UBTech uKIT Entry - magyar nyelvű tananyag / módszertani útmutató pedagógusoknak by MuzixGroup

Fordította: TASNÁDI ILDIKÓ, az ELTE Radnóti Miklós Gyakorló Általános Iskola és Gyakorló Gimnázium informatika szakos vezetőtanára

Szakmai konzulens: DR. FARKAS KÁROLY, a neveléstudomány kandidátusa

A szerzőkről

Zhang Jiang

PhD, a Pekingi Egyetem Rendszertudományi Iskolájának professzora, a Swarma Club és a Swarma Mesterséges Intelligencia Campus alapítója. Dr. Zhang fő kutatási területei a komplex rendszerek elmélete és a mesterséges intelligencia. Kiemelt oktatási témái a mesterséges intelligencia, a komplex gondolkodás, MATLAB alapok és alkalmazások, számítógépes modellezés és szimuláció, stb.

Liu Yan

PhD, Tudományos fokozatát, egyetemi docensi címét a Pekingi Egyetem Rendszertudományi Iskolában szerezte a komplex rendszerek elméletét és a kognitív idegtudományt tanulmányozva. Az alapfokú oktatásban a STEAM1 módszertan érdekli.

Wang Shuang

PhD, a Shenzhen UBTECH Robotics Corp. oktatási laboratórium vezetője, elkötelezett a mesterséges intelligencia, valamint a robotok oktatásban való alkalmazásának elméleti kutatása és továbbfejlesztése iránt.

He Yongzhen

a Pekingi Egyetemen az iskola előtti oktatásra szakosodott, a Kínai Tudományos Akadémia szoftverfejlesztési szakának vezetője, programozó, és hosszú ideje foglalkozik a diákok STEAM oktatásának kutatásával és megvalósításával.

STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts & Mathematics): olyan élményalapú tanulás és oktatás,

amely szervesen ötvözi a reál és természettudományos tantárgyakat a művészetekkel és a kreatív alkotással.

Tartalom Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása ................................................................................................................... 5 1. lecke: Hello, Robot! ....................................................................................................................................................... 9 2. lecke: Sorompó – Mozgásformák ............................................................................................................................... 21 3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása ........................................................................................................ 32 4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás................................................................................................................... 42 5. lecke: Elefántormány – Ízület és a mozgás szabadsága ............................................................................................ 50 6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás ............................................................................................................. 60 7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot ....................................................................................................................... 70 8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő ....................................................................................................................... 77 9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás..................................................................................................................... 85 10. lecke: Polip – Súlypotváltoztatás és a tárgy mozgatása .......................................................................................... 94 11. lecke: Emberke – Két lábon járás .......................................................................................................................... 101 12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot .................................................................................................................. 110

Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása

Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása Tudományos ismeretek oktatása egy robotika tanterv segítségével

A tudományos ismeretek fejlesztése a robotikán keresztül

Az évekig tartó tananyagszerkesztést követően, 2017 szeptemberében, Kína egész területén bevezetésre került a „Tudományos alapismeretek általános iskolásoknak” tanterv (2017-es változat) (továbbiakban Alaptanterv). Különös figyelmet fordítottak arra, hogyan lehet szervesen összekapcsolni a robotika és a tudományok ismeretanyagát. Ehhez be kellett vonni tanárokat, kutatókat, tankönyvírókat és osztálytermi szakértőket. Az eredeti forrás az uKit Robot alapfokú képzést használja példaként a kérdés feltárására és az iparági visszajelzésekhez.

Az Alaptantervben a tudományos ismeretek céljait és a tantervek ismereteit négy területre osztják, nevezetesen: Anyagtudomány, Élettudomány, Földtudomány és kozmológia, valamint Műszaki tudományok. A tananyagot a diákok életkora szerint három szakaszra bontják: 1-2., 3-4. és 5-6- osztály. A korábbi robotikatanterv informatikaközpontú volt, és a figyelmet a szoftverprogramozásra fordította, kiegészítve a hardveres ismeretekkel; hiányzott belőle a horizontális kapcsolat más tudományágakkal. Ez a módszertani útmutató megkísérli ötvözni az informatika tanítását a többi tudományterülettel is, az Alaptanterv szerint.

Kapcsolódó tartalmak az anyagtudományokkal Tananyag neve

A könyv fejezeteinek kapcsolódása az Alaptantervhez

Konkrét tartalom ebben a könyvben

Sorompó

4.3. fejezet: A robotkar mozgatásának különböző formái

A tárgy mozgásának útvonala meghatározhatja a mozgás formáját. Az egyenesvonalú mozgás.

Golfütő

5.2. fejezet: A tárgy mozgásának változása az adott tárgyra kifejtett erővel függ össze.

A labda által megtett távolság mind az ütés erejétől, mind a golyó tömegétől függ.

Csiga

5.1. fejezet: Néhány erő közvetlenül fejti ki hatását a tárgyakra.

Súrlódás az az erő, amely közvetlenül hat egy tárgyra, és amely megváltoztathatja annak sebességét.

Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása

Kapcsolódó tartalmak az élettudománnyal Tananyag neve

A könyv fejezeteinek kapcsolódása az Alaptantervhez

Konkrét tartalom ebben a könyvben

A száj

10.2. fejezet: Az emberi test a különféle mozgásformákhoz megfelelő szervekkel rendelkezik.

A száj nyitásához és zárásához szükséges mozgás.

Dinoszaurusz Polip

7.2. fejezet: Különféle állatok vannak a földön, mindegyik eltérő tulajdonságokkal rendelkezik.

A járás és a mozgás különböző formáinak összehasonlítása.

Emberke

10.2. fejezet: Az emberi test a különféle mozgásformákhoz megfelelő szervekkel rendelkezik.

A két lábon járás megértése a mozgás szempontjából.

Kapcsolódó tartalmak a műszaki tudományokkal Tananyag neve

A könyv fejezeteinek kapcsolódása az Alaptantervhez

Konkrét tartalom ebben a könyvben

Bionikus robot

17.1. fejezet: A műszaki innováció legtöbbször tudományos elveket alkalmaz.

A mozgó biológiai rendszer elsődleges szerkezetének megfigyelése, ezeknek a bionikus gépekkel való kapcsolatának a megértése, majd egy bionikus robot tervezése és megépítése.

A tudományos ismeretek iránti kíváncsiság fokozása a robotikán keresztül Az Alaptanterv javasolja a „Kutatás alapú tanulás bevezetését” a tanterv alapelveként, és „ezt a következő nyolc fő lépésben javasolja: Kérdések feltevése; Lehetséges válaszok megfogalmazása; Tervezés; Bizonyítékok összegyűjtése; Információk feldolgozása, Következtetések levonása; Az eredmények bemutatása, és Visszajelzés és értékelés ”. A tankönyv a tudományos kutatás különféle elemeit próbálja szervesen integrálni a robotika tantervbe. E célból a könyv fejezetei tartalmaznak egy önálló „Megfigyelés és következtetés” című részt. Ennek a kapcsolatnak az alapvető lépései a következők: A. A modell felépítése után a tanár kísérleti feladatokat ad a diákoknak, és útmutatást nyújt nekik a feltételezéseik igazolására.

A tanulók kísérleteket végeznek, például a modell hardverének és szoftverének módosítása, vagy a vezérlőegység változójának módosítása, amikhez a tanár különféle kísérleti feltételeket állíthat be előre.

A tanulók megfigyelik és rögzítik a kísérlet eredményeit.

A tanár segít a tanulóknak a tervek, a végrehajtás és az eredmények közötti megfelelés megtalálásában, a rendszeres következtetések levonásában, valamint az eredményeknek megfelelő hipotézis igazolásában vagy elvetésében. A következtetéseknek vagy a hipotézisnek meg kell felelnie a tanterv célkitűzéseiben várhatóan elsajátítandó ismereteknek.

Ennek egyik példája a Golfütő lecke. Miután a tanulók befejezik a robotmodell elkészítését és a futó program hibakeresését, az órának még nincs vége. Most kezdődhet a kísérletezés. Nézzük a „lengés idejét” és a „golyó tömegét” független változóként, és állítsunk be különböző lengési időket, és különböző tömegű golyókat adjunk a tanulóknak. Feladatuk, hogy megfigyeljék a mozgásbéli különbségeket különböző körülmények között, és rögzítsék az eredményeket. Ezután a diákok megállapíthatják a kapcsolatot a lengés ideje, a golyó tömege és a megtett távolság között. Az aktív kutatás és kutatásalapú tanulás révén a tanulók sokkal mélyebben megismerik a tudományt, szemben a passzív, előadásokon alapuló tanulási megközelítéssel.

Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása

A STEAM módszertan tantárgyközi megvalósítása a robotikán keresztül Az Alaptanterv a „Megvalósítási tanács” fejezetében rámutat arra, hogy „a tudomány szorosan kapcsolódik az általános iskolában tanított egyes tantárgyakhoz”, például a matematikához, a nyelvtanhoz és a testneveléshez. Különösen: „Az adatfeldolgozás és a modellezés a tudományban elválaszthatatlan a matematikától”; „Számos lehetőség van hallgatásra, beszédre, olvasásra és írásra a tudományos órán (nyelvi interakció).” Az Alaptanterv azt javasolja, hogy „vezessük be az interdiszciplináris tanulási stílust. A tudomány, a technológia, a mérnöki ismeretek és a matematika, azaz a STEM módszer alkotóelemei a tananyagszervezés módja, amelyet a projektalapú tanulás és a problémamegoldás irányít, és amely a tudomány, a technológia, a mérnöki ismeretek és a matematika területeit összefogja. ” Jelen tankönyvben az egyes elemek céljait a STEAM által megkövetelt öt területre bontjuk: tudomány (S), technológia (T), mérnöki ismeretek (E), művészet (A) és matematika (M). Ennél is fontosabb, hogy ezen tudományágak ismeretét nem külön kell tanítani; ehelyett a projektorientált tantervbe integrálják, a robotika témakörön belül. Szorosan összekapcsolódik a tanulók valós élettapasztalataival, amelyek alapján bővítik a különféle tudományágakhoz kapcsolódó ismereteiket, majd az integráción keresztül frissítik azokat.

Vegyük példa a Csiga leckét. A tantervi célkitűzések az alábbi öt területre oszthatók: 

Tudomány Időmérés és sebességszámítás. A súrlódás megértése.



Matematika Értse meg a távolság, a sebesség és az idő matematikai kapcsolatát.



Technológia Legyen képes két szervomotor forgásszögének és működési idejének a beállítására.



Mérnöki ismeretek Tudja szimulálni a csiga mozgását a két szervomotor összekapcsolásával.



Művészet és kreativitás Díszítse és varálja a csigát, és végül rendezzen csigaversenyt.

Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása

A tananyag összeállítása diákhoz igazodó módon Az Alaptanterv rámutat arra, hogy „a tankönyvek összeállítása során figyelembe kell venni a diákok tanulási módszereit, és arra kell törekedni, hogy visszajelzéseket adjunk a gondolkodásmódjukra, ahelyett, hogy a tananyagot hagyományos vagy egydimenziós módon mutatjuk be”. Ezért hat rész található a tankönyv minden fejezetében, összhangban a gyerekek megismerési sajátosságaival: Bevezetés; Előzetes ismeretek; Modellezés (összeszerelés); Tervezés (szoftverprogramozás); Megfigyelés és következtetés; További lehetőség. Az óra elején elő kell hívni a diákok előzetes tudását, kérdéseket kell megfogalmazni a témával kapcsolatban, majd be kell mutatni nekik a tananyaghoz tartozó elvégzendő feladatokat. Ezek után használhatók fel a diákok meglévő ismeretei az építési és programozási folyamatban, megvalósítva a régi és az új ismeretek összekapcsolását. Ezt követően a tanulók elkezdenek

építeni, programozni, és ezeket az ismereteket beépítik a gyakorlatba. Az ötödik lépés a „Megfigyelés és következtetés” szintén a kutatásalapú tanulás központi láncszeme. Végül további gondolkodásra kerül sor a diákok fantáziájának fejlesztésére. A tanulók érdeklődésének középpontjában egy robotmodell megtervezése és megépítése áll. Eközben kihívásokkal szembesülnek, megtapasztalják a gyakorlati kísérleteket és hibákat, folyamatosan foglalkoznak mind a szoftverrel, mind a hardverrel, és a problémamegoldás és a hibajavítás folyamatán keresztül elmélyítik a tantervi tartalmakat. Ezen túlmenően minden fejezetben található olyan viszonylag független rész, mint például „Szerelési probléma” és „Programozási nehézség”, amelyek felhívják a figyelmet a könnyen elhibázható és a nehezen értelmezhető műveletekre. Ez felgyorsíthatja és megkönnyítheti a diákok munkáját.

1. lecke: Hello, Robot!

1. lecke: Hello, Robot! Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány Ismerje meg a különféle típusú robotokat és azok alkalmazási területeit. Matematika Nincs kapcsolat.

Technológia Ismerje meg a robot szerkezetének öt fő részét: vezérlőegység, robottest, érzékelő, hajtómotorok és tápegység.

Mérnöki ismeretek Ismerje meg az uKit robotcsomag különböző részeit, azok funkcióit és a csatlakoztatásuk módjait.

Művészet és kreativitás Ösztönözze a robotika iránti tanulás és alkotás iránti érdeklődést.

Üdvözlünk a robotok csodálatos világában! Hol találunk robotokat? Lehet, hogy láttál már robotokat különféle filmekben és TV-műsorokban, mint például a humoros Big White, a heves Űrdongó, a szeretetre méltó Wall-E és a szuper energiájú Astro Boy.

Big White

Űrdongó

1. lecke: Hello, Robot!

1. Wall-E

Astro Boy

Lehet, hogy a valóságban léptél már kapcsolatba robotokkal, például a Roomba-val, amely kiporszívózza a házat, vagy az Újévi gálarobottal, ami zenére énekel és táncol, vagy egy robotszakáccsal, ami finom pizzákat, sushit vagy tésztákat készít, vagy robotpincérrel, ami az étteremben köszönti a vendégeket, és átveszi a megrendelést. .

Roomba

Újévi gálarobot

1. lecke: Hello, Robot!

Szakácsrobot

Robotpincér

Lehet, hogy nem tudsz róla, de sok robot dolgozik szorgalmasan az emberek számára olyan helyen, amire nem is gondolsz. Itt van például Kína első holdjárója, a „Jade Rabbit”, amely 972 napig járta a Hold felszínét. Vagy Kína saját fejlesztésű tengeralattjárója, a „Qian Long II”, amely 4500 m mélységig képes lemerülni; a sebészrobot, ami olyan ügyes, mint egy orvos, de sohasem fárad el. A lenyűgöző, csupán néhány mikron átmérőjű nanorobot képes az emberi erekben úszni, és pontosan eltávolítani a rákos sejteket.

“Jade Rabbit” holdjáró

“Qian Long II” tengeralattjáró

Sebészrobot

Nanorobot

Ezeknek a robotoknak hihetetlen képességeik vannak. Összegyűjthetik a holdport a világűrben, vagy tanulmányozhatják a tengeri életet az óceán mélyén. Vannak, amik egyszerűen csak a padlót felsöprik, míg mások mesés ételt készítenek számunkra. Legyen szó éneklésről, táncról, műtét elvégzéséről vagy a rák elleni küzdelemről, a robotok sokszínűsége és hasznossága túlmutat a szavakon. Ezt szem előtt tartva gondoltál már arra, hogy egyszer te is készíthetsz ilyen robotot a saját kezeiddel? Látva, hogy a saját robotod „életre kel” (működni kezd), és különféle műveleteket hajt végre, valóban ösztönző és nagyszerű érzés lesz.

1. lecke: Hello, Robot!

A robotoknak hasonlítaniuk kell az emberekre? Az előző leírásból észrevehetted, hogy egyes robotok hasonlítanak az emberekre, míg mások, például a Roomba, nem hasonlítanak hozzánk. A robot megjelenési formája nem igazán fontos. Az a fontos, hogy az említett robot képes-e utánozni az emberek cselekedeteit vagy viselkedését olyan módon, hogy az hasznos legyen számunkra.

Mi is pontosan egy robot? Miután ennyi robotot láttál, mit gondolsz, hogyan határozható meg a robot fogalma? Mi jellemzi a robotokat? A tudósok különböző válaszokat adnak erre: 1. meghatározás: "A robot egy programozható mechanikus és elektronikus eszköz, amely az emberi szándékoknak megfelelően különféle feladatokat képes elvégezni, és képes úgy érezni, gondolkodni és mozogni, mint egy ember". 2. meghatározás: "A robot olyan gép, amely automatikusan elvégzi a feladatokat." Melyik meghatározással értesz egyet? Valójában eddig még nem alakult ki egy egységes és egyértelmű meghatározás. A tudósok a legújabb kutatási eredmények alapján folyamatosan módosítják a robot meghatározását. Szóval, véleményed szerint, mi a robot? Írd le a robot meghatározását. Azt hiszem, a robot egy ………..

A robot felépítése Saját robot megépítéséhez először meg kell ismerned a különféle alkatrészeket és azok rendeltetését. Az emberek és állatok felépítése alapján egy robot öt alapvető részre osztható. 

Vezérlőegység



Test



Érzékelő



Hajtómotor



Tápegység

Vezérlőegység – A robot agya A vezérlőegység általában a robot testébe beépített mikrochip vagy egy külső távirányító, amelyet az ember működtet. Feladata olyan, mint az emberi idegközpont és az agy, amely irányítja a testünket és a mozgásunkat. A vezérlőegység határozza meg, milyen parancsokat kell a robotnak végrehajtania.

Microchip

LEGO Robot Infra Távirányítója

Test - A robot teste A robottest összeköti a robot különféle részeit, és különböző mechanikai és elektronikai alkatrészeket rögzít. A test véd a sérülésektől, és egységes egészet képez. A testnek számos különféle formája lehet, gyakori a keretszerkezet vagy az alváz.

1. lecke: Hello, Robot!

Alváz típusú robot

Keretszerkezetű robot

Érzékelő - A robot érzékszerve Mint az emberi szem, fül, orr, nyelv, bőr és más érzékszervek, a robotnak is szüksége van különböző érzékelőkre, hogy információkat kapjon a környezetéről.

Kamera

Mikrofon

Érintés érzékelő

Ultrahangos érzékelő

Gyorsulásmérő

Füstérzékelő

Hajtómotor - A robot mozgatórendszere Kerekek, lánctalpak, lábak A robotnak különféle mozdulatokat kell végrehajtania, mint például a Roomba esetében söpörni, fordulni vagy haladni, és így tovább. Ehhez szükséges a mozgatórendszer. A robot mozgatására a leggyakoribb mód a kerekeinek hajtása. A kerekek előnye a mozgékonyság és a jó kormányozhatóság. A sima és puha felületen való mozgáshoz a lánctalp jó választás, ezzel könnyű leküzdeni az akadályokat. Lábakkal ellátott robotok (emberekre és állatokra hasonlítanak), lehetnek 2, 4 vagy 6 lábúak. Általánosságban elmondható, hogy minél kevesebb a lábak száma, annál nehezebb megtervezni a robotot. Mit gondolsz, miért?

1. lecke: Hello, Robot!

Lánctalpas robot (Mik azok az érzékelők a feje fölött?)

Kerekes robot

Hatlábú robot Elektromotor A robot kerekei, lánctalpa vagy lábai nem tudnak önmagukban mozogni, ezeket kell meghajtani egy villanymotorral. Az elektromotor, ha áramot kap, akkor forog, és megforgatja a kerekeket, gördíti a lánctalpat, vagy előre-hátra mozdítja a lábakat. Természetesen az elektromotor a robot súlyát növeli. Egyszerűen fogalmazva: az elektromotor az a gépelem, amely forog, ha árammal tápláljuk.

elektromotor

Elektromotor: a bemenete villamos energia, a kimenete mozgási energia

Az elektromotor forog és meghajtja a forgórészt

1. lecke: Hello, Robot!

Hagyományos motor és szervomotor A hagyományos motor bekapcsolás után forog, de nem ellenőrizzük, hogy mekkora fordulatot tesz meg. Csak akkor áll meg, amikor kikapcsoljuk. A szervomotor intelligensebb, mint a hagyományos motorok. Tengelye elfordulásának mértékét egy elektromos áramkör vezérli. Automatikusan leáll, amikor a kijelölt helyre fordult. 0 fok

45 fok

180 fok

A szervomotor meghatározott szögben tud elfordulni.

Tápegység - A robot energiaforrása Az embereknek és az állatoknak minden nap táplálkozniuk kell, hogy legyen energiájuk. A robotok leggyakoribb energiaforrása az akkumulátor. A akkumulátorok helyett használhatunk egyszer használatos száraz elemet is. Az akkumulátort lemerülése után feltölthetjük újbóli felhasználásra. Az eldobható száraz elemeket kimerülésük után meg kell semmisíteni, és újra kell cserélni.

Robot és egyszer használatos száraz elemek

Újratölthető akkumulátorok a takarító robotban

1. lecke: Hello, Robot!

Az uKit robot szerkezete Most nézzük meg, hogy milyen részek alkotják az uKit robotot, amelyet használni fogunk! Vezérlőegység doboza

Szervomotor

Akkumulátor

Test

Akkumulátor csatlakozó

Pin csatlakozási helyek

Szerelésnél használható rögzítőelemek Különböző érzékelők, kapcsolóelemek csatlakozási aljzata

Töltő aljzat

1. lecke: Hello, Robot!

A vezérlődoboz és a vezérlőegység A világoskék hasábalakú egység az uKit fő kezelődoboza, amiben a vezérlőegység is megtalálható, ez az uKit robot agya. Ehhez a dobozhoz különböző részegységek csatlakoztathatók. Összepattintható kapcsolóelem

Akkumulátor

Töltő

Csap

Vezeték

Vezérlődoboz és különféle részegységek

uKit építőelem: Test Az uKit csomag tucatnyi különböző formájú, méretű és színű építőelemet tartalmaz, amelyekből összeállítható a robot teste. Az építőelemeknek nagyon sok fajtája van. A többi elemhez való kapcsolódás módja alapján ezek két főkategóriába sorolhatók: összepattintható vagy csapos kötés. Összepattintható kötés Az összepattintható kötés esetében a két kötőelem közül az egyiknek négyzet alakú kiálló része van, a másikon egy négyzet alakú horony, bemélyedés van. Amikor a kiálló részt behelyezzük a horonyba, akkor egy kattanás jelzi, hogy a két elem összekapcsolódott. Horony; bemélyedő rész

Kiálló rész

Az összepattintható kötés kiálló és hornyos részeleme külön

és összekapcsolva

Legtöbbször mindkét rész, mind a kiemelkedés, mind a hornyos rész megtalálható egy építőelemen, ami megkönnyíti több építőelem egymást követő összekapcsolását. Amikor csak két kiálló résszel rendelkező építőelemet használunk, akkor ezekhez hornyos elemeket tudunk csatlakoztatni.

1. lecke: Hello, Robot!

Építőelem kiálló részekkel és horonnyal

Építőelem csak kiálló résszel Építőelem csak horonnyal

Csapos kötés Van egy másik fajta építőelem-típus, amely sok furatot tartalmaz. Két, furattal ellátott építőelemet egy hengeres építőelemmel, a csappal köthetünk össze.

A furatos alkatrészeket a sárga csappal kell összekötni.

Különböző furatos építőelemek

Különböző összekötő csapok

Összepattintható és furatos építőelemek összekötése Látva, hogy az összepattintható építőelemeket a kiálló rész és a horony, a furatos elemeket pedig a csap köti össze blokkokká, akkor vajon, hogyan kell csatlakoztatnunk az összepattinthatós építőelemet a furatossal? Az uKit készletben erre két összetett csatlakozóelem szolgál. Ezzel a két közbenső résszel kapcsolhatjuk össze az összepattintható és a furatos építőelemeket. Furattal és kiálló résszel rendelkező elem (kék) Furattal és horonnyal ellátott építőelem (sárga)

1. lecke: Hello, Robot!

Érzékelő Az uKit alapcsomagjában nincs érzékelő. Vagyis az alap uKit robot nem lát, nem hall; ehelyett egyszerűen végrehajtja az előre beállított rögzített műveleteket. Még mindig vak robot vagyok, és nem látok semmit!

Az infravörös, érintőképernyős és egyéb érzékelőket azonban megtaláljuk az uKit következő készletében. Ezek teszik lehetővé a robot számára a további funkciók megvalósítását. Használatukkal a robot képes lesz a viselkedését a külső információk alapján változtatni, ezáltal okosabbá válik.

Szervomotor: a mozgatóegység Az uKit csomagban négy fekete szervomotor található. Forognak, ha áramot kapnak, és így a robot mozgatható elemein különböző műveleteket hajtanak végre. A szervomotoroknak egymást megkülönböztető jelzése van, például az ID-01. Így nem keverjük össze őket.

Bár mind a négyen egyformák vagyunk, más és más a nevünk.

Négy szervomotor-testvér Általános ismeret: Miért fordulhat a szervomotor a kijelölt helyre? Mint tudjuk, a szervomotor intelligensebb, mint a hagyományos motor. Nem forog tovább, csak a kijelölt pontig. Mi teszi ilyen okossá? Szereljük szét a szervomotort, és vegyük észre, hogy a szervomotor belsejében van egy hagyományos motor is.

1. lecke: Hello, Robot!

Természetesen vannak más alkatrészek is a házban, például motorvezérlő NYÁK (nyomtatott áramkör), potenciométer és fogaskerekek. Ezek együttműködése készteti a szervomotort, hogy a kijelölt helyre forduljon.

fogaskerék készlet

motor

potenciométer

motorvezérlő

A szervomotorban a hagyományos motor mellett egyéb alkatrészek is találhatók.

Akkumulátor: Tápegység Az uKit robot tápegységként hasábalakú akkumulátort használ, amely a vezérlőegység dobozában kapott helyet.

Az akkumulátor teteje

További lehetőség Képzelj el egy robotot, nevezd el, és röviden ismertesd a feladatát.

Az akkumulátor alja

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány Értse általánosságban az egyenes vonalú mozgást, valamint, hogy a mozgás formája meghatározható a tárgy útvonala szerint.

Matematika Ismerje meg a szög pozitív és negatív értékét. Tudjon rajzolni körívet.

Technológia Ismerje meg a szervomotor fordulatszámának és elfordulási szögének beállítását. Tudjon bluetooth kapcsolatot teremteni a számítógép és a vezérlőegység között.

Mérnöki ismeretek Valósítsa meg a sorompó mozgását adott szög és irány szabályozásával.

Művészet és kreativitás Nincs kapcsolat.

Bevezetés Most, hogy megismerted az uKit csomag különféle részeit, készítsünk egy igazi robotot.

Egykarú ipari robot Néhány robotnak teljes teste van, például, amelyek táncolnak és énekelnek az újévi gálán, míg mások csak egykarúak, mint például az autógyárban dolgozó szerelőrobotok.

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák A kapuknál vagy parkolóházaknál látható sorompók a kar felemelésével és leengedésével teszik lehetővé az autók szabályos ki- és behajtását.

Tudod, hogy működik a sorompó? Hogyan emelkedik és ereszkedik a sorompókar? Az emberi kar mozgását a váll stabilizálja. Mi biztosítja a sorompó karjának a forgását?

Előzetes ismeretek További információk a szervomotorról Vedd ki a fekete szervomotort a csomagból, és nézzük meg együtt. Forgasd el kézzel! Azt a részt, amely forog, forgópanelnek nevezzük. Találd ki, hogy mire szolgálnak ezek a szimbólumok: ▲, ■, ★, ● a forgópanelen? Mivel azt tervezzük, hogy a forgópanel 0 °-ról kezd forogni, ezért össze kell hangolnunk a forgópanel ▲ mintáját a szervomotor oldalán található │ jellel, és azt kell a kiindulási pontnak tekintenünk. Minden szervomotoron található egy rész, amelyen ID-01-hez hasonló szám van; ez a szervomotor egyedi neve, ami megkülönbözteti a többitől.

Szükséges alkatrészek

Készítsd elő a szükséges alkatrészeket: a vezérlőegységet, egy C4-es kapcsolóelemet és az 1-es szervomotort. Kell még 10 db C6-os elem, és 1 db C3-as elem.

Ezekből az elemekből összeállíthatunk egy egyszerű sorompót. Kezdjük el.

