Исследовательский проект по информатике "Программируемый робот Lego Mindstorms NXT"

Цель проекта:

обучение основам робототехники и создание действующий модели программируемого робота.

Методы проведенных исследований: конструирование и программирование.

Основные результаты научного исследования (научные, практические): разработана модель бота.

Введение.

Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, она легко вписывается в школьную программу обучения по техническим предметам. Ключевые опыты в физике и математике можно наглядно показать с помощью LEGO роботов.

Робототехника поощряет мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе.

Возможность делать и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет школьников находить решения без потери уважения среди сверстников. Робот не ставит оценок и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.

Различные языки программирования графическими элементами помогают школьникам мыслить логически и рассматривать вариантность действия робота. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.

Появление в школе комплекта Робототехники LEGO Mindstorms NXT нас очень заинтересовало. Это не просто детская игра, а целая наука, объединяющая в себя физику, математику, информатику, английский язык. Мы решили изучить данную науку, чтобы воплощать в роботах свои фантазии.

Цель проекта:

обучение основам робототехники и создание действующий модели программируемого робота.

Задачи проекта:

познакомиться с конструктором LEGO NXT.

изучить основы программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2. 0

сконструировать модель робота.

создать программу для управления роботом.

испытать полученного робота.

Основное содержание.

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом.

Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах-сиделках, роботах-нянечках, роботах-домработницах, роботах - всевозможных детских и взрослых игрушках и т. д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты обладающие знаниями в этой области.

Начинать готовить таких специалистов нужно в школе и с самого младшего возраста. Поэтому, образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. В качестве основного оборудования при обучении детей робототехнике в школах предлагаются конструкторы LEGO MINDSTORMS NXT.

LEGO Mindstorms NXT – это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота.

Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.

С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.

Весь материал - в документе.

	XIV Районная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»
Полное название темы работы	Программируемый робот Lego Mindstorms NXT
Название научного направления конференции и секции	Физико-математическое направление, секция: информационные системы и технологии в науке, технике, образовании (Программирование)
Тип работы	проектно-исследовательская работа
Возрастная номинация	14-16 лет
Фамилия имя автора, авторов	Слесаренко Константин
Территория	Абанский район
Место учебы:	МБОУ Абанская СОШ №4 им.В.С. Богуцкого
Класс	8
Место выполнения работы	Научное общество учащихся «Шаг в будущее»
Руководитель	Бобкова Юлия Валерьевна, СОШ №4, учитель информатики
Научный руководитель	-
Ответственный за корректуру текста работы	Бобкова Юлия Валерьевна, СОШ №4, учитель информатики
e-mail (обязательно) Контактный телефон	[email protected] 9831497894

АННОТАЦИЯ

Слесаренко Константин

МБОУ Абанская СОШ №4 им.В.С.Богуцкого, п.Абан, Красноярский край, 8 класс

«Программируемый робот Lego Mindstorms NXT»  Руководитель: Бобкова Юлия Валерьевна, СОШ №4, учитель информатики Цель проекта: обучение основам робототехники и создание действующий модели программируемого робота. Методы проведенных исследований: конструирование и программирование. Основные результаты научного исследования (научные, практические): разработана модель бота.

ВВЕДЕНИЕ

Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, она легко вписывается в школьную программу обучения по техническим предметам. Ключевые опыты в физике и математике можно наглядно показать с помощью LEGO роботов. 

Робототехника поощряет мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе. Возможность делать и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет школьников находить решения без потери уважения среди сверстников. Робот не ставит оценок и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.

Различные языки программирования графическими элементами помогают школьникам мыслить логически и рассматривать вариантность действия робота. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.

Появление в школе комплекта Робототехники LEGO Mindstorms NXT нас очень заинтересовало. Это не просто детская игра, а целая наука, объединяющая в себя физику, математику, информатику, английский язык. Мы решили изучить данную науку, чтобы воплощать в роботах свои фантазии.

Цель проекта: обучение основам робототехники и создание действующий модели программируемого робота. Задачи проекта:

• познакомиться с конструктором LEGO NXT

• изучить основы программирования в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0

• сконструировать модель робота

• создать программу для управления роботом

• испытать полученного робота

Предмет исследования: конструктор со средой программирования LEGO MINDSTORMS NXT. Гипотеза: робототехника позволяет воплощать в роботах свои фантазии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах-сиделках, роботах-нянечках, роботах-домработницах, роботах - всевозможных детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно в школе и с самого младшего возраста. Поэтому, образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. В качестве основного оборудования при обучении детей робототехнике в школах предлагаются конструкторы LEGO MINDSTORMS NXT.

LEGO Mindstorms NXT – это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота.

Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.

С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.

Изучаем программирование в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0

На этапе непосредственной реализации проекта мы занимались разработкой механизма робота на основе конструктора LEGO NXT.

Старались составить программу для управления роботом в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. Здесь столкнулись с небольшой проблемой, вся программа только на английском языке и нужно было переводить все термины и команды с английского языка на русский.

Итак, мы получили первую нашу модель робота, сборка проходила по шаблону, который предложила фирма Лего и составили программу для управления им.

Протестировали эту модель робота, нам она показалась слишком простой. Бот мог ездить вперед, назад, реагировать на звук, заезжать в гараж, пищать. Мы решили ее усовершенствовать, хотелось что то оригинальное и интересное. Добавили еще один мотор, колеса, глаза, датчик звука и косания.

Сборка новой машины

Результат новых усилий- собачка «Лейла»

Так возникла новая проблема, которую нужно было решить.

Мы изменили простые программы управления и написали программу с датчиком касания, наш бот может гулять, поворачивать головой. Составили программы для реагирования на предметы помещения.

Получилась машина, которая была в наших фантазиях. Она управляется дистанционно с помощью пульта, может двигаться во всех направлениях.

Теперь нужно протестировать ее работу. Мы довольны результатом. Получилось то, что мы хотели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Техническое творчество - вид творческой деятельности по созданию материальных продуктов - технических средств, образующих техносферу.

Программировать робота не сложно, если выучить свойства компонентов, это как иностранный язык, только для робота. Исследовав свойства, мы смогли быстро ориентироваться и быстро отдавать роботу приказы. Разрабатывая, программируя и тестируя робота, мы приобрели навыки в области конструирования и программирования, познакомились с процессами планирования, освоили алгоритмы пошагового решения задач, выработки и проверки гипотез, анализа неожиданных результатов. И научились вести себя как молодой ученый, проводя простые исследования, просчитывая и измеряя поведение, записывая и представляя свои результаты.

В результате исследовательского проекта Программируемый робот Lego Mindstorms NXT у нас получилась модель собачки, которая управляется с помощью пульта. Прежде чем электронное чудо из забавных деталей начнет двигаться, ощущать, осязать и распознавать, его создатель проведет не один захватывающий «мозговой штурм». Таким образом, робототехника, являясь одной из наиболее инновационных областей в сфере детского технического творчества, объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления научно- технического творчества: информационное моделирование, программирование, информационно- коммуникационные технологии. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов/Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 87 стр.

2. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.

3. Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011. – 32 стр.

4. Программное обеспечение MINDSTORMS NXT 2.0 .

Интернет ресурсы:

• http://lego.rkc-74.ru/

• http://www.lego.com/education/

• http://www.wroboto.org/

• http://www.roboclub.ru/

• http://robosport.ru/

• http://www.prorobot.ru/

8