«Управляемые мобильные роботы» (Базовый уровень)

Сухоцкий Владимир Андреевич,

педагог дополнительного образования образовательного учреждения города Москвы «Воробьевы горы».

Направленность: техническая.

Возраст обучающихся – 10 – 18 лет.

Срок реализации программы – 2 года

(160 часов).

Количество часов в год – 80 часов.

Дополнительная общеразвивающая программа составлена в соответствии с действующими федеральными, региональными нормативными правовыми актами Российской Федерации и локальными нормативными актами ГБПОУ «Воробьевы горы».

Раздел 1. Пояснительная записка

Программа реализуется в рамках технической направленности.

Уровень программы – базовый.

Актуальность программы.

Образовательная программа построена на опыте обучения школьников и студентов конструированию роботов для спортивных соревнований. Спортивная робототехника, как метод проектного обучения, широко применяется в зарубежных школах, колледжах и университетах. В России в разных городах в год проходят десятки робототехнических соревнований. Их главный итог в том, что сотни школьников получают базовые технические знания и определяют направление дальнейшего обучения.

Обучающиеся получают базовые знания, которые позволяют перейти к углубленному изучению механики, электромеханики и электроники и многих других технических специальностей.

Полный учебный курс начальной робототехники объединяет пять основных направлений:

- механика;

- электромеханика;

- электроника;

- программирование;

- цифровое производство.

Данная программа включает разделы механики, электромеханики и начальной электроники. Обучение ведется на базе реальных компонентов технических устройств. Это элементы механических, электромеханических и электронных устройств, которые используются в офисной и бытовой технике, автомобилях, станках с ЧПУ и другом оборудовании. В результате у учащихся складывается представление об устройстве механизмов, понимание, как взаимодействуют их отдельные элементы. На основании знаний, полученных в ходе обучения, учащиеся конструируют управляемых роботов для спортивных соревнований, с которыми участвуют в региональных и международных соревнованиях.

Программа реализуется во взаимосвязи с предметами школьного цикла. Робототехника объединяет и дополняет школьные разделы физики (статика, динамика, электричество и электроника), математики и информатики, дает представление о физических процессах на практических примерах.

Программа предусматривает изучение базовых конструктивных элементов технических устройств. На основе этих знаний учащиеся создают роботов не только из серийных промышленных компонентов, но и из самостоятельно изготовленных деталей.

В программе использована технология проектного обучения. Учащиеся объединены в команды, которые выполняют проектные работы по одной заданной теме и под одну и ту же задачу – спортивный поединок роботов. При этом, задействованы не только те преимущества обучения, которые дает работа в команде, но и взаимодействие и, одновременно, конкуренция команд, как в процессе конструирования робота, так и на соревнованиях. Необходимость создать более совершенного в техническом плане робота и выбрать оптимальную стратегию выполнения игровых задач делают процесс обучения более интенсивным и мотивированным.

В течение года по мере изготовления роботов проводится несколько обзорных занятий, на которые привлекаются студенческие команды, разрабатывающие автономных роботов для аналогичных соревнований. На таких занятиях учащиеся могут не только посмотреть конструкцию робота, создаваемого студентами, но и проконсультироваться по многим вопросам, включая обучение в вузе. Это дает каждому возможность выбрать для себя интересные направления дальнейшего обучения и, в соответствии с этим, планировать свою работу в команде.

Каждое занятие включает теоретическую часть и практическую работу для закрепления теоретического материала, и задания из раздела «проект робота» – подбор элементов робота по параметрам, проведение расчетов, изготовление деталей и сборок, тестирование.

Программа, в целом, ориентирована на развитие умения работать самостоятельно.

Программа содержит практическую часть занятий на проведение практических работ по созданию моделей. Предусматривает темы на обобщение материала и индивидуальную работу для подготовки к соревнованиям.

Цель – сформировать у обучающихся базовые понятия о реальных технических устройствах, взаимодействии элементов оборудования, системах управления и дать практические навыки в конструировании и изготовлении робототехнических устройств.

Задачи

Обучающие:

• обучить основам техники через изучение элементов технических устройств;

• дать базовые знания по электромеханике;

• обучить работе с измерительными и контрольными приборами;

• дать знания о проектировании электрических схем;

• обучить работать с научно-технической литературой;

• обучить самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования.

Развивающие:

• развить навыки инженерного мышления и умение самостоятельно конструировать технические устройства;

• развить навыки самостоятельной работы с литературой и Интернет-ресурсами;

• развить творческую активность;

• развить умение решать интересные практические задачи.

Воспитательные:

• воспитать умение работать в команде, уважение к коллективу, умение общаться со сверстниками и взрослыми, продуктивно работать в коллективе;

• воспитать уважение к чужому труду;

• воспитать интерес к конструированию и техническому творчеству

Учащиеся, для которых программа актуальна

Возраст обучающихся – 10-18 лет.

Количество детей в группе 8-15 человек.

Формы и режим занятий

Ведущая форма проведения занятий – групповая с индивидуальным консультированием.

Режим занятий

Занятия проходят 1 раз в неделю по 2 часа.

Во время занятий предусмотрен перерыв 15 минут (в конце каждого часа) на отдых, физкультминутки, проветривание.

Первый год обучения включает изучение 2D-моделирования и методы изготовления деталей на станке лазерной резки, ознакомительный курс по элементам технических устройств и изучение основ робототехники, изготовление несложного управляемого мобильного робота.

На втором году даются углубленные знания по тем же темам и дополнительно введены более сложные разделы, например, химические источники энергии, работа трансформатора, схемы беспроводного управления роботами. Учащиеся изготавливают более сложного робота с элементами манипуляторов.

Обучение проводится с учетом индивидуальных способностей обучающихся, их уровня знаний и умений. Базовые знания, полученные на теоретических и практических занятиях, позволяют перейти к углубленному изучению каждого из разделов программы и разработать более совершенного робота.

Занятия начинаются с теоретического материала в виде лекций, затем учебный материал закрепляется самостоятельно на практических работах.

Для самостоятельных работ по проектированию и изготовлению робота обучающиеся объединяются в команды до четырех человек. В течение учебного года команды делают роботов, с которым участвует в клубных, городских и всероссийских соревнованиях.

Теоретические занятия проводятся в виде:

- лекций;

- бесед;

- экскурсий;

- викторин;

- видеопросмотров сюжетов соревнований роботов и др.;

- дискуссий;

- игровых программ, конкурсов.

Основное время отводится практическим занятиям. Практические занятия проводятся в формах:

- индивидуальных творческих проектов по созданию

элементов робота;

- проектов, выполняемых командой;

- командных соревнований.

Сроки реализации программы: 2 года (160 часов). Программа рассчитана на 80 часов в год.

Планируемые результаты

По итогам реализации программы дети будут

Знать:

• правила безопасной работы на технологическом оборудовании и с инструментом;

• необходимое оборудование для создания деталей и сборки робота;

• терминологию (названия основных компонентов устройств);

• правила работы с литературой и интернет-ресурсами;

• правила составления принципиальных электрических схем;

• принципы проектирования и конструирования робототехнических устройств;

• основные приемы конструирования механических узлов, особенности сопряжения деталей и элементов;

• основные этапы развития робототехники;

• уровень развития робототехники в настоящее время;

• области применения роботов.

Уметь:

• определять параметры компонентов (сопротивления резисторов и кабелей; емкости конденсаторов; тока электродвигателей – пускового, при старте и торможении; напряжения аккумуляторов, батареек, адаптеров; тока и напряжения зарядных устройств; напряжения генератора в зависимости от числа оборотов и т. д.);

• изучать в действии технические устройства и их элементы (электродвигателей; планетарных, червячных, ременных редукторов; реле; электромагнитов; пневмоприводов и т. д.);

• проводить расчеты передаточных отношений редукторов, требуемой мощности электродвигателей по току, кабелей питания по допустимым нагрузкам;

• разбирать и собирать устройства (редукторов, электродвигателей, бытовой и офисной техники и т.п.);

• работать с научно-технической литературой, журналами, каталогами;

• разрабатывать чертежи деталей и сборок;

• пользоваться простыми измерительными приборами и инструментом;

• пользоваться слесарным инструментом;

• изготавливать детали на слесарном оборудовании;

• собирать механические узлы;

• читать простые электрические схемы;

• собирать электрические схемы для управления электроприводами;

• определять простейшие неисправности в работе схем;

• тестировать робототехнические устройства и их элементы;

• формировать команду для работы над проектом и распределять обязанности;

• готовить материалы к защите и уметь представлять их на семинарах;

• демонстрировать технические возможности роботов и принимать участие в соревнованиях роботов.