uKIT Advanced STEAM robotikai tankönyv - Haladó szint by MuzixGroup

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

Szakmai konzulens: DR. FARKAS KÁROLY, a neveléstudomány kandidátusa

Az eredeti mű szerzői

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.

Liu Shida

PhD, a Beihang Egyetem Intelligens Rendszerek és Vezérléstechnika szakán dolgozik; a Beijing Hongzhiruilong Education Technology Co., Ltd. vezérigazgatója. Régóta foglalkozik elektromérnökök képzésével, valamint STEAM- módszer oktatással az általános és középiskolákban. Jelentős szerepet vállalt a tananyagfejlesztésben is.

Jia Ziyun

PhD, tanulmányait az MIT Számítástechnikai és Mesterséges Intelligencia Laboratóriumában (CSAIL) és a pekingi Jiaotong Egyetemen végezte. Fő kutatási területei közé tartoznak a mesterséges neurális hálózatok és az intelligens vezérléselmélet. Elkötelezett a gyermekeknek szánt mesterséges intelligencia termékek tervezése és fejlesztése iránt, 9 éves tapasztalattal rendelkezik a robotrendszerek tervezésében.

Tartalom Tippek és megjegyzések............................................................................................................. 6 1. lecke: Szerencsemacskák ....................................................................................................... 7 2. lecke: Kis zenegép ................................................................................................................ 21 3. lecke: Diszkófény ................................................................................................................. 33 4. lecke: Intelligens garázs ....................................................................................................... 41 5. lecke: Kedvenc kis állatom .................................................................................................. 51 6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép ................................................................................. 59 7. lecke: Kastély kaland ........................................................................................................... 67 8. lecke: Jó reggelt! .................................................................................................................. 73 9. lecke: Földmunkagép ........................................................................................................... 81 10. lecke: Rendőrautó ............................................................................................................... 91 11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó.................................................................................. 103 12. lecke: Takarítógép ............................................................................................................ 111 13. lecke: Robotkarok ............................................................................................................ 119

Tippek és megjegyzések 1. A modellek összeszereléséhez és programozásához az UBTECH EDU oktató applikációt használjuk, amely letölthető a Google Play áruházból. Android és iOS operációs rendszerhez egyaránt elérhető. A két rendszer applikációi eltérnek egymástól. Jelen kiadvány az Androidos rendszer példáin keresztül mutatja be a programozás lépéseit. 2. A modellek vezérléséhez mobiltelefon vagy tablet használható. A jegyzetben ezeket egyszerűen csak eszköznek nevezzük. 3. A témák feldolgozása egy lehetséges változat a robot modellek megépítésére. Elsősorban ötletadónak, inspirációnak szántuk a leckék tartalmát. 4. Ennek a haladó jegyzetnek a használatánál feltételezzük, hogy a felhasználók már rendelkeznek valamennyi tapasztalattal a uKIT készletek használatát illetően. Ezért nem tértünk ki minden elemi lépésre. 5. A modellezés időigényes. Időt lehet megtakarítani, ha a diákok csoportokban dolgoznak, és mindenkinek megvan a saját feladata és felelőssége a részegységek elkészítése során. 6. Esetenként nehéz lehet a megfelelő alkatrészek azonosítása és azok pontos beépítése. Hívja fel a diákok figyelmét arra, hogy: a.

Azonosítsák a megfelelő alkatrészeket színük szerint.

A kisebb elemek pontos helyreillesztéséhez számolják meg, hogy melyik oszlop, melyik sorához kell kapcsolni az adott elemet.

A modell építéséhez használják az applikációban található szerelési útmutatót, ahol lehetőség van az alkatrészek elforgatására, illetve a 3D-s modell nagyítására.

7. A stabil rögzítést a csatlakoztatáskor egy kattanás jelzi. 8. A szervomotor forgatásánál ügyelni kell arra, hogy a hirtelen, nagy forgásszögű elmozdulás károsíthatja a szervomotor mechanizmusát. A diákok fokozatosan, kísérletezve állítsák be a szükséges szögeket. 9. Modellépítés közben különböző hibák fordulhatnak elő. Lehet, hogy hiányoznak egyes alkatrészek, vagy helytelenül illeszkednek egymáshoz. Előfordulhat, hogy laza az összeszerelés, vagy a vezetékek kapcsolódnak rosszul; vagy a hibakeresés a sikertelen. Ha a diákok elakadnak, kérjenek segítséget a tanártól!

1. lecke: Szerencsemacskák

1. lecke: Szerencsemacskák Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A lengőmozgás.  A távolság, az idő és a sebesség közötti összefüggés.  Kontrollváltozók 2. Matematika  Szögek.  Az idő mértékegysége. 3. Technológia  Az érintőkapcsoló megismerése és használata. 4. Mérnöki ismeretek  A kapcsolók típusai és azok működtetése. 5. Művészet és kreativitás  Közös tervezés és kivitelezés.