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Modellezés (összeszerelés) Következő lépésként kapcsold be a rendelkezésre álló eszközödet (számítógép, tablet vagy okostelefon), Ennek segítségével, lépésről-lépésre felépítheted a robotot a indítsd el az UBTECH EDU applikációt, bemutató alapján. és válaszd ki a következő menüpontokat: 2 Entry→Automatic Lifting Lever→Build→Build Model .

Szerelési problémák

1. probléma: Nehezen illeszthető a szervomotorra a C3-as elem. Tipp: Sokkal könnyebb, ha meglazítod kissé a C3-as elemet (az u-alakú elem két szárát távolítsd egymástól), majd így toldd rá a szervomotorra.

2. probléma: A C6-os elem beszereléséhez és eltávolításához egy bizonyos mértékű erő szükséges. Ezt ki kell tapasztalni. Ha az elem nincs rendesen beépítve az összeszerelés során, a kar nem lesz egyenes! Tipp: Az elemet addig kell benyomni, amíg egy kattanás jelzi, hogy a helyén van.

A példák Androidos okostelefonra készült App-ból valók. Más operációs környezetben lehetnek eltérések a menüpontok

elnevezésében.

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Mozgástervezés (programozás) Összeszerelés után az alkalmazásból a következő menüpontokat kell kiválasztani: Act→Action Edit → New action. Ezen a felületen lehet majd utasításokat adni a robotnak.

Válaszd ki a szervomotor ikonját, hogy be tudd állítani a robotkar elforgatási szögét képkockánként. Beállítható tartomány: -118°és 118°

Mozgasd a csúszkát. Használd az idősávot az egyes műveletek végrehajtási idejének beállításához. Ezt megteheted minden keretben. A beállítási tartomány 80-5000 ms.

Önműködő karmozgás

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Bluetooth kapcsolat A következő lépés nagyon fontos. Csatlakoztasd a vezérlőegység dobozát a számítógéphez vagy a rendelkezésre álló egyéb eszközödhöz3 Bluetoothon keresztül, hogy az eszközöd bármely parancsát el tudja küldeni a robot vezérlőegységének. Így a robotot a saját eszközödről irányíthatod.

Programozási nehézségek 1. hiba: Nem találod a Bluetooth kapcsolatot 1. Ellenőrizd, hogy bekapcsoltad-e a vezérlőegységet. Egy kis zöld fény jelzi, ha ezt megtetted. 2. Tartsd a vezérlőegységet a lehető legközelebb a rendelkezésre álló eszközödhöz. 3. A Bluetooth-kapcsolat elindításához kattints a jobb alsó sarokban lévő piros ikonra. A készülék elkezdi keresni a környezetében található Bluetooth eszközöket. 2 hiba: Rossz vezérlőegységhez csatlakoztál Mi történik, ha a keresés több eszközt azonosít? Ha a két összekapcsolni kívánt eszköz azonosító számának utolsó négy karaktere különbözik egymástól, akkor nem érzékelik egymást, nincs kapcsolat. A két eszköz azonosítóinak az utolsó négy karaktere meg kell egyezzen.

Az eszközön látható kapcsolódott eszköz száma (az utolsó 4 karakter)

A vezérlődoboz hátlapján található szám (az utolsó 4 karakter)

A két számnak azonosnak kell lennie.

Amennyiben a következő kép jelenik meg, tudhatod, hogy sikeresen csatlakoztattad a vezérlőegységet a Bluetooth-on keresztül az általad használt készülékhez. Ellenőrizd, hogy a vezérlőegység és a szervomotor száma megegyezik-e.

Továbbiakban „rendelkezésre álló eszköz”

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Parancs kiadása Játszottál már valaha távirányítóval? A távirányítóval előre, hátra lehet mozogni, illetve balra vagy jobbra fordulni. Hasonló módon lehet a sorompó felemelkedő és leereszkedő karját irányítani. Szög beállítása: Az ujjad segítségével a szervomotor íves csúszkáján változtasd meg a szög nagyságát. Ellenőrizd, hogy a sorompókar követi-e az irányt, emelkedik vagy lesüllyed. Sebességszabályozás: Mozgasd a szervomotor vízszintes csúszkáját és figyeld meg, hogyan változik a karmozgás sebessége!

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Betanító programozás A robot nem mozog önmagában, hanem a rendelkezésre álló eszközön keresztül irányítjuk azt. Fantasztikus dolog, hogy végrehajtatunk vele lépésenként egy-egy mozgásfázist, majd mentés után a mozgássort egyben lefuttatjuk. Ez a „betanító programozás" lényege. Betanító programozás: Mentsd el a szervomotor forgásának kívánt szögét és sebességét időrendi sorrendben; ezzel lehetővé teszed a robotnak, hogy az előre beállított mozgássort követve önmagában mozogjon. Alapelv: Szög- és sebességértékek sorozatát mentjük el a robot memóriájában későbbi felhasználásra, akárcsak egy magnószalagon. A betanító programozást az alábbi lépések segítségével valósíthatod meg: (1) Lépj be a szerkesztő felületbe. A szervomotor még mindig készenléti állapotban van, és kézzel nem mozgatható. (2) Kattints a piros kerek gombra.

(3) Megjelenik a rögzítő felület.

(4) A szervomotor kikapcsol. Most a sorompókart kézzel bármilyen szögbe elforgathatod, és ezzel megtervezheted a robot mozgásának egy fázisát. (5) Kattints a felvételgombra, és így elvégezted a mozdulat rögzítését a robot memóriájában. (6) Visszatérve a szerkesztő felületre, megjelenik egy szervomotor modul.

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

(7) Kattints a modulra, és láthatod a kézzel beállított forgatási szöget (90°).

(8) Ismételd meg a (2) - (6) lépéseket, és folytasd az új mozgásfázisok rögzítését, amíg elkészül a mozdulatsorod.

Mekkora a szervomotor szögértéke, amikor a kar elfordult a kijelölt helyre? A fenti műveletben láthatod, hogy a sorompókar különböző helyekre fordulhat, miután a szervomotorhoz különböző szöget állítottál be. Próbáld meg beállítani a kart a táblázatban megadott irányokba, hogy az a megadott helyekre forogjon, és jegyezd fel, hogy a szervomotor milyen szögben lesz.

A kar elhelyezkedése Függőleges Vízszintes Ferde

A szervomotor szöge

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Megfigyelés és következtetés – Mozgásformák Mozgásformák Sokféle mozgás létezik. Amikor egy tárgy mozog, akkor bejár valamilyen utat, ez a mozgás nyomvonala. Az útvonal formáját tekintve meghatározható a mozgás típusa, például egyenes vagy görbevonalú mozgás.

Egyenes vonalú mozgás

Körmozgás

Görbe vonalú mozgás

Hullámmozgás

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

Milyen a sorompó mozgási pályája? Amikor a sorompókar függőleges helyzetből vízszintes helyzetbe mozog, figyeld meg, milyen az útvonala. Jelöld a helyes választ.

□ egyenes vonal

□ tört vonal

□ körív

Módosítsd a sorompókart: Ha nem látod jól a sorompókar pályáját a levegőben, akkor erősíts egy tollat gumiszalaggal a kar végére, és a tollat érintsd egy táblához. Indítsd el a programot úgy, hogy a sorompókar vízszintesből függőleges helyzetbe forogjon, és nézd meg, hogy a toll milyen vonalat rajzol a táblán.

Fizikai kísérlet: Nyújtsd ki a karodat a kezedben egy krétát tartva. A krétát érintsd a táblához. Forgasd vállból a karodat, és nézd meg, hogy mit rajzoltál a táblára. Ügyelj arra, hogy a karod nyújtva maradjon.

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák

További lehetőség Kérdések Milyen más tárgyakat tudsz említeni a környezetedből, amelyek képesek köríves mozgásra? Melyik részük mozog? Próbálj meg hasonló modelleket építeni, és programozni azokat, mint például a hinta, az inga és az integető szerencse macska.

Hinta

Inga

Hogyan lehet a sorompót tovább fejleszteni, hogy jobban működjön? Például: Csatlakoztass két kart egy kettős sorompó kialakításához. Fordítsd meg, és láb lesz belőle. Találj ki újabb környezetet a sorompónak, például építsd hozzá egy pakoló portájához.

Összefoglalás Milyen körülmények között használható a szervomotor? Hogyan lehet a sorompókart gyorsabban és magasabbra emelni?

Integető szerencse macska

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány A száj kinyitása és bezárása (Biológia és mechanika).

Matematika A nyitott és csukott száj által bezárt szög szerepe.

Technológia Értse meg a szájmozgás lényegét.

Mérnöki ismeretek Ismerje meg a vezérlőegység funkcióját és csatlakozási módját. Tudja ellenőrizni a nyitott és a csukott száj által bezárt szöget méréssel.

Művészet és kreativitás Nincs.

Bevezetés A száj mozgása A száj az otthona az ízlelésnek, az öt érzék egyikének, és főként étkezéshez és beszélgetéshez használjuk. Észrevetted már, hogy a táplálék méretétől függ, hogy mekkorára nyitjuk a szánkat? A különböző arckifejezések esetében is lehet különböző méretű a szájnyílás.

Szélesre nyitott száj

Keskenyre nyitott száj

Meglepődés

Boldogság

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

Miért nyithatjuk a szánkat kicsire és nagyra? Nézzük meg az arc csontjait!

felső állcsont

Kérdés: Mitől függ a nyitott és a zárt ajkak által bezárt szög? A felső állcsont vagy az állkapocscsont mozgásától? Nézd meg csoporttársad szájmozgását, vagy tedd az ujjad saját állkapcsodra. Megfigyelés után azt tapasztaltam, hogy a(z) __________________ mozgása okozza a száj nyitását és zárását.

alsó állcsont

Vedd elő a rendelkezésre álló eszközödet. Ebben a leckében egy “Üvöltő szájat” fogunk összeállítani, és ellenőrizzük vele a megfigyeléseket.

arcin csontjai: a felső állcsont az alsó állcsont The Az bones the mouth include the és maxilla and the mandible

Előzetes ismeretek A szervomotor áttekintése Az előző leckében egy sorompót szereltünk össze a szervomotorral. Nézzük át a szervomotor használatát. Vegyél ki egy fekete szervomotort a csomagból. Keresd meg a szervomotor forgópaneljét. Emlékezz vissza, hogy össze kell hangolnunk a forgópanel ▲ mintáját a szervomotor oldalán található │ jellel, és azt kell a kiindulási pontnak tekintenünk.

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

Ismerkedés a vezérlődobozzal Akkumulátor Akkumulátor töltöttség jelző A vezérlődoboz bal oldalán található, és a vezérlőegység aktuális állapotát jelzi: Piros fény: töltődik; Zöld fény: teljesen feltöltve; Villogó zöld fény: működik.

Töltő aljzat 4-tűs csatlakozó aljzat 3-tűs csatlakozó aljzat

Külső LED csatlakozás Kapcsoló csatlakozó aljzat Vedd ki az MC vezérlődobozt a készletből. A vezérlődoboz a robot központi része, amit az “agynak” tekinthetünk. Amikor a vezérlődobozt Bluetooth-on keresztül csatlakoztatjuk a mobiltelefonhoz, akkor a telefonnal vezérelhetjük a robotot. Ezen a dobozon különböző nyílások, lyukak és csatlakozó aljzatok találhatók. Nézzük meg ezek elhelyezkedését az alábbi ábrán! Keresd meg a csatlakozó aljzatokat, és számold meg, hány van a belőlük. Az aljzatok közül 3-3 a vezérlődoboz oldalain, kettő (7-es és 8-as számú) pedig a tetején található meg. Nagyon fontos, hogy a különböző vezetékeket a megfelelő helyre csatlakoztasd.

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

Szükséges alkatrészek Keresd meg a következő alkatrészeket a készletben: a vezérlődobozt és az ID-01-es szervomotort; 1 db C2-est, 3 db C5-öst, 4 db C6-ost, 5 db C8-ast, 5 db C15-öst, és 2 db ettől különböző színű C15-ös elemet, valamint a képen látható további elemeket. Ügyelj arra, hogy az összes alkatrészt használd fel az építés során.

Most már egyszerűen megépíthetjük az „Üvöltő szájat” a leírás szerint. Kezdjünk neki.

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

Modellezés (összeszerelés) Indítsd el az UBTECH EDU applikációt, és válaszd ki a következő menüpontokat: Entry→Grabber→Build→ Build Model. Ennek segítségével, lépésről-lépésre felépítheted a robotot a bemutató alapján. Szerelési problémák

1. probléma: A P47-es kötőelemen van egy kiemelkedés, amely a P47-es elemet két különböző hosszúságú részre osztja. Ha nem figyelsz, könnyen fordítva szereled. Tipp: ①Ha kép alapján szerelsz, akkor vedd észre, hogy a hosszabb szakaszon van egy négyzet alakú jel.②Megtalálod, ha forgatod az alkatrészt.

2. probléma: Nehezen illeszthető a C3-as elem a szervomotorra. Tipp: Óvatosan húzd szélesebbre a C3-as elemet, majd pattintsd rá a szervomotorra. (Lásd az előző leckében leírtakat.)

3. probléma: A C8-as elem beszerelésekor könnyen illesztheted rosszul az alkatrészt. Tipp: Forgasd el az elemet, és győződj meg arról, hogy a ▲

minta a C8-as elem külső részén van.

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása felső állcsont

37 Felső állcsont: A kék és szürke P16-os elemeket összekötjük és rögzítjük, hogy ne tudjanak elmozdulni. Alsó állkapocscsont: A C8-as és a P19-es elemeket a megfelelő módon összekötjük, és a szervomotorhoz rögzítjük. A szervomotor ezen része felle mozgatható.

alsó állkapocscsont Az üvöltő száj „csontja”

Mozgástervezés (programozás) Összeszerelés után a következő menüpontokat válasszuk ki: Act→Action Edit→New action. Itt találjuk a modellünk programozásához szükséges utasításokat. Mielőtt neki kezdünk a programozásnak, gondoljuk végig, hogy hány lépésben hajtjuk végre az étel elfogyasztását. 1. a száj kinyitása; 2. az étel behelyezése; 3. a száj bezárása. Ebben a leckében csak az első és a harmadik lépést valósítjuk meg. Ezt a két lépést “nyitásnak” és “zárásnak” neveztük el. Nyitás

Zárás

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

A Bluetooth kapcsolat áttekintése Emlékszel még, hogy mit kell tenned programozás előtt? Először is létre kell hoznunk a Bluetooth kapcsolatot. Nézzük át azokat a lehetséges problémákat, amelyekkel a Bluetooth kapcsolat során találkozhatunk.

Lehetséges hiba Nem találsz egyetlen Bluetooth eszközt sem a keresés során.

1. 2. 3.

Ellenőrizd, hogy bekapcsoltad-e a vezérlőegység dobozát. A vezérlődoboz és a vezérlést végző eszközöd közötti távolság ne legyen túl nagy. A Bluetooth kapcsolat elindításához kattints a sarokban látható piros ikonra.

Az Üvöltő száj távoli vezérlése mobiltelefonnal  A “nyitás” és a “zárás” utasítások programozása: húzd a szervomotor modulját a kijelölt területre, és figyeld meg a száj működését mozgás közben. Ellenőrizd, hogy a nyitási és zárási állapot -118 és +118 fok között van-e. Egy szögérték jelenik meg a szervomotor modulján, amikor az Üvöltő száj “becsukódik” (zárás állapotában van). Az alsó állkapocs leesik, ha csökkentjük a szervomotor forgásszögét. Próbálkozz, és keresd meg a megfelelő szögértéket. A próbálkozások (hibakeresés) után az Üvöltő száj nyitási és zárási tartománya ______________________ fok között van.

 A “nyitás és zárás sebességének” programozása:

 A műveletsor elnevezése

sebesség kijelzője

Figyeld meg, hogy milyen érték jelenik meg a szervomotor első modulja alatt, amikor a második modul is megjelenik. Kattints rá, hogy lásd, mi történik. Itt állíthatod be a szervomotor mozgásidejét, hogy a száj gyorsabban vagy lassabban csukódjon vagy nyíljon ki.

sebesség beállítása

Válaszd ki a “” szimbólumot, és nevezd el a műveletsort. Nagyszerű, igaz?

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

A műveletsor elnevezése

Megfigyelés és következtetés – A tengely és az erő elemzése A tengely helyzete Kérdés: Megfigyelted már az alsó állkapocs helyzetét beszélgetés vagy étkezés közben? Miért van az, hogy néha nevetés után nem tudjuk becsukni a szánkat, nem tudjuk összezárni az alsó és felső fogsorunkat? Ilyenkor kiakad az alsó állcsont a helyéről. Mi lehet ennek az oka? Amikor kinyitjuk és bezárjuk a szánkat, az alsó állcsont az ízületben meghatározott mértékben mozoghat. Ha túl nagyra nyitjuk a szánkat, akkor az alsó állcsont ízülete kiugrik a helyéről, és ez okozza az alsó állcsont kiakadását.

Az állkapocs helyzetei

zárva nyitva kiakadt

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

Az Üvöltő száj melyik része működik tengelyként, amikor kinyílik és bezárul? Írj programot a száj kinyitására és bezárására. Megfigyelés után azt tapasztaltam, hogy az Üvöltő száj nyitásakor és bezárásakor a ______________ ___________ működik tengelyként.

Az erő forrása Kérdés: Ugyanolyan erővel rágunk egy szelet tortát, mint egy csontdarabot? Elég finoman kell harapnunk ahhoz, hogy élvezhessük a puha ételeket, például egy darab finom süteményt. Sokkal nagyobb erőfeszítést igényel, ha kemény ételeket, például csontot rágunk. Mi irányítja szánk erőkifejtését? A harapás ereje az ízületnél található rágóizomból származik. Ez az izom teszi lehetővé számunkra a rágást, a különféle keménységű ételek feldarabolását.

Gondold végig, hogy az Üvöltő száj ereje honnan származik?

Az Üvöltő száj szerkezetében az állkapocs a szervomotorból és más alkatrészekből áll össze, és a szervomotor mozgatja a többi alkatrészt. Így az Üvöltő száj ereje a ______________________________-ból származik.

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

További lehetőség Kérdés

Jegyezd meg!

A természetben egyes állatok, például a kígyók, képesek saját átmérőjüknél nagyobb méretű táplálékot lenyelni. Ennek oka, hogy kígyók alsó állkapcsa kiakasztható. A kígyók akár 130 foknyira is kitáthatják a szájukat.

Az ember szája az alsó és a felső állkapocsból áll. Az alsó állkapocs mozgása teszi lehetővé a száj nyitását és zárását. Az alsó állkapocs ízülettel kapcsolódik a koponyához. Ha túlságosan szélesre tátjuk a szánkat, akkor az alsó állkapocs kiakadhat.

Tudod, hogy mely állatok tudnak saját átmérőjüknél nagyobb táplálékot lenyelni?

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány Az erő képes egy tárgy helyzetét megváltoztatni.

Matematika Távolságmérés.

Technológia A szervomotor forgásszögének és működési idejének beállítása.

Mérnöki ismeretek A golfütő mozgásának megvalósítása; a távolság és sebesség vizsgálata.

Művészet és kreativitás A modell kreatív díszítése.

Bevezetés Mennyit tudsz a golfról? Mi történik a golflabdával miután azt elütik? Mi határozza meg a labda repülési magasságát, sebességét és a megtett távolságát? A tudomány és a technológia gyors fejlődése eredményeképpen, az általunk létrehozott robotok jobban játszhatnak golfot, mint egy profi golfozó. 2016-ban az LDRIC nevű golfrobot egy ütéssel lyukba talált az Egyesült Államokban, a Waste Management Phoenix Openen.

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Ma megtanuljuk, hogyan kell felépíteni egy golfrobotot, amely képes az ütőt lendíteni, és eltalálni a golflabdát.

Előzetes ismeretek Tehetetlenség A golflabda statikus állapotból mozgási állapotba kerül, amikor a golfozó elüti a labdát. A golfozó által kifejtett erő a labdához tovább adódik, amikor a labdához ér az ütő. Minél nagyobb a labdára kifejtett erő, annál magasabbra és távolabbra repül a labda.

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Milyen jelenségek kapcsolódnak a tehetetlenséghez? Fékezés

Szükséges alkatrészek

Elkészült modell

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Modellezés (összeszerelés) Nyisd meg az applikációt, keresd meg a “Golf club” modellezését, és kezd el az összeszerelést. Szerelési útmutató Hogyan építsünk egy golfütőt? Hogyan tudjuk összeállítani a golflabda kiindulópontját/támaszpontját?

Hogyan kapcsolódik a golfütő a szervomotorhoz? Hogyan lehet az ütőt lengetni?

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Tervezés (szoftverprogramozás) Összeszerelés után alkalmazzuk, amit megtanultunk az előző leckékben, és miután létrehoztuk a Bluetooth kapcsolatot, válasszuk ki az “Act” →“Action example” menüpontokat.

Programozd be a golfütő lengését! Minél nagyobb a lengési szög, annál távolabb repül a labda. Ugyanakkor egy adott lengési szögnél a labda különböző távolságokra repül, attól függően, hogy mekkora a szervomotor sebessége.

Szög beállítása: íves csúszka A tanulók óvatosan állítsák be a lengési szöget, és figyeljék meg a golfütő különböző szögértékeit.

Sebességszabályozás: vízszintes csúszka Próbáljunk ki különböző paramétereket a lengési sebesség szabályozásához (például 100 ms, 400 ms, 1000 ms), hogy lássuk a különböző hatásokat.

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Rögzítsd az 1. képkockát!

Rögzítsd a 2. képkockát!

Rögzítsd a 3. képkockát!

A betanító programozás után sikeresen befejezted a lecke ezen részét.

Megfigyelés és következtetés Hogyan lehet megmérni egy mozgó tárgy által megtett távolságot? Használhatsz olyan eszközöket, mint például a vonalzó vagy a mérőszalag, hogy megmérd, milyen messzire jutott a tárgy. Helyezd a vonalzó kezdőpontját arra a helyre, ahol a mozgás kezdődik. Állítsd a vonalzót a tárgy által megtett útvonal mellé. A tárgy véghelyzetének értéke lesz a tárgy útvonalának a hossza; ez jelezi, hogy milyen távolságot tett meg a kiindulási ponthoz képest.

A képen látható építőelem 10 cm-t mozdult el.

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Módosítsd a lengés sebességét. A golfütő mozdulatsora három lépésből (képkockából) áll. Az első az ütő megemelése, a második az ütő lendítése és a labda elütése, a harmadik pedig az ütő visszajuttatása a kiindulási helyzetbe, és jöhet a következő ütés. Most változtassuk meg a golfütő lengési idejét. Ezt a második lépésnél (képkockánál) tudjuk megtenni a vízszintes csúszka segítségével. Figyeld meg, hogyan változik a labda által megtett távolság, ha a lengési idő 600 ms, 400 ms vagy 200 ms. Vedd elő a vonalzót, és mérd meg, milyen messzire gurult a labda, és jegyezd fel az alábbi táblázatban. Lengési idő

600 ms (lassú)

400 ms (közepes)

200 ms (gyors)

A labda által megtett távolság (cm) Összegzés: a megfigyelés alapján megállapítható, hogy a ________________ lengési idő esetén _________________ a golyó gördülési távolsága. Változtasd meg a ladba súlyát. Következő lépésként használjunk különböző súlyú golyókat az elütéshez. A műanyag, a fa és a fém golyók könnyebb, közepes és nehéz súlyúak. Ismételd meg a korábbi méréseket, és jegyezd fel az eredményeket. Milyen különbségeket fedeztél fel a megtett távolságokban? Rögzítsd a megfigyelésed eredményeit. Különböző súlyú labdák

Műanyag labda (könnyű)

Falabda (közepes)

Fémlabda (nehéz)

A labda által megtett távolság (cm) Összegzés: a megfigyelés alapján megállapítható, hogy a ________________ súlyú labda esetén _________________ a golyó gördülési távolsága. Változtasd meg egyszerre a lengés sebességét és a labda súlyát. Ha érdekel, kipróbálhatsz valami mást is. Vedd elő a vonalzót, és mérd meg, milyen messzire gördülnek a különböző súlyú golyók a különböző sebességek mellett, és írd be az adatokat az alábbi táblázatba. 600 ms

400 ms

200 ms

Műanyag labda Falabda Fémlabda

További lehetőség Feladat

Összefoglalás

A diákok tetszőlegesen díszíthetik robotjaikat, és tehetik szebbé, egyedivé azokat.

Ugyanazt a labdát a nagyobb erő, ugyanaz az erő a könnyebb labdát repíti messzebbre.

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

Játék (választható) (1) Góllövő játék

(2) Céllövés

Építsetek kiskaput az elemekből, és versenyezzetek, ki tud több gólt ütni.

Készítsetek céltáblát. Helyezzétek az asztal közepére, és a közepén helyezzetek el egy papírba csomagolt labdát. A golfütő segítségével úgy állítsátok be a sebességet és az irányt, hogy az ütő által elütött labda minél jobban megközelítse a középre helyezett labdát, azaz érjen célba.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

5. lecke: Elefántormány – Ízület és a mozgás szabadsága Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány Megismerni az emlősök váz- és izomrendszerét, ízületeit. Megérteni a csontok, ízületek és izmok mozgásának a típusait.

Matematika A síkok és szögek fogalmának megértése. Tudja kiszámítani az ujjcsontok számát a négy matematikai alapművelettel.

Technológia Legyen képes két szervomotor forgásszögének és működési idejének a beállítására.

Mérnöki ismeretek Tudja szimulálni az elefántormány mozgását két szervomotor azonos és ellentétes irányú forgásának kombinációjával.

Művészet és kreativitás Gondolja át és fogalmazza meg, hogyan lehet egy szimulációs robotkart a jövőben alkalmazni.

Bevezetés Tudod-e, hogy hány csont van két kezed öt-öt ujjában? Számoljuk meg! Tehát, összesen hány ujjperc van a tíz ujjban? Hogyan számoltad ki? Írd le matematikai képlettel a számítás menetét:

Válasz: az emberi kezeken, az ujjakban összesen ……… ujjperc van. Szerinted melyik ujjad tud a legszabadabban mozogni, melyiknek van a legnagyobb mozgástere? Miért? A hüvelykujjban ….. ujjperc van. A mutatóujjban ….. ujjperc

Figyeld meg az egyes ujjak mozgási tartományát, és tapasztalataidat két percben beszéld meg társaddal. Azt hiszem, hogy a legnagyobb mozgástartományú ujj a(z) ……………….. .

A középső ujjban ….. ujjperc A gyűrűsujjban ….. ujjperc A kisujjban ….. ujjperc.

Azért, mert:

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

Előzetes ismeretek Az előző vizsgálat alapján most már tudjuk, hogy egy kézben tizennégy ujjperc van, és két kezünkben összesen huszonnyolc. Milyen csontok találhatók még az ujjperceken kívül a kézben? Új ismeret 1. A csontok száma és típusa a tenyérben

A mutatóujj, a középső ujj, a gyűrűsujj és a kisujj mindegyikének három ujjperce van.

A hüvelykujj ettől eltér, mert csak két ujjperce van.

Az ujjperchez kapcsolódó csontot kézközépcsontnak nevezzük, s a kézfejben öt kézközépcsont van.

Az ujjpercek és a kézközépcsontok mellett még nyolc kéztőcsont van a kézben.

Tehát a kéz 27 csontból áll. Öt kézközépcsont, nyolc kéztőcsont és tizennégy ujjperc található egy kezünkben.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága Röntgen és a röntgensugár

Wilhelm Conrad Röntgen Wilhelm Conrad Röntgen, német fizikus, 1895-ben felfedezte a róla elnevezett röntgensugárzást. Észrevette, hogy amikor a röntgensugarak áthaladtak a testén, és elérkeztek egy fotólemezre, akkor a csontok kirajzolódtak a lemezen.

Már tudjuk, hogy a hüvelykujj rendelkezik a legnagyobb mozgástartománnyal, és ez a kezünk leghajlékonyabb ujja. Nemcsak a tenyerünk felé hajlik, hanem a mutatóujjunk felé is. Hogyan lehetséges ez? Csuklóízület Az ujjpercek csuklóízülettel kapcsolódnak egymáshoz. Az ajtó csuklópántja lehetővé teszi azt, hogy az ajtó csak egy irányba forogjon. Ugyanez vonatkozik a csuklóízületre, amely egyirányú hajlítást és nyújtást tesz lehetővé. Ilyen ízület van a könyökben és a térdben is.

Nyeregízület A test egyetlen nyeregízülete a hüvelykujjízület, amelyen a hüvelykujj ujjperce kapcsolódik a kézközépcsonthoz. Alapmozgásai a hajlítás és nyújtás, illetve a közelítés és a távolítás, a tenyérrel és a többi ujjal való szembe fordítás. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően mozgékonyabb a többi ujjnál.

Új ismeret 2 Az ízületek mozgástípusai A csontvázban két vagy több csont mozgatható kapcsolódása az ízület. Az ízületek a csontok különféle elmozdulását teszik lehetővé. Többek között ezért vagyunk képesek futni, ugrani, írni és más összetett mozgásokat végezni. Az ízületek összekötik a csontokat, biztosítva ezzel a csontváz stabilitását is. A testünkben körülbelül 400 ízület van. Mindegyik ízület kissé különbözik a többitől.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

Új ismeret 3 A csontokat összekötő izom Azért mozogsz, mert izmaid vannak. A csontokhoz tapadó izmok mozgatják a csontokat. Egyes izmok mozgását tudatosan irányítjuk, például amikor kezünkkel kinyitunk egy könyvet. Vannak olyan izmaink is, amelyeket más módon kontrollálunk. Ilyenek például a testtartás kialakításáért felelős izmok. Izom Ín

Csont

Izomszerkezet Az izom rugalmas, szalagszerű képlettel, inakkal kötődik a csonthoz. Az inaknak köszönhetően képes a csont rugalmasan mozogni a kívánt irányba.

Csontvázunk, ízületeink és izmaink nemcsak azt teszik lehetővé számunkra, hogy változatosan mozogjunk, hanem azt is, hogy mozgásunkat összehangoljuk. Meg tudod mondani, hogy a képeken látható állatok testének melyik az a része, amelyik a legmozgékonyabb?

Az én legmozgékonyabb pontom a ( ….).

Az én legmozgékonyabb pontom a (….. ).

A robot mozgása a szervomotoron múlik, ami éppen olyan, mint az ember csuklóízülete, és csak egy irányba tud mozogni: előre vagy-hátra. Nézd meg a golfrobotot, amit korábban készítettünk. Észreveszed a hasonlóságot?

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

Ha egy robotot tervezünk, akkor elvárhatjuk, hogy hajlékony legyen. Szeretnénk, ha nemcsak balra és jobbra lengene, hanem más irányba is kinyúlna.

Nem lenne jobb, ha robotunk nemcsak „csontokkal” és „ízülettel” rendelkezne, hanem „izomrendszerrel” is, mint például az elefántok ormánya?

Az elefántormány működésének bemutatásához két szervomotort használunk. Ez egy kissé trükkösebbé teszi a kihívást. Szerelési útmutató 1. lépés: Építsd meg az elefánt fejét.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága 2. lépés: Építsd meg az elefánt ormányát.

3. lépés: Rakd össze az elefánt fülét.

4. lépés: Összeszerelés.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

Modellezés (összeszerelés) Tekintsük át az építés folyamatát. Az applikációból válaszd ki a következő menüpontokat: “Little elephant trunk”→ “Build”, kezd el az összeszerelést.

Tervezés (szoftverprogramozás) Összeszerelés után létesíts Bluetooth kapcsolatot, és kattints az “Act”→“Action edit” menükre. Először utánozzuk le azt, ahogyan az elefánt felemeli az ormányát.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

Ez után szimuláljuk, hogy előre nyújtja az ormányát.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

A következő lépésben állítsuk 45°-os szögbe az elefántormányt.

Végezetül állítsd vissza az ormányát az eredeti helyzetébe (felfelé). A szervomotoroknak (1-es és 2-es) együtt kell mozognia. Ezt a műveletet hosszú időre állítsd, hogy jól láható legyen a különbség az egyidejű és az elkülönülő mozgások között.

Megfigyelés és következtetés Beszéld meg a csoportod tagjaival: 1. Hány szervomotorra van szükségünk az alábbi mechanikus kar megépítéséhez? 2. Mire használható ez a mechanikus kar? Ismertess legalább két alkalmazást.

5. lecke: Elefántormány.– Ízület és a mozgás szabadsága

További lehetőség Kérdés Milyen további műveletek tervezhetők a robot elefántormánnyal?

Összefoglalás Jegyezd meg!

A két kéz ujjperceinek a kiszámítása: A következő műveletet kell elvégeznünk: (3*4 + 2)*2 = 28. A számítások tartalmazhatnak szorzást, osztást, összeadást és kivonást. A műveletek végzésének helyes sorrendje: először végezzük el a szorzást és az osztást, majd az összeadást és a kivonást. Ha zárójel is van a műveletben, akkor mi a helyes sorrend? Ujjainkban kétféle ízület van: a csuklóízület és a nyeregízület. A csuklóízület csak egy irányban mozoghat, a nyeregízület pedig két irányban. Az embernek, mint a legtöbb emlősnek, bonyolult felépítésű a csontváza. Az ízületekkel kapcsolódó csontokat izmok mozgatják. A csontok, ízületek, izmok együttműködése teszi lehetővé, hogy összetett mozgásokat végezzünk. .

Egy kis játék (választható) Koordinációs játék Tegyétek egy csoportba az „elefántormány” robotokat. Állítsatok be mindegyiken azonos műveletsort, és indítsátok el egyszerre, hogy láthassátok, robotjaitok ugyanolyan szabályosan működnek-e, mint az Újévi gálarobotok. (Megjegyzés: a műveletsor beállításakor minden robotnál azonos időbeállításokat kell programozni.)

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány Időmérés és sebességszámítás. A súrlódás megértése.

Matematika Értse meg a távolság, a sebesség és az idő matematikai kapcsolatát.

Technológia Legyen képes két szervomotor forgásszögének és működési idejének a beállítására.

Mérnöki ismeretek Tudja szimulálni a csiga mozgását két szervomotor forgásának kombinációjával.

Művészet és kreativitás Nincs.

Bevezetés Találós kérdés: Melyik állat szeret az eső után azonnal előbújni? A csiga! A csiga kedveli a nedves környezetet. Eső után a levegő magas páratartalma kedvező a csiga számára. Tehát kimásznak rejtekhelyükből, és jól érzik magukat.

Mit tudsz a csigákról? Tudod, hogyan mozognak? A csigák hasoldalán a csúszótalpat alkotó bőrizomtömlő hullámszerűen húzódik össze és ernyed el. A csigák nyálkás csúszótalpukon lassan haladnak előre. Képes a csiga gyorsabb mozgásra? Hogyan kell kiszámítani a mozgó csiga sebességét?

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

Előzetes ismeretek Szerelési útmutató Hogyan kellene megépíteni a csigát? Milyen a csiga testfelépítése? A csiga teste leegyszerűsítve három részre tagolódik: ház, hasláb és fej. ház

fej ház fej

láb hasláb

Modellezés (összeszerelés) Lássunk neki! Az applikációból válaszd ki a következő menüpontokat: Entry → Snails → Build→Build Model.

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

Az alkalmazásban bemutatott módon lépésről lépésre felépíthetjük robotunkat. Szerelési problémák

1. probléma: A C13-as és C14-es elemek nagyon hasonlóak, ezért ügyelj arra, hogy

ne keverd össze azokat. Ehhez a robothoz a C14-es darab szükséges. Tipp: hasonlítsd össze azokat, és próbáld megkülönböztetni a kettőt egymástól.

2. probléma: A P34-es elemet ferdén kell felhelyezni a csiga szemének

kialakításához. Ez egy kicsit nehéz lehet, gondosan végezd.

Tervezés (szoftverprogramozás) Összeszerelés után, az applikációból választd a következő menüpontokat: Act-→Action Example. A csiga lábait két szervomotor váltja fel. Az 1. szervomotor elöl és a 2. szervomotor hátul. A korábbi leckékben már megtanultuk, hogyan lehet egy szervomotort használni és irányítani. Most először nézzük meg, elemezzük ki, hogyan kell két szervomotornak együttműködnie, hogy a csigánk tudjon mozogni. A csiga elöl lévő szervomotorjának programozása: a négy mozdulatsorban először a 2. szervomotor forog, majd vele együtt forog az 1. szervomotor, és így a csiga előre tud mozdulni.

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

A csiga hátsó szervomotorjának programozása: a négy mozdulatsorban az 1. szervomotor fordulatszáma nagyobb, majd a 2. szervomotor együtt működik ezzel a forgással, hogy a csiga vissza tudjon húzódni.

A fenti példaprogramok csak kiindulási alapok, amit a diákok újragondolhatnak és átírhatják azokat. Elkezdődhet az igazi programozás, hogy a csiga mozogni tudjon. Kattints az “Action Edit” parancsra: a két szervomotornak együtt kell működnie, és a forgásszög nem lehet túl nagy, nehogy a csiga „elessen”.

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

Egyensúly vezérlése: íves csúszka Lassan változtasd a szöget, és figyeld meg, hogyan változik a csiga mozgása. Ha a szervomotor szöge túl nagy, akkor a csiga felborul, és nem lesz képes fenntartani az egyensúlyát.

íves csúszka

A vizsgálat szerint a csiga szervomotorjának szögtartománya az egyensúly megtartása érdekében a következő: az 1. szervomotor forgási tartománya ___________, a 2. szervomotor forgási tartománya ___________.

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

Megfigyelés és következtetés – Időmérés, sebességszámítás Mozgásban lévő tárgy mozgásidejének mérése

Miután beprogramoztuk a csiga egyensúlyának megtartását, mérjük meg, hogy mennyi idő alatt tesz meg valamekkora távolságot. Nyiss meg egy stopperóra alkalmazást, például az okostelefonon, és ellenőrizd, hogy az időzítő nullán áll-e.

Amint a csiga haladni kezd, nyomd le a stopperóra „Start” gombját, ezzel elkezded az idő múlását mérni.

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

Amikor a csiga áthalad a második vonalon, nyomd meg az stopperóra stop gombját a mérés befejezéséhez. Most már tudod, mennyi ideig tartott a csigának áthaladnia a kijelölt a távolságon.

Sebességszámítás A sebesség azt jelzi, hogy a tárgy milyen gyorsan mozog. A sebesség kiszámításához meg kell mérni a távolságot és az időt. A tárgy által egy adott időben megtett távolság a sebesség. Más szavakkal, a sebesség egyenlő: távolság osztva az idővel.

𝑆𝑒𝑏𝑒𝑠𝑠é𝑔 =

𝑡á𝑣𝑜𝑙𝑠á𝑔 𝑖𝑑ő

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

A golfütő leckében megtanultad, hogyan lehet mérni a tárgyak által megtett távolságot egy vonalzóval. Most számítsd ki a csiga mozgásának sebességét. Írd le a képletet és az eredményt az alábbi sorba:

A lábat alkotó alkatrészek hatása a súrlódási erőre és a sebességre A csiga szerkezetének változásai hatással vannak-e a csiga sebességére? ①

Adj egy P79-es elemet a csiga hátsó “lábához”.

Helyezd az így kiegészített csigát a startvonal mögé. Így mérd meg a haladás idejét. Mekkora most a csiga sebessége? Írd le a képletet és az eredményt az alábbi sorba:

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

② Távolítsd el a P79-es elemet hátulról és a C4-es elemet elölről, és szereld fel előre a P79-es elemet.

Ismételd meg a sebességmérést. Ne felejtsd el az időt is rögzíteni. Milyen gyors most a csiga? Írd le a képletet és az eredményt az alábbi sorba:

Gondolkodj! Miért más a sebesség, ha ugyanazt a szerkezeti elemet különböző helyekre építjük be? Magyarázat: A P79-es elem felszerelése megváltoztatja a súrlódást, amikor a csiga mozog. A súrlódás olyan erő, amely akadályozza a mozgást, amikor a mozgás során egy tárgy érintkezik egy másik tárgy felületével. Összegzés: Ha a P79-es elemet a csiga elejére helyezünk, akkor a sebesség _____________ (nagyobb/kisebb) lesz; amikor a csiga hátsó részéhez illesztjük, akkor a sebesség _______________ (nagyobb / kisebb) lesz. Tehát a súrlódás vagy akadályozza a mozgást, vagy elősegíti azt.

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

További lehetőség Kérdések ① Próbál meg módosítani a csiga szerkezetét a rendelkezésre álló elemekkel. A fekete gumi vajon növeli a súrlódást a csiga és a talaj között? ② Ha a fekete gumit különböző helyeken rögzíted, akkor az eltérő eredményekhez vezet-e az ellenállás szempontjából?

Összefoglalás Jegyezd meg! A matematikában a sebesség az időegység alatt megtett út. A sebesség kiszámításához ismernünk kell a megtett út és a megtételhez szükséges idő nagyságát. A súrlódás mindenhol létezik az életben. A súrlódás akadályozhatja vagy elősegítheti (felgyorsíthatja) a mozgást.

Kiegészítő olvasmány A természetben sok állat csúszik, például a hernyók és a kígyók. Bár mindkettő csúszik, különböző a technikájuk. A legtöbb hernyó ritmusos izomösszehúzódással és elernyedéssel mozog. Ebben a leckében a csiga mozgását vizsgáltuk meg. Ezt a lassú, csúszómozgást úgy tudtuk elérni, hogy a szervomotor szögét csak kis mértékben változtattuk meg. Ezzel szemben a képen látható hernyó mozgásához a szervomotor szögét sokkal nagyobb mértékben kellene elforgatni, hogy a robot haladása a képen látható mozgással megegyezzen.

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány Az erő, a mozgás, a súlypont és a stabilitás.

Matematika A szög és a görbe.

Technológia Több szervomotor egyidejű működtetése. Csatlakozások a csapos és az összepattintható kötések között.

Mérnöki ismeretek Valós problémák vizsgálata és modellezése.

Művészet és kreativitás A modell kreatív tervezése és díszítése.

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot

Bevezetés Gondoljátok végig, milyen robotokat állítottunk össze év eleje óta.

Robot = Humanoid? 1. Van valami közös a sorompó és a golfütő robot között?



Egyetlen „kar”, ami fel-le mozog.



Mindkettőnek van egy „karja”.



……

Az osztály közösen beszélje meg a válaszokat. A diákok mutassák be, hogyan lehet az alábbi kis modellt használni a sorompó és a golfütő utánzására.

A diákok vegyék ki a központi részt és tanulmányozzák azt.

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot Ez egy robot?

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot 4.

Rendezzetek csoportversenyt egy integető medve összeszerelésére. Melyik csoport lesz a leggyorsabb? Amire még szükség lesz: 

a test (vezérlőegység + csatlakozó),



egy másik kar,



két láb.

Az összeszerelés után, a tanár segítségével mutassátok be az integetés műveletét.

73 6.

Gondolkodás és megbeszélés 

A robottervezés részei – építsük meg a karokat és a lábakat külön-külön, majd szereljük össze azokat.



Mi az integető robot legfontosabb alkotóeleme? Ugyanaz, mint a sorompó és a golfütő esetében?



(Nyitott kérdés) Mindezek után, mit tekintünk robotnak?

Ipari robotok

Jellemzően az ipari gyártásban vannak jelen. Kiváltják az emberi munkaerőt.

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot

Ipari robot készítése önállóan 1.

Gyakorlati probléma: könyvek mozgatása.

Képzelj el és gondolj végig néhány emberi megoldást tárgyak mozgatására.

Áttolás

Felemelés és lecsúsztatás egy pálya mentén

Felemelés levegő befújással

Kézi mozgatás

Hogyan hajt végre a robot ilyen műveletsort az embereket utánozva?

Gondolj arra, hogy a robotok nagyon hasonlítanak az emberekhez. A dolgok felemelésekor meg kell hajolniuk, meg kell fogniuk azokat, és végül fel kell emelniük. Most válaszolj a következő kérdésekre: 

Melyik rész mozog?



Hogyan?

Játszd el, mutasd be a mozdulatot. Mi lesz a mozgás eredménye? Hogyan működnek együtt az egyes részek a tárgyak mozgatásánál?

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot

A kép alapján ez a robot három részre osztható.

Csoportokban dolgozva készítsetek ehhez hasonló rakodó robotot. Milyen részekből áll a robot? Mi az egyes részek funkciója? Melyik részt lehet forgatni? (Vagyis szükséges-e szervomotort használni?) Milyen szerelőelemek szükségesek a megépítéséhez? Hogyan kell a különböző alkatrészeket összekapcsolni?

Feladat Nézd át önállóan az eddig tanultakat, és tervezd meg a saját ipari robotodat. Következő alkalommal mutasd be az osztálynak. Az értékelés szempontjai: Szervomotorok száma (0-4 pont) Eredmény

Mozgás és összehangolás (1-3 pont)

Tervezés és kivitelezés (1-3 pont)

Összesen (2-10 pont)

7. lecke: Szintmérő feladat – Ipari robot

Ipari robottervező verseny 1.

Felkészülés a csoportos bemutatóra (1)

Az elvégzendő feladat: Készítsetek egy robotmodellt, ami mobiltelefonnal vezérelhető, és készítsetek vázlatot róla papíron.

(2)

Válaszoljátok meg a következő kérdéseket: ①

Milyen robotot alkottatok?

②

Mit csinál a robot?

③

Milyen részekre osztható a robot? Mik az egyes részek feladatai?

④

Melyik rész képes forogni, és hogyan forog?

⑤

Hogyan osztottátok meg a munkát?

⑥

Milyen nehézségekkel szembesültetek a robot felépítése és programozása során, és hogyan oldottátok meg azokat?

Az elkészített robot bemutatása csoportonként

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány Ismerje meg a súrlódási erőt — a súrlódó felületek érdessége. 2.

Matematika Nincs.

Technológia Legyen képes három szervomotor forgásszögének beállítására és azok összehangolására.

Mérnöki ismeretek Szimulálja a kígyó mozgását három szervomotor felhasználásával.

Művészet és kreativitás A kígyó fejének és farkának díszítése.

Bevezetés Láttál már valaha kígyót? A kígyók karcsúak, nincs szemhéjuk és külső fülük, és a fejüktől a farkukig pikkely borítja a testüket. Ragadozó hüllők. A legtöbb kígyó szárazföldön él, de vannak olyanok is, amelyek életük egy részét vízben töltik. Néhány fajuk pedig szinte egész életét vízben tölti.

A kígyók olyan állatoktól származnak, amelyeknek valaha négy lábuk volt. Ezek a végtagok fokozatosan tűntek el az evolúció folyamán. A napjainkban ismert kígyók a hasi pikkelyeik és hajlékony gerincük segítségével gyorsan mozognak, ami segíti túlélésüket.

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Előzetes ismeretek A csigának, amelyet az utolsó leckében építettünk, szintén nem volt lába. A kígyók és a csigák közös jellemzője, hogy mindkettő felemelkedik a felszínről, hogy haladni tudjon. A különbség az, hogy a csiga a csúszótalpán mászik, míg a kígyó hasi pikkelyeire támaszkodik. Tudjuk, hogy egy csiga mozgásának sebessége függ a súrlódástól. Van-e kapcsolat a kígyó sebessége és a súrlódás között? Miért nem „csúsznak el” a kígyók, amikor mozognak? [Jegyezd meg!] Súrlódás Milyen jelenségeket tapasztalunk a mindennapi életben a súrlódással összefüggésben? Mint mindannyian tudjuk, sokkal könnyebb egy tárgyat kerekeken tolni, mint a nélkül. Ennek az az oka, hogy a tárgy és a talaj közötti súrlódás kisebb az első esetben. Amikor a csigát vizsgáltuk, megtudtuk, hogy a súrlódás akadályozhatja vagy elősegítheti (felgyorsíthatja) a mozgást. A jármű mozgását a kerekek és a föld között súrlódás teszi lehetővé. Olyan könnyű!

Ez olyan nehéz!

Tolni egy tárgyat kerekek nélkül

Tolni egy tárgyat kerekeken

A súrlódás pozitív erő előrehaladáskor és ellenálló erő megálláskor. Összefoglalva: az ember mindennapi élete elválaszthatatlan a súrlódás jelenségétől. Ha nem lenne súrlódás, akkor nem lennénk képesek járni, és a járművek sem tudnának mozogni. Tehát a súrlódás nagyon fontos. A mechanikai szerkezet építési útmutatója Milyen a kígyó testfelépítése? Az utolsó leckében láttuk, hogy a csiga teste három részre osztható, nagyjából ugyanez vonatkozik a kígyóra is. Van feje, törzse és farka.

fej

törzs

farok

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Ne feledjük ezeket a részeket. A csiga lábát két szervomotorral építettük meg. Működni fog ez a kígyó esetében is? A kígyó teste hosszú. A világ leghosszabb kígyója 15 méter, míg a legrövidebb is 11 cm. Tehát a kígyó testéhez legalább három szervomotorra van szükség.

fej

test

farok

Modellezés (összeszerelés) A C3-as szervomotor dekorálása Általánosságban elmondható, hogy a robotok „puszta csontvázának” a látványa nagyban befolyásolja a megjelenésüket. A szervomotoron található csatlakozási helyek alkalmasak arra, hogy dekoráció segítségével módosítsuk a robot kinézetét.

A fenti alkatrészek használhatóak a díszítésre.

A farok díszítése A farok összeszereléséhez a P27-es építőelemet használhatjuk díszítésként. Ez a használható a kígyó és majd egy későbbi leckében a skorpió farkának a díszítésére is.

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Csatlakozó vezeték Hosszabb modellnél (több szervomotor esetében) a távolabbi szervomotor közvetett módon, a közbenső szervomotoron keresztül, csatlakoztatható a vezérlőegységhez.

Tervezés (szoftverprogramozás) A kígyó egyedülállóan sokféle módon mozog. Leggyakrabban kígyózó vagy hullámmozgással halad előre, ilyenkor a kígyótest vízszintesen ívelt. Másodszor, egy kígyó „mászhat” is – ilyenkor bordái előre-hátra szabadon mozoghatnak. Harmadszor, ott van a harmonikamozgás - a kígyó a teste első részét megemeli, és amennyire csak lehetséges, előre nyújtja magát. Miután elért valamit, amire támaszkodhat, a kígyó a hátsórészét is előre húzza. Ez az alternatíva, amikor előre kinyúlik és összehúzódik, lehetővé teszi a kígyónak az egy irányba való folyamatos mozgást.

Ebben a leckében a kígyó hullámmozgását fogjuk utánozni három szervomotor segítségével. A test hullámzása: Íves csúszka A hullámzó mozgást két mozdulattal állíthatjuk be: balra és jobbra kanyarodva. Balra kanyarodás: csúsztasd balra az íves csúszkát. Jobbra kanyarodás: csúsztasd jobbra az íves csúszkát.

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Állítsd be a jobbra kanyarodás szögét.

81 Állítsd be a balra kanyarodás szögét.

A test feltekeredése Tudod, mit jelent, amikor egy kígyó feltekeri a testét? Amikor egy kígyó támadni készül, feltekeredik, hogy lecsapjon.

Három szervomotor szimulál egy összetekeredett kígyót. Tekeredés: Állítsd be az íves csúszkákat mindhárom szervomotornál. Annak érdekében, hogy a kígyó teste feltekeredjen, egy irányba kell forgatni a három szervomotort.

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Próbáld meg irányítani a szervomotorokat, hogy a robotkígyó elvégezze a bal és a jobb kanyarodást és a tekeredést. Írd be a három szervomotor megfelelő szögét az alábbi táblázatba. Balra kanyarodás

Jobbra kanyarodás

Tekeredés

01-es szervomotor (fok) 02-es szervomotor (fok) 03-as szervomotor (fok) A kanyarodás és tekeredés mozgásának programozása után kattints az „Action Edit” menüpontra, és hagyd, hogy a kígyórobot tekeredjen. Megjegyzés: a programozás során a három szervomotort integráltan együtt kell használni.

Megfigyelés és következtetés Változtassuk meg a súrlódó felület érdességét. Ebben a leckében megvizsgálunk egy olyan tényezőt a kígyórobotjainkkal, amely befolyásolja a súrlódás mértékét: a felület érdességét. Előkészítő munka: Használj átlátszó ragasztószalagot a papír és a szövet rögzítéséhez az asztalon. Használj törölhető tollat a keretek rajzolásához; a keret ugyanolyan méretű legyen, mint az asztalon lévő papír.

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

Figyeld meg, hogy a kanyarodások száma és az egyes kanyarodások időtartama attól függ, hogy a kígyó az asztalon, a papíron vagy a szöveten mozog. Írd meg a szükséges három programrészt, és hajtsd végre azokat a kísérletben a különböző felületek esetében. A program minden végrehajtását kanyarodásonként rögzítsd. (Háromnál több mozdulatot is tervezhetsz, de minimálisan szükséges három mozdulatfázis.)

Első fázis

Második fázis

Harmadik fázis

A robotkígyó akkor is ugyanolyan módon kanyarodik, amikor nincs előtte cél, mint amikor az egyik helyről a másikra csúszik. Helyezd a robotkígyót a kiválasztott felület egyik végére. Mérd meg a kígyó kanyarodásának és kanyarodási idejének számát, amíg eléri a felület másik végét. Jegyezd fel ezeket a számokat az alábbi táblázatba. Tipp: Amikor a robotkígyó kanyarodik, akkor szabályok nélkül teszi azt. Alkossunk szabályt, hogy milyen módon fogjuk rögzíteni a kanyarodások számát és a kanyarodási időt. 1. javaslat: Amikor a robotkígyó feje megérinti a célvonalat, akkor hagyjuk abba a számlálást és az időmérést. 2. javaslat: Amikor a robotkígyó farka keresztezi a célvonalat, akkor hagyjuk abba a számlálást és az időmérést. 1. kísérlet: asztal

3. kísérlet: szövet

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő 2. kísérlet: papír

Súrlódó felület

asztal (sima)

papír (félig sima)

szövet (durva)

kanyarok száma mért idő (s) Rövid összefoglaló: A megfigyelés alapján megállapíthatjuk, hogy ________ a súrlódási felület, ________ a kanyarok száma és ________ kanyarodások ideje. Vagyis ______ a súrlódási erő, ______ a kanyarok száma.

További lehetőség Gondolkodás és megbeszélés A kígyó nagyon gyakori hüllő. Milyen más hüllőkről hallottál már a kígyókon kívül?

Jegyezd meg! A tárgyak érintkezési felületének egyenetlensége (a súrlódó felület érdessége) befolyásolja a súrlódás mértékét; minél simább a súrlódó felület, annál kisebb a súrlódás.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány A négy lábon járás elemzése során értse meg, milyen sorrendben mozognak a végtagok járás és futás közben.

Matematika Értse meg az átló fogalmát.

Technológia Értse meg a szervomotorok pozitív és negatív szögeinek a végtagokra gyakorolt hatását, és tudja azokat helyesen rögzíteni.

Mérnöki ismeretek A négy szervomotor vezérlésének kombinálásával szimulálja a négylábú futást, sétát és átlós járást.

Művészet és kreativitás Nincs.

Bevezetés Milyen részekből áll a dinoszaurusz teste? A dinoszaurusz teste öt fő részre osztható: fej, nyak, törzs, végtagok és farok. Ez az alkat megfelelő a szárazföldi élethez, ilyen a szárazföldi gerincesek jellemző testfelépítése. fej

nyak

törzs

farok

végtagok

Előzetes ismeretek Keresd meg a dinoszaurusz összeszereléséhez szükséges építőelemeket, és kezd el a munkát.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

fej

nyak

törzs

farok

végtagok

Modellezés (összeszerelés) Nyisd meg a rendelkezésre álló eszközöd UBTECH EDU APP alkalmazását, és válaszd ki a következő menüpontokat: Entry Dinosaurs Build  Build Model. Vizsgáld meg a dinoszaurusz testrészeit. Mely elemek használhatók fejként, nyakként, törzsként, végtagokként és farokként? Hogyan kapcsolódnak ezek az alkatrészek? 1. Fej

A fej kialakításához használj két kék C7-es szervomotor-tartóelemet az alsó és felső állkapocsnak. Ezt a két elemet egy világoskék P69-es díszítő elemmel kösd össze. Egy világoskék P54-es elemmel kösd össze a felső és az alsó P69-et, ami forgatható tengelyként is működik, így a dinoszaurusz a száját tudjuk nyitni és becsukni.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

2. Nyak

Egy sárga C11-es csatlakozót használj a nyakhoz. Az egyik végét kis henger alakú csapok kötik össze a fejjel, a másik végét pedig rögzítsd egyszerűen a vezérlőegység dobozához, nevezetesen a testhez.

3. Törzs

A vezérlőegység doboza legyen a dinoszaurusz teste, és ehhez kapcsolódik a nyak, a farok és a végtagok egy-egy sárga csatlakozóelem segítségével.

4. Farok

A dinoszaurusz farka nagyon hajlékony, és hat farkcsontból áll. Mindegyik farkcsont egy P67-es és egy P68-as építőelemből áll. A farkcsontokat egy piros csappal kötjük egymáshoz vagy egy P48-as csatlakozóelemmel. Így mindegyik farkcsont elforgatható.

5. Végtagok

A dinoszaurusznak négy lába van. A tömzsi szervomotor lesz a comb, a sárga szervomotor-tartóelem pedig a lábszár. A világoskék és rugalmas P97-es elem a talp. Minden lábat külön lehet vezérelni.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

Tervezés (szoftverprogramozás) Végeztess a dinoszaurusszal néhány egyszerű műveletet a „betanító programozás” előnyeinek kihasználásával, és ellenőrizd a négy szervomotor beállási szögeit.

Pihenés szervomotor száma

Állás

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(bal mellső láb)

(bal hátsó láb)

(jobb mellső láb)

(jobb hátsó láb)

Pihenés

90°

-90°

90°

Állás

0°

művelet

Gondolkozz: Miért van az, hogy amikor a dinoszaurusz pihen, akkor minden lába ugyanazt a műveletet végzi, a szervomotor szögei mégis eltérőek (pozitív vagy negatív)?

Megfigyelés és következtetés Használjuk a dinoszaurusz-robotunkat arra, hogy utánozzuk a négylábú állatok futását és járását. A legtöbb emlősállatnak két mellső és két hátsó lába van. Kérdés: Megfigyelted már az emlősök végtagjainak mozgását? Milyen a lábak mozgásának sorrendje járás és futás közben? Melyik lábát mozdítja először és melyiket másodszorra?

Futás Futó lépések A négylábú állatok végtagmozgása két szakaszra osztható: „hajlítás” és „feszítés”. Az állat a végtagjait a teste alá húzza, hogy tömeget képezzenek (hajlítás), ez azt jelzi, hogy „ugráshoz” vagy „nyújtáshoz” készül. Minél jobban maga alá húzza a végtagjait, annál nagyobb lesz a nyújtás mértéke, és annál gyorsabban fut az állat.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

hajlítás

feszítés Lovak futása

hajlítás

feszítés Tigrisek futása

Négy lábon járás utánzása dinoszaurusz-robottal Ezután utánozzuk a négylábú állatok futását a dinoszaurusz-robotunkkal. A tervezés során két mozgásfázist valósítunk meg, nevezetesen a „hajlítást” és a „feszítést”.

hajlítás

feszítés

Töltsd ki a táblázatot. A hajlítás” és a „feszítés” során milyen szögértékeket állítunk be a négy szervomotornál? szervomotor száma mozgásfázis 1. művelet: hajlítás 2. művelet: feszítés

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(bal mellső láb)

(bal hátsó láb)

(jobb mellső láb)

(jobb hátsó láb)

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

Tipp: Ha a dinoszaurusz-robot nem képes valamilyen oknál fogva a „hajlítás” és a „feszítés” mozdulatokra, akkor próbáld a C6-os elemet hozzáépíteni az egyes lábakhoz, vagy módosítsátok valamilyen más módon a lábat.

A négy lábon járás két lehetséges technikája A négylábúak nagyjából két különböző módon járnak: azonos oldali lábakkal, vagy átlós lábakkal.

Járás azonos oldali lábakkal Hogyan történik az azonos oldali járás? Az azonos oldali járást oldalsó testlépésnek is nevezik. Először is, ugyanazon oldal elülső és hátsó lába mozog. Ezután a másik oldal elülső és hátsó lába mozdul el. Ezzel a járástechnikával mozog a zsiráf és az elefánt is.

①A bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

②A jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

A zsiráf azonos oldali járása

①A bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

②A jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

Az elefánt azonos oldali járása Azonos oldali járás utánzása a dinoszaurusz-robottal Ez a mozgás két részre bontható: “a bal oldali mellső és hátsó lábak előremozdulása”, és a “jobb oldali mellső és hátsó lábak előremozdulása”.

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

①A bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

②A jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre

Töltsd ki a táblázatot. Ebben a két esetben milyen szögértékeket állítunk be a négy szervomotornál? szervomotor száma mozgásfázis

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(bal mellső láb)

(bal hátsó láb)

(jobb mellső láb)

(jobb hátsó láb)

1. művelet: a bal oldali mellső és hátsó láb mozdul előre 2. művelet: a jobb oldali mellső és hátsó láb mozdul előre Megfigyelés: Amikor az azonos oldali járásra tanítjuk a dinoszaurusz-robotunkat, akkor az csak körbe-körbe jár. Vajon mi lehet ennek az oka?

Járás átlós lábakkal Hogyan történik az átlós járás? A mozgás megkezdésekor, ha a bal mellső láb előre lép (1. lépés), akkor a neki átlósan elhelyezkedő jobb hátsó lába fog lépni (2. lépés). Ezután a jobb mellső láb lép előre (3. lépés), és a hozzá képest átlós bal hátsó láb követi (4. lépés), és így zárul a teljes ciklus. A négy láb elválasztva és kétszeresen összerendezve alkotja a teljes lépést (azt is mondhatjuk, hogy a hátsó láb “rugdossa” a mellső lábat).

Right forefoot

jobb mellső láb

Left forefoot bal mellső láb

Right rear foot

jobb hátsó láb

balrear hátsó Left foot láb

Az átlós járás vázlata (a szám jelzi az egyes lábak lépéseinek sorrendjét).

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

A legtöbb négylábú emlősállat átlósan jár, például: a ló, a sertés, a macska, a tigris és az oroszlán.

①Lépés a bal mellső lábbal (külön)

②Lépés a jobb hátsó lábbal (lép a jobb mellső láb felé, összeköt)

④Lépés a bal hátsó lábbal (lép a bal mellső láb felé, összeköt)

③ Lépés a jobb mellső lábbal (külön) A sertés átlós járása

① Lépés a jobb hátsó lábbal (lép a jobb mellső láb felé, összeköt)

① Lépés a bal mellső lábbal (külön)

④Lépés a bal hátsó lábbal (lép a bal mellső láb felé, összeköt)

③ Lépés a jobb mellső lábbal (külön) A macska átlós járása

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

Átlós járás utánzása a dinoszaurusz-robottal Töltsd ki a táblázatot. Az alábbi négy esetnél mekkorák a szervomotorok szögei? szervomotor száma mozgásfázis

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(bal mellső láb)

(bal hátsó láb)

(jobb mellső láb)

(jobb hátsó láb)

1. művelet: bal mellső láb előrelép 2. művelet: jobb hátsó láb előrelép 3. művelet: jobb első láb előrelép 4. művelet: bal hátsó láb előrelép Próbáld ki. Tud-e a dinoszaurusz robot átlósan járni?

További lehetőség Négylábú sétáló robot — SpotMini Az amerikai Boston Power csúcstechnikai vállalat 2016 júniusában egy négylábú sétálórobotot hozott nyilvánosságra, a SpotMini-t. Ez a robot ugyanolyan hajlékony, mint egy igazi kutya. Képes behajlítani a végtagjait, képes átmászni a különböző magasságú akadályokon, de képes az asztal alatt is mászni. A végtagok összehangoltak, és tökéletesen jól működnek a lépcsőn le- és felmenetel közben is. Amikor elcsúszik, akkor egy robotkar segítségével fel tudja állítani magát. El tud végezni néhány egyszerű „házimunkát”, például a szemetet pontosan bedobja a kukába.

Megfigyelés: A SpotMini járása átlós vagy azonos oldali járás? Gondolkodj. Miért képes a SpotMini tökéletesen megvalósítani a négy lábon járást, míg a dinoszaurusz-robot nem? Hány szabadságfok van mindegyik lábában?

10. lecke: Polip – Súlypontváltoztatás és a tárgy mozgatása

10. lecke: Polip – Súlypotváltoztatás és a tárgy mozgatása Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány A súlypont változtatásával mozgatható a tárgy.

Matematika Értse a tengelyesen szimmetrikus alakzatokat.

Technológia Ismerje meg a szervomotorokhoz köthető háromféle tartóelem szerepét.

Mérnöki ismeretek A négy szervomotor összehangolásával tudja megváltoztatni a polip súlypontját, és tegye mozgásképessé.

Művészet és kreativitás Szerezzen tapasztalatot a szimmetrikus alakzatok tervezésében.

Bevezetés Csodálatos poliplábak

A polipok a puhatestűek közé tartozó állatok. Nyolc puha és hajlékony karjuk van, amelyek rendkívüli képességeket biztosítanak a számukra. 1.

Mindegyik karján számos tapadókorong van, amelyekkel képesek bármihez hozzátapadni és azt megragadni.

A polip karjai könnyen regenerálódnak. Ha egy ragadozó megtámadja, és vesztésre áll, akkor a polip képes megszabadulni az egyik karjától, hogy elmeneküljön, hasonlóan egyes gyíkokhoz, amelyek veszély esetén levetik a farkukat. A polip elvesztett karja néhány nap alatt visszanő. Sok polip még a saját karját is képes megenni, ha éhezik. A tudósok ezt a jelenséget az öncsonkításnak nevezik.

10. lecke: Polip – Súlypotváltoztatás és a tárgy mozgatása

A polipok nagyon okosak. Ha bezárják őket egy üvegbe, képesek kiszabadítani magukat, lecsavarják az üvegről a fedőt.

Előzetes ismeretek Keresd meg a szükséges építőelemeket, és készítsd el a polipot a szuperkarokkal.

10. lecke: Polip – Súlypontváltoztatás és a tárgy mozgatása

Modellezés (összeszerelés) Nyisd meg a rendelkezésre álló eszközöd UBTECH EDU APP alkalmazását, és válaszd ki a következő menüpontokat: Entry→Small Octopus→Build→ Build Model. Szervomotor-tartóelemek A polip modellhez háromféle szervomotor-tartóelemet használunk. A kék C9-es elem két szervomotor rögzítésére szolgál, azaz az ugyanazon oldalon elhelyezkedő az első és a hátsó karokat köti össze a poliptesttel. Csuklóként működik, és lehetővé teszi az első és a hátsó karok lengését a tartóelemen belül. Míg a sárga C1-es és C2-es szervomotor-tartóelemek a kar elülső végének alakjaként működnek.

C7 C2

Ennél a modellnél több szimmetrikus alkatrészt használunk, például a szervomotortartóelemek: C1 és C2, vagy a díszítőelemek: P12 és P13. Figyelj arra, hogy ne hibázz! A szimmetria miatt nem mindegy, hogy melyik tartóelemet és díszítőelemet, melyik szervomotorra, hogyan szereled. Ha elrontod, akkor furcsán fognak kinézni a polipod karjai.

Szervomotortartóelem

Szerelési problémák

Szervomotor 01/03 (jobb hátsó kar/bal első kar)

Szervomotor 02/04 (bal hátsó kar/jobb első kar)

10. lecke: Polip – Súlypotváltoztatás és a tárgy mozgatása Díszítő elem

97 P12

P13

Próbáld ki. Fordítsd el a C1-es elemet 180 fokkal, és egybeesik a C2-es elemmel. Fordítsd el a P13-as elemet 180 fokkal, és egybeesik a P12-es elemmel.

A csatlakozás ellenőrzése Végül nézd meg a kapcsolási rajzot, és ellenőrizd, helyes-e a kapcsolat a vezérlődoboz és a négy szervomotor között?

Tervezés (szoftverprogramozás) Végezz néhány egyszerű műveletet a polipoddal a “betanító programozás” segítségével, és ellenőrizd a szervomotorok szögeit.

10. lecke: Polip – Súlypontváltoztatás és a tárgy mozgatása

Engedd, hogy a polip “leüljön” a betanító programozás segítségével.

Engedd, hogy a polip “felálljon” a betanító programozás segítségével.

Megfigyelés és következtetés – A polip mozgásának vizsgálata A polip mozgásának elemzése Utánozzuk le a polip mozgását a robotunkkal. A mozgás két részre osztható: az “összehúzódásra” és a “elernyedésre”.

10. lecke: Polip – Súlypotváltoztatás és a tárgy mozgatása

Összehúzódás

Elernyedés

A polip járása Próbáld rávenni a polipodat, hogy ne csak egyhelyben mozogjon, hanem lépjen előre vagy hátra. Hogyan kell beállítani a négy szervomotor szögét? Mi a különbség az első és a hátsó kar kilengésében? (Tipp: a súlypontot kell megváltoztatni.) Töltsd ki a táblázatot. Milyen szögértékek vannak a szervomotoroknál a két művelet közben? szervomotor száma mozgásfázis

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(jobb hátsó kar)

(bal hátsó kar)

(bal mellső kar)

(jobb mellső kar)

1. művelet: összehúzódás 2. művelet: elernyedés Töltsd ki az üres részeket. (Kisebb vagy nagyobb?) Amikor a polip előre halad, akkor az első kar szervomotorjának a kilengése _______ mint a hátsó kar szervomotorjának a kilengése. Amikor a polip hátrafelé halad, akkor az első kar szervomotorjának a kilengése _____________ mint a hátsó kar szervomotorjának a kilengése.

Hogyan tudna a polip gyorsabban mozogni? Rendezzetek futóversenyt az elkészített polipokkal. Melyik csoport lesz a nyertes? Kérdés: Hogyan kellene megtervezni a polip mozgását, hogy gyorsabban tudjon mozogni? Válasz: __________________________________________________________________________________________

100

10. lecke: Polip – Súlypontváltoztatás és a tárgy mozgatása

További lehetőség Robotpolip A bionikus élőlények gyártásában nagy tapasztalattal rendelkező német Festo cég kifejlesztett egy „OctoGrip” nevű robotot, amely könnyen mozog és rugalmas anyagból készült. A sűrített levegő hatására behajlik, és képes megfogni a sima és íves tárgyakat, például golyókat, fém rudakat, palackokat, vagy akár feltekercselt magazinokat is. Ugyanolyan rugalmas és puha, mint egy igazi polip.

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

101

11. lecke: Emberke – Két lábon járás Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány A két lábon járás vizsgálatával értsék meg a láb ízületeinek a mozgását, és a test súlypontváltoztatását.

Matematika Nincs.

Technológia Értsék meg a szervomotor szögek pozitív és negatív értékeinek lábra gyakorolt hatását, és tudják helyesen rögzíteni az adatokat.

Mérnöki ismeretek Szimulálják a két lábon járást a négy szervomotor összehangolt vezérlésével.

Művészet és kreativitás Nincs

Bevezetés A kétlábú robot jellemzői A kétlábú robotok a két lábukat használják a járáshoz. A kerekes vagy lánctalpas robotokkal összehasonlítva a kétlábú robot képes alkalmazkodni a bonyolult terephez, és képes legyőzni az akadályokat. A kétlábú robotnak azonban vannak hiányosságai. Magas súlypontja miatt könnyen eleshet, és a súlypontja miatt sokkal lassabban jár. Ez a módszer sokkal lassabb a korábban megismert járásmódoknál. Csoportban dolgozva készítsetek egy emberke robotot.

102

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

103

Előzetes ismeretek Az emberi láb három fő ízülete Csípőízület: Összeköti a medencét és a combcsontot; minden foroghat (gömbízület). Térdízület: Összeköti a combcsontot és a lábszár csontjait; előre és hátra hajlik (csuklóízület). Bokaízület: Összeköti a lábszár csontjait és a lábfejet; jobbra és balra foroghat, képes előre és hátra hajlani.

Csípőízület

Térdízület

Bokaízület

Hogyan utánozhatja a robotunk az emberi láb ízületeit?

104

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

Modellezés (összeszerelés)

Csípőízület

Térdízület

Bokaízület

Az emberke robot három fő ízülete Csípőízület: A sárga C4-es építőelem, amely a vezérlődobozhoz kapcsolódik, nem képes forogni vagy meghajolni. Térdízület: Két szervomotor, amelyeket a combot képviselő szervomotor forgópaneljéhez csatlakoztatunk, jobbra és balra forog. Bokaízület: A lábszárat képviselő szervomotor, amelyet egy tartóelem köt a forgópanelhez, fel-le hajlik. Mi a különbség egy valódi emberi test lábízületei és az emberke robotunk között? Csípőízület

Térdízület

Bokaízület

Ember

jobbra és balra foroghat

képes előre és hátra hajlani

jobbra és balra foroghat, képes előre és hátra hajlani

Emberke

nem képes forogni vagy hajlani

jobbra és balra foroghat

képes előre és hátra hajlani

Nyilvánvaló, hogy bár az emberke robot lába ugyanazon három fő ízülettel rendelkezik, mint az ember, a rendelkezésre álló mozgás mértéke egyáltalán nem azonos azzal. Vagyis amikor robotokat tervezünk és gyártunk, nem feltétlenül követjük pontosan az emberek testfelépítését. Kérdés: Miért nem tudják a robotok utánozni az emberi viselkedést?

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

105

Tervezés (szoftverprogramozás) Nézd meg a szervomotorok és a robot négy mozgatható lábeleme közötti kapcsolatot.

1-es szervomotor (jobb térd)

2-es szervomotor (jobb boka)

3-as szervomotor (bal térd)

4-es szervomotor (bal boka)

Hagyd, hogy a robotod néhány egyszerű műveletet végezzen a “betanító programozás” segítségével, és ellenőrizd a szervomotorok szögeit.

Balra hajlás

Jobbra hajlás

106

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

Balra fordulás

szervomotor száma

Jobbra fordulás

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(jobb térd)

(jobb boka)

(bal térd)

(bal boka)

balra hajlás

0°

40°

0°

20°

jobbra hajlás

0°

-20°

0°

-40°

balra fordulás

30°

0°

30°

0°

jobbra fordulás

30°

0°

30°

0°

mozgásfázis

Kérdés: A szervomotorok és a robot megfelelő testtartása alapján a következő megállapításokat tehetjük: A robot balra és jobbra hajlása a(z) _____ számú és a(z) _____ számú szervomotortól függ. Ez a ______ ízület és a _________ ízület. Az emberke balra és jobbra fordulása a(z) ________ számú és a(z) _______ számú szervomotortól függ. Ez a ______ ízület és a _________ ízület.

Megfigyelés és következtetés – A két lábon járás vizsgálata Következő műveletként tanítsuk meg a robotot járni. Kérdés: Megfigyelted már, hogy hogyan mozognak a láb ízületei állás és járás közben? Hogyan változik a test súlypontja?

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

107

Állj egyenesen. Hogyan járnak az emberek?

①

Bal láb felemelése, a test jobbra hajlik

④

Jobb láb lép .

②

③

Bal láb lép

Jobb láb felemelése, a test balra hajlik

108

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

A fenti képekből láthatjuk, hogy az emberi járás négy részre osztható: Mozgásfázis

A súlypont megváltoztatása

①Bal láb felemelése, a test jobbra hajlik

A jobb láb kitámaszt

②Bal láb lép

Mindkét láb kitámaszt

③Jobb láb felemelése, a test balra hajlik

A jobb láb kitámaszt

④Jobb láb lép

Mindkét láb kitámaszt

Vagyis elmondhatjuk, hogy a sétafolyamat az ember súlypontjának folyamatos megváltoztatásáról szól. Az emberi séta utánzása az emberke robottal

① Bal láb felemelése, a test jobbra hajlik

② Bal láb lép

④Jobb láb lép

③Jobb láb felemelése, a test balra hajlik

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

109

A fenti képekből láthatjuk, hogy amikor az emberke robot sétál, az is négy lépésre osztható a szervomotorok megfelelő forgatásával az alábbiak szerint: A súlypont megváltoztatása

Mozgásfázis

A szervomotor forgása (ízület)

①Bal láb felemelése, a test jobbra hajlik

A jobb láb kitámaszt

A 2. szervomotor (jobb boka) kis szögben fordul el, a 4. szervomotor (bal boka) pedig nagy szögben fordul el. A jobb láb lesz a támasztóláb, a test bal oldala pedig megemelkedik.

②Bal láb lép

Mindkét láb kitámaszt

A jobb láb támasztóláb, az 1. szervomotor (jobb térd) és a 3. szervomotor (bal térd) egyszerre forog; bal láb lép

③Jobb láb felemelése, a test balra hajlik

A jobb láb kitámaszt

A 2. szervomotor (jobb boka) nagy szögben fordul el, a 4. szervomotor (bal boka) pedig kis szögben fordul el. A bal láb lesz a támasztóláb, a test jobb oldala pedig megemelkedik.

④Jobb láb lép

Mindkét láb kitámaszt

A bal láb támasztóláb, az 1. szervomotor (jobb térd) és a 3. szervomotor (bal térd) egyszerre forog; jobb láb lép

Töltsd ki a táblázatot. Milyen szögértékek vannak a szervomotoroknál a négy művelet közben? szervomotor száma mozgásfázis

ID-01

ID-02

ID-03

ID-04

(jobb térd)

(jobb boka)

(bal térd)

(bal boka)

1. művelet: Bal láb felemelése 2. művelet: Bal láb lép 3. művelet: Jobb láb felemelése 4. művelet: Jobb láb lép

További lehetőség 1.

Tervezzetek más mozgásokat.

Az egyszerű járáson túl próbáljátok megtervezni a hátrafele lépést, balra-jobbra fordulást, kilépést balra-jobbra, és bármi mást. Tipp: Hogyan tervezzük meg a hátrafelé haladást? Fordítsátok meg a menetirányt. 2.

Verseny

Rendezzetek páros versenyt. Határozzátok meg a kiindulási és a végpontot. A tanár mérje és rögzítse az időt. A verseny addig tart, amíg a végső győztes megszületik.

110

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot Bevezetés Mi az a bionikus robot? Milyen bionikus robotokat építettünk?

Előzetes ismeretek Mielőtt válaszolnánk a kérdésekre, nézzük meg a már meglévő bionikus robotokat.

Tarantularobot

3d-s nyomtatott részekből áll, és képes utánozni a tarantulák mozgását. A testére 26 különböző motort szereltek, mindegyik lábán 3 és 2 a hasán, így teljesen élethű a mozgása.

Gepárdrobot

A gepárdrobot a Boston Dynamics Inc. kutatásának az eredménye. A robot képes futni, éles fordulatokat tenni, és hirtelen megállni. Gyorsabban fut, mint az emberek és más terminátor típusú robotok. Eléri a 45,5 km/óra sebességet, és képes a gepárd futásának szimulálására.

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

Robotcápa

Az amerikai haditengerészet (Navy) nemrég kifejlesztett egy robotot, az úgynevezett „úszó szellemet”, ami úgy néz ki, mint egy cápa, és személyzet nélkül képes víz alá merülni. 1,5 m hosszú, a súlya 45 kg. Többek között hírszerzésre, felderítésre és a hajók burkolatának a vizsgálatára használható.

Robothangya

A német Festo cég kiváló az állatokat szimuláló robotok fejlesztésében. A robothangya egy ezek közül. A robothangyák csoportosan együtt dolgozhatnak egy feladat megoldásában, hasonlóan a valódi hangyákhoz. A hangyák kommunikálhatnak egymással, és összehangolhatják a mozgásukat. Egy kis csoport együttesen sokkal nagyobb dolgokat képes tolni vagy vonszolni, mint egy hangya egyedül.

Robotkígyó

A japán ACM-R5H szimulációs kígyó felhasználható mentésekhez és víz alatti környezet feltárására. Egy vezeték nélküli kamerát szereltek a robotkígyó elejére az éles képek rögzítésére.

111

112

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

Robotmadár

Az oregoni Állami Egyetem Gépészeti Laboratóriuma kifejlesztett egy olyan robotmadarat, ami a leggyorsabb és legfürgébb futásra képes két lábon. Kiválóan egyensúlyozik, és képes ellenállni a rúgásoknak és széllökéseknek, és képes kikerülni a veszélyes dolgokat.

Elefántrobot

Az elefántrobot 45 tonna újrahasznosítható fából és acélból készült. Egyszerre 49 utas szállítására képes 45 perc sétaidő alatt.

Teknőcrobot

A teknősszerű robotot a Disney Kutatólaboratóriuma fejlesztette ki. Összecsukható állkapcsa van és egy érzékelője, ami lehetővé teszi a tengerparti sétát.

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

Robotkenguru

A robotkengurut a Festo cég fejlesztette ki Németországban, ami utánozza a kenguru egyedi mozgását. Nemcsak feltölti magát az ugrás során, hanem tárolja is az energiát, amit hatékonyan felhasznál a következő ugrásnál.

Robotkutya

A Boston Dynamic által kifejlesztett robotkutya olyan elektronikus/hidraulikus szerkezet, ami beltéren és kültéren egyaránt működőképes. Ez a négylábú robotkutya képes egyenetlen terepen futni, képes lépcsőt mászni, és fenntartja az egyensúlyát akkor is, ha felrúgják. És még ezek is:

113

114

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

Bionikus robot vizsgálata és tervezése Az alak vizsgálata

Magyarázat

A rovarok testrészei a következők: fej, tor, potroh, és hat láb.

Először rajzoljanak egy vázlatot az elképzelt robotról.

Gondolják át, milyen építőelemekre lesz szükség az összeszereléshez? Hogyan történik a mozgás tervezése?

Jellemzők elemzése

Melyik részt kell majd mozgatni (azaz hova kell szervomotort építeni)?

Mozgás: Futás, ugrás, repülés, úszás, stb.

Gondolják végig, hogy milyen ismeretekre lesz szükség, amelyekkel a tervezés folyamán találkozhatnak? Például: sebesség, súrlódás, emelőerő, stb.

Az emlősök testrészei: fej, nyak, törzs, végtagok és farok. Stb.

Biológiai jellemzők: Érintés, látás, stb. (A haladó tananyag része.) Az alapozó szinten elsősorban a mozgást utánozzuk. Milyen bionikus robotokat építettünk? Csiga, polip, dinoszaurusz, emberke.

Alkotás 1.

Csoportok: 2-3 fő egy csoportban.

Megbeszélés: (1)

Csoportonként tervezzék meg rajzban a megalkotni kívánt robotot. Majd közösen készítsék el azt.

(2)

Elemezzék ki az utánozandó mozgásokat, és keressék ki az alkatrészeket az összeszereléshez.

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

115

Demonstráció A tervezés és összeszerelés után a csoportok mutassák be egymásnak az általuk létrehozott robotot. Lehetséges eredmények: Mobiltelefonnal vezérelhető robot; papíron elkészített vázlatrajz. Értékelési szempontok: Szempontok

Részletek

Súlyozás

Kreativitás

A robot újszerű, kreatív, egyedi, és számos funkciót tartalmaz.

25%

Tárgyilagosság

A cél világos, a munka újszerű és praktikus.

25%

Munkafolyamat

A munkát időben, magas színvonalon végezték el.

15%

Tervezés és kivitelezés

A robot szerkezete ésszerű, és a megjelenése függ a működésétől.

15%

A robot működése, és az előadásmód

A mozgások teljesek, a beszámoló egyértelmű (fejlesztési folyamat és tapasztalatok bemutatása; új ismeretek, amelyekkel a fejlesztés során találkoztak; több csoporttag is részt vesz a beszámolóban)

10%

Csapatszellem

Egyértelmű a munkamegosztás; egység és együttműködés jellemző; minden csapattagnak van feladata a folyamatban)

10%

A diákok csoportokban készítik a csoport által kidolgozott rajzot. Csoportonként bemutatják a munkákat. Értékelés.

UBTech uKIT Entry - magyar nyelvű tananyag / módszertani útmutató pedagógusoknak

Articles inside

11. lecke: Emberke – Két lábon járás

12. lecke: Évzáró feladat – Bionikus robot

9. lecke: Dinoszaurusz – Négy lábon járás

10. lecke: Polip – Súlypotváltoztatás és a tárgy mozgatása

Az uKit Robot alapfokú képzés bemutatása

3. lecke: Tasmán ördög – A száj nyitása és zárása

5. lecke: Elefántormány – Ízület és a mozgás szabadsága

1. lecke: Hello, Robot

6. lecke: Csiga – Időmérés és sebességszámítás

4. lecke: Golfütő – Távolság, erő és mozgás

8. lecke: Kígyó – Súrlódás és súrlódási erő

2. lecke: Sorompó – Mozgásformák