Конструктор LegoМaindstorms. Особенности и возможности использования в преподавании робототехники

LEGO Maindstorms Constructor. Features and possibilities of use in teaching robotics

Автор: Борина Ольга Вячеславована

МБОУ "Гимназия № 7", г. Чехов, Россия.

e-mail: tbocarova43@gmail.com

Borina Olga Vyacheslavovana

Gymnasium №7, Chekhov, Russia.

 e-mail: tbocarova43@gmail.com

Аннотация: В статье приводится описание практического опыта преподавания основ робототехники с использованием конструктора Lego Maindstorms. Представлено описание состава набора. Указаны особенности и возможности занятий робототехникой для учащихся. Выделены перспективы развития по данному направлению.

Abstract: The article is based on a description of the practical experience of teaching the basics of robotics using the Lego Maindstorms constructor. A description of the composition of the kit is provided. The features and possibilities of classes in robotics for students are indicated. The prospects of development in this direction are highlighted.

Ключевые слова: робототехника, конструктор Lego Мaindstorms, основы робототехники, обучение робототехнике.

Тематическая рубрика: Средняя школа, НПО, СПО.

Еще недавно, говоря о робо­тах, мы имели в виду научную фантастику или сильно отдаленное будущее. Но технологический процесс с невообразимой скоростью меняет окружающий мир, заставляя меняться нас и наши подходы к образованию детей. Робото­техника на сегодняшний день является самым перспектив­ным из инновационных нап­равлений.

С чем же ассоциируется у нас само понятие робототехника. И что такое робототехника?

Многие из нас в воображении рисует что-то человекоподобное, с механическими руками и ногами, или паукообразное.  Одним словом, представление о роботах у многих из нас достаточно узкое и однобокое. На самом деле современные роботы имеют самые разнообразные формы, размеры и назначение.

Робототехника - это создание роботов из специальных конструкторов.  В нашей школе проводится курс по робототехнике.   С этой целью мы используем наборы LEGO, в которые входят пластиковые детали, двигатели, различные датчики и программируемый блок. В комплект входит также среда разработки программ, непосредственно с которой и нужно работать, чтобы "оживить" робота.

А нужна ли детям робототехника в наше время?  Конечно, однозначный ответ: «Да». Ведь в настоящее время это направление становится всё популярнее. Робототехника становится все более и более популярной. На заводах трудятся руки-манипуляторы, профессиональным операторам и любителям на помощь пришли летающие дроны, чтобы облегчить жизнь хозяйкам, появились бытовые роботы пылесосы и мойщики окон, специальные роботы исследуют космос, а для того, чтобы помочь людям с ограниченными возможностями, появляются высокотехнологичные протезы и экзоскелеты. В XXI веке возможность заниматься робототехникой появилась не только у ученых, но у и школьников

Робототехника – это не будущее, это настоящее ребенка! Нет, безусловно у робототехники есть будущее, но занятия робототехникой позволяют совершенствовать свои навыки непосредственно в данный момент времени. Она развивает как физические, так и умственные способности ребенка. Сочетает в себе такие дисциплины, как математика, физика, информатика и логика, творческая деятельность и коммуникация с окружающими.  Никто точно не знает, что может быть популярно через 10-15 лет, ведь сейчас также активно развиваются такие направления, как искусственный интеллект и нейросети, которые, безусловно, будут тесто связаны с робототехникой. Поэтому занятия робототехникой решают проблему в данный момент, а не в абстрактном будущем – позволяют ребенку проникнуться инженерией с ранних лет, что, безусловно, поможет ему в дальнейшем определить вектор развития его как специалиста в том или ином направлении.

Да, к тому же, ребёнку интересно собственными руками создать настоящего робота и понаблюдать за результатом своих трудов. А перед педагогом стоит другая задача: познакомить детей с основами программирования, развить конструкторские навыки, логику, целеустремлённость, уверенность в себе. Робототехника – это идеальное сочетание развлечения с развитием, удовольствия с пользой.

Благодаря конструктору у детей развивается:

• мелкая моторика рук, стимулируется общее речевое развитие и умственные способности;
• правильное и быстрое ориентирование в пространстве;
• расширяется представление детей об окружающем мире;
• внимания, способности сосредоточиться, память, мышление;
• воображение, творческое мышление;
• умение мысленно разделить предмет на составные части и собрать из частей целое;
• общение друг с другом, уважение своего и чужого труда.

Занимаясь конструированием, дети приобретают навыки культуры труда: учатся соблюдать порядок на рабочем месте, распределять время и силы при изготовлении моделей и, следовательно, планировать деятельность.

Что такое Lego Education Mindstorms EV3?

Lego Education Mindstorms EV3 — образовательная робототехническая платформа, разработанная специально для учебных заведений. С помощью неё ученик сможет уже за первое занятие создать своего первого робота. Учебная программа на базе EV3 рассчитана на всю среднюю школу и может использоваться для старших классов.

Благодаря продуманным учебным материалам для учителя и учеников Mindstorms стал стандартом западных образовательных классов по робототехнике для детей и является самым популярным решением для оснащения классов робототехники в России.

Все детали имеют повышенную износоустойчивость и при адекватном использовании комплект способен пережить больше 10 учебных лет. А в случае повреждения одного из датчиков или соединительных проводов их можно докупить отдельно.

Мозгом платформы является программируемый Микрокомпьютер EV3 с экраном и портами ввода-вывода, он контролирует работу моторов и датчиков. Соединяются компоненты платформы специальными кабелями из комплекта.

При помощи датчиков робот воспринимает окружающий мир, а благодаря моторам – реагирует на него в соответствии с заложенной программой.

Структура наборов серии Mindstorms EV3.

Платформа EV3 состоит из Базового набора Mindstorms EV3 и 5-ти дополнительных наборов (три от Lego и два от Tetrix). Для работы с дополнительными наборами требуется наличие базового набора.

Является основой для всех дополнительных наборов, так как содержит микрокомпьютер EV3, основные датчики, моторы и строительные элементы, необходимые для построения более сложных моделей из инструкций дополнительных наборов. Рассчитан на сборку 5 моделей роботов.

В состав Базового набора EV3 входит:

• Программируемый микрокомпьютер EV3;
• 2 датчика касания;
• 1 датчик цвета;
• 1 ультразвуковой датчик;
• 1 гироскопический датчик;
• 1 средний мотор;
• 2 больших мотора.

Как можно увидеть, общего у наборов больше, чем различий. Остановимся более подробно на каждом компоненте.

Микрокомпьютер EV3. Модуль EV3 — это мозг вашего робота. Именно он будет выполнять вашу программу, управлять моторами, обрабатывать сигналы датчиков. К нему же они и будут подключаться: к буквам A, B, C, D подключаются моторы, к цифрам 1, 2, 3, 4 — датчики. В нем будут содержаться загруженные программы и некоторые другие функции.

Большой мотор. Данный мотор имеет встроенный энкодер (датчик вращения), который позволяет не только вращать мотор, но и отслеживать угол поворота с точностью до 1 градуса. Максимальная скорость вращения 160-170 оборотов в минуту. Так как моторов в наборе два, чаще всего они используются для передвижения робота.

Средний мотор. Средний мотор обладает меньшей мощностью, в сравнении с большим мотором, но большей скоростью вращения — 240-250 оборотов в минуту. Также имеет встроенный энкодер. Может использоваться для дополнительных хватающих приспособлений у робота.

Датчик касания. Датчик в виде кнопки, позволяет определить нажата ли эта кнопка, или нет. Может использоваться для запуска/остановки программы, определения роботом препятствия и многого другого.

Датчик цвета. Датчик цвета способен распознавать цвета (8 цветов). Кроме того, он может определять уровень освещенности, что позволяет использовать его для движения по линии. Распознавание цветов требуется в задачах сортировки объектов по цветам либо ориентирования по цветовым меткам.

Гироскопический датчик. Гироскопический датчик определяет вращение робота. Умеет измерять угол вращения в градусах и скорость вращения в градусах в секунду. Может использоваться для точного поворота робота.

Датчик расстояния (ультразвуковой датчик). Входит в состав образовательного набора. Датчик измеряет расстояние благодаря ультразвуку, подобно летучей мыши, он выпускает и принимает отраженные ультразвуковые волны. Измеряет расстояния от 1 до 250 см. Может использоваться для предотвращения столкновений с препятствиями.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что робототехника – это про автоматизированные системы, которые действуют по заранее заложенным программам. Роботы незаметно окружают нас. В основном, на производстве и в быту. В будущем появится множество профессий, связанных с робототехникой. Это будут инженеры, дизайнеры, тестировщики, мастера по ремонту вышедших из строя машин, программисты роботов и так далее. И помощником в этих начинаниях будет LEGO Mindstorms Education EV3 - это конструкторский набор программируемой робототехники, который дает возможность создавать и управлять собственными роботами LEGO. Этот набор, несомненно, вызовет интерес у учащихся, вдохновит их на совместное обсуждение реальных задач и поиск творческого решения, которые затем можно будет воплотить в жизнь, построив и протестировав робота.

Список литературы:

1. Образовательная робототехника в школе. Материалы интернет-конференции «Инновационные модели современного образования».
2. Наука. Энциклопедия. – М., «РОСМЭН», 2001г.
3. Энциклопедический словарь юного техника. – М., «Педагогика».
4. «Робототехника для детей и родителей» С.А. Филиппов, Санкт-Петербург «Наука» 2010г.
5. «Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3» - Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий, 2016.