Bevezetés Hallottatok már a keleti kultúrában ismert szerencsemacskáról, amely a mancsával integetve invitálja a házba a szerencsét és a jólétet? Ismeritek a történetét?

Különböző típusú szerencsemacskák

Régi szerzetes templom

Valamikor régen Japánban volt egy romos templom, amelyben egy öreg szerzetes lakott, akit a környékbeliek tartottak el némi könyöradománnyal. Egy nap az öreg szerzetes magához vett egy elhagyott cicát, és úgy gondozta, mintha a saját gyermeke lenne. Egyszer azt mondta a szerzetes a kismacskának: „Olyan szegények vagyunk. Miért nem hozol nekünk szerencsét?” 7

1. lecke: Szerencsemacskák

Néhány nappal később egy gazdag ember haladt el a templom előtt a szolgájával, és arra lettek figyelmesek, hogy a templom kapujában ülő macska felemelte a mancsát, mintha integetne és behívná őket. Az utazók kíváncsian léptek be a romos épületbe. Hirtelen vihar kerekedett, és így nem tudtak tovább menni. Az öreg szerzetes felkínálta nekik szerény hajlékát, kevés ételét és vizét. Amikor az eső elállt, a gazdag ember azt mondta a szerzetesnek: „Köszönjük a menedéket a vihar ellen, a meleg vendégszeretetet, köszönhetően a macskád invitálásának. Sok szerencsét!” A gazdag ember hálája jeléül nagy összeget adományozott az ősi templom helyreállításához, ahová ezután egyre többen látogattak el. Miután elhunyt a macska, a szerzetes szobrot épített a templom elé a szerencsét hozó állat emlékére. A történet gyorsan elterjedt, és sokan jöttek tisztelegni a macska előtt abban bízva, hogy nekik is szerencsét, jólétet hoz. Japánban szinte minden családban található szerencsét hozó macska. Az emberek úgy vélik, hogy a felemelt jobb mancs a gazdagságot, a bal mancs pedig a szerencsét hozza el a családnak. Most, hogy megismertétek a szerencsemacska történetét, ideje elkészíteni a robotmodelljét. Melyiket választjátok? A szerencsét vagy a gazdagságot hozót?

Szerencsemacskák

Előzetes ismeretek Ebben a leckében érintőkapcsolót használunk.

Különféle érintőkapcsolók

1. lecke: Szerencsemacskák

Modellezés (összeszerelés) Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

A szereléshez szükséges elemek Keressük meg az applikációban a Fortune Cats egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések 1) A macska testéhez használjuk a vezérlőegységet.

2) A mozgatható karhoz használjunk szervomotort könyökízületként, majd építsük hozzá a testhez. Itt helyezkedik el az érintőkapcsoló is.

Ne feledkezzünk meg a kiegészítő és díszítő elemekről se. A részletes útmutató az applikációban megtalálható.

1. lecke: Szerencsemacskák

Mozgástervezés (programozás) A modell megépítése után neki lehet kezdeni a mozgássor megtervezésének, azaz a programozásnak. A szervomotor vezérlése Az applikációban keressük meg az Act menüpontot.

Tovább lépve az Action Example oldalra két példát próbálhatunk ki: Wave forward és Wave backward (előre és hátrafelé integetés). 1) Előre integetés A mozdulatsor előnézetét megnézhetjük az applikációban is. Ehhez még nem szükséges a Bluetooth kapcsolat. A

gombra kattintva indítjuk a beállított műveletsor végrehajtását.

Amikor a kész macskamodellt is szeretnénk mozgásra bírni, akkor már szükségünk van Bluetooth kapcsolatra is. Ebben az esetben kattintsuk a képernyő jobb alsó sarkában található 10

1. lecke: Szerencsemacskák

jelre, és létesítsünk kapcsolatot a rendelkezésre álló eszközünk (telefon vagy tablet) és a modell között.

A sikeres csatlakozás után a Bluetooth-kapcsolat szimbóluma a jobb alsó sarokban kékre vált. A kapcsolat létrejötte után elkezdhetjük megismerni a példaprogramot.

Az oldalon található sárga négyszög alakú jelkép az 1. szervomotort jelöli. Ebben a példában a szervomotornak három egymás utáni állapotát rögzítették. Az 1. az alapállapot, a 2. az előremozdulás, a 3. visszatérés az alapállapotba. A forgásszög beállításához rá kell kattintanunk a szervomotor ikonjára, és az ott található íves csúszka segítségével tudjuk a megfelelő értéket beállítani. Az 1. és a 3. helyzetben a forgