

Рабочая программа может быть использована в дополнительном профессиональном образовании.

Организация работы с конструкциями роботов LEGO Mindstorms Education EV3 базируется на принципе практического обучения.

1.2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: учебная дисциплина принадлежит к обучающему циклу.

1.3. Цели и задачи дисциплины - требования к результатам освоения дисциплины:

Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики соприкасаются с проблемами управления и искусственного интеллекта. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Образовательная программа «Робототехника» является актуальной и социально значимой, так как направлена на развитие созидательных способностей учащихся. Практическая работа на занятиях позволяет глубже разобраться в предмете, тем самым эффективно дополняя традиционные теоретические курсы.

Программа может помочь учащимся в выборе будущей специальности, привлечь их к получению образования по инженерным дисциплинам. Современные науки мехатроника и робототехника невозможны без хорошего понимания математики, физики, информатики, черчения. Учащимся предоставляется возможность не только узнать, где и как можно применить знания, полученные ранее, но при содействии руководителя начать самостоятельную работу, попробовать свои силы в проектной работе по конструированию элементов робототехнических и мехатронных систем.

Данная программа может являться одним из элементов подготовки к международным робототехническим соревнованиям «Евробот» (eurobot.org, eurobot-russia.ru).

Программа предназначена для учащихся общеобразовательных школ.

Основным содержанием данного курса являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования до сборки и программирования роботов.

Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGO Mindstorms Education EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.

LEGO Mindstorms - это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.

Конструкторы LEGO Mindstorms позволяют высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию, программированию и автоматическому управлению

На уроках используются конструктор серии LEGO Mindstorms Education EV3 Core Set и LEGO Mindstorms Education EV3 Expansion Set.

Используя персональный компьютер с комплектом программного обеспечения (ПО) LEGO Mindstorms EV3 1.0 для робототехники, элементы LEGO - конструктора обучающиеся могут конструировать управляемые модели роботов. Роботы LEGO можно программировать автономно. Кроме программы для управления роботов могут быть написаны в ПО - LEGO Mindstorms EV3 1.0 персонального компьютера и загружены в робот LEGO через кабель. После загрузки программы - робот LEGO - может совершать движения и манипуляции независимо от ноутбука. Получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, робот LEGO управляет работой моторов.

Итоги изученных тем подводятся созданием учащимися собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.

Цель:

Сориентировать учащегося в области робототехники и смежных областях, заинтересовать в дальнейшем продолжении изучения предмета, углублении полученных знаний и умений.

Заложить фундамент для дальнейшей командной работы над ежегодными проектами создания спортивных роботов для международных соревнований Евробот (Eurobot) и Евробот Джуниор (Eurobot Junior).

Задачи:

Выявить и поддержать творческую молодежь, мотивированную на профессиональную деятельность и получение высококачественного высшего образования в современных и перспективных областях знаний инженерного профиля;

Сформировать умение самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей (выбор материала, планирование предстоящих действий, самоконтроль, умение применять полученные знания, приемы и опыт в конструировании других объектов и т.д.);

Стимулировать находчивость, изобретательность и поисковую творческую деятельность учащихся, и ориентирование на решение интересных и практически важных комплексных задач;

Познакомить учащихся с основами робототехники и существующими соревнованиями роботов;

Эстетическое, нравственное и трудовое воспитание;

Развить творческие способности;

Сформировать умение работы с научно-технической литературой;

Развить навыки поиска информации и раскрыть возможности сети Интернет для работы над проектом.

Знакомство со средой программирования LEGO Mindstorms EV3 1.0.

Усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;

Умение использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;

Проектирование роботов и программирование их действий;

Через создание собственных проектов прослеживать пользу применения роботов в реальной жизни;

Расширение области знаний о профессиях;

Умение учеников работать в группах.

Срок реализации курса

Программа рассчитана на 108 часов обучения.

Форма и режим занятий

Форма проведения занятий - групповая. Учащиеся набираются в группу без учета личных особенностей.

Ожидаемые результаты

Учащиеся будут знать:

- правила безопасной работы;

- правила и порядок чтения чертежа схемы и наглядного изображения;

- принципы связи компьютерных и микроконтроллерных систем;

- основные этапы развития робототехники;

- уровень развития робототехники в настоящее время;

- области применения роботов;

- элементы робототехнических систем: электронные устройства управления;

- программные элементы робототехники, программные платформы, языки программирования и переносимость кода, алгоритмы и приемы разработки;

- особенности сопряжения элементов робототехнических систем;

- принципы проектирования электронных устройств;

- необходимое оборудование для реализации электронных устройств;

- регламент соревнований роботов Евроробот, как проводятся соревнования и что необходимо для участия в них.

Учащиеся будут уметь:

- читать и создавать графические чертежи и электронные схемы;

- самостоятельно решать технические задачи, связанные с разработкой электроники;

- разрабатывать программные элементы электронных устройств, создавать алгоритмы управления исполнительными устройствами, собирать информацию с датчиков;

- разрабатывать связь микроконтроллерных средств с компьютером;

- разрабатывать пользовательские интерфейсы для разработанных устройств на компьютере;

- тестировать робототехнические устройства и их элементы;

- работать с научно-технической литературой, с журналами, с каталогами, в Интернете, с видеотекой (изучать и обрабатывать информацию по теме проекта).

1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение программы дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося 108 часов, в том числе:

- обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 108 часов.

практические занятия - 100 часов.

2. СТРУКТУРА И ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ

ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

108

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

108

в том числе:

-теоретические занятия

8

- практические занятия

100

2. Тематический план и содержание учебной дисциплины.

Наименование разделов и тем

Макс. учебная нагрузка учащихся, час

Количество аудиторных часов при очной форме обучения

Практическое занятие

Теоретические занятия в т.ч внеаудиторные

Введение в робототехнику. Лекция. Цели и задачи курса. Что такое роботы. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. Конструкторы и «самодельные» роботы. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов

1. Конструкторы компании ЛЕГО

Основные сведения о программе.

1.1.Набор Lego Mindstorms Education EV3

- Знакомство с набором Lego Mindstorms Education EV3. Датчики конструкторов роботов LEGO, аппаратный и программный состав конструкторов LEGO.

1.2. Конструирование первого робота.

- Практическое занятие. Сборка первой модели робота 45544_educator - робот учитель - по инструкции.

1.3. Изучение среды управления и программирования роботом - 45544_educator - робот учитель.

- Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления - 45544_educator - робот учитель.

По инструкции программируем микрокомпьютер EV3 вводим программы управления роботом с различными датчиками, тестируем их, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.

1.4. Программирование робота - 45544_educator - робот учитель.

Практическое занятие. Разработка программ на ноутбуке в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков.

Написание программы средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие срабатывания датчика.

1.5 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
2. Конструирование более сложного робота.

Сборка и тестирование 45544_robotarmh25 - рука" - по инструкции.
Из инструкции вводим программы управления роботом тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.

2.1. Программирование более сложного робота.

Практическое задание. Разработка программ на ноутбуке в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом 45544_robotarmh25 - рука" . Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).

2.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.

3. Сборка гусеничного робота по инструкции.

Сборка и тестирование "Гусеничного робота" 45544_45560_tankbot по инструкции.

Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах по инструкции.

Из инструкции вводим программы управления роботом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.

3.1. Программирование гусеничного робота.

Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом 45544_45560_tankbot - танкбот. Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).

3.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.

4. Разработка проектов по группам.

Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников.
На занятии учащиеся делятся на группы по 2-3 человека.
Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Учащиеся обязаны описать данные решения в виде блок-схем, текста в виде презентации, а также в редакторе Word и распечатать.

Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели.
Шаг 3. Уточняются параметры проекта. Он при необходимости дополняется схемами, блок-схемами программ, описательной частью. Дорабатывается презентация

Шаг 4. При готовности модели проводится программирование запланированных ранее функций.

Шаг 5. Оформление проекта.: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатывается окончательная презентация для защиты проекта. Распечатывается проект в редакторе Word с титульным листом (название, ФИО авторов), описательной частью, рисунками, литературой.

Шаг 6. Защита проекта.

5. Сбор модели и исследование датчиков робота.

Сбор и исследование датчиков в модели робота 45544_educator - робот учитель:

 датчик цвета - возможность удалённого управления и программирования робота для движения по цветным линиям на полу!

 инфракрасный датчик - возможность удаленного управления и программирования в трех разных режимах: приближения, в режиме маяка и в дистанционном режиме.

 робот с датчиком касания - робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.

 робот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.

6.Контрольное тестирование.

Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество примерно 20 вопросов. В тест включены несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". Выбор учеников, способных изучать робототехнику на повышенном уровне.

7. Сборка проекта EL3CTRIC GUITAR.

Сборка и тестирование проекта EL3CTRIC GUITAR по инструкции.

Из инструкции вводим программы управления проектом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.

7.1. Программирование EL3CTRIC GUITAR.

Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом EL3CTRIC GUITAR. Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).

7.2. Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.

8. Сборка робота принтер баннеров (banner print3r)

Сборка и тестирование робота принтер баннеров (banner print3r) по инструкции.

Из инструкции вводим программы управления проектом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.

8.1. Программирование робота принтер баннеров (banner print3r).

Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом принтер баннеров (banner print3r). Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).

8.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.

9. Сборка робота EV3MEG

Сборка и тестирование робота EV3MEG по инструкции.

Из инструкции вводим программы управления проектом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.

9.1. Программирование робота EV3MEG

Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом EV3MEG Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).

9.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.

10. Сборка робота высокой сложности.

Сборка робота 45544_colorsorter - цветосортировщик по
инструкции.

10.1 Программирование робота высоко сложности.

Практическое задание. Разработка программ на ноутбуке в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом 45544_colorsorter - цветосортировщик. Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа). Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие срабатывания датчика. Тестируем робот на соответствии программе.

10.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0

и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.

11. Сбор готовой модели на выбор.

Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор.

12. Анализ всех изученных функций датчиков и возможностей конструкции, подготовка к внутрекружковому соревнованию.

13. Сборка своего проекта с учетом полученных навыков, с применением всевозможных датчиков, и программирование наибольшее количество функций изученных ранее.

14. Проведение конкурса среди учащихся

14.1 1этап: «Лучшие функции»

14.2 2этап: «лучший спроектированный пульт управления роботом»

15. Заключительное занятие, подведение итогов.

2

2

4

2

2

4

4

2

2

4

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

4

2

2

4

2

2

4

2

2

4

4

2

4

2

8

2

2

2

2

2

2

2

2

4

2

2

2

4

2

2

4

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

4

2

2

4

2

2

4

2

2

4

4

2

4

8

2

2

2

3. условия реализации программы дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация программы дисциплины требует наличия лабораторий «Робототехники».

Оборудование лаборатории и рабочих мест лаборатории:

- посадочные места по количеству студентов;

- рабочее место преподавателя;

Используется компьютерный класс на 10 компьютеров с необходимым лицензионным программным обеспечением, а также проекционной техникой.

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

а) основная литература:

1. Робототехника для детей и их родителей. Книга для учителя. С.А. Филиппов, - 263 с., илл., Руководство пользователя LEGO MINDSTORMS - 64 стр., илл.

2. Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.

3. Чехлова А. В., Якушкин П. А.«Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.

4. Белиовская Л. Г. Белиовский А. Е. Программируем микрокомпьютер в LabVIEW// М.: ДМК Пресс, 2010.

Интернет ресурсы

5. lego.rkc-74.ru/

6. gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/

7. robotics.ru/

8. prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php

9. prorobot.ru/lego.php

10. robotor.ru

11. lego.com/education/

12. wroboto.org/

13. learning.9151394.ru

14. roboclub.ru/

15. robosport.ru/

16. prorobot.ru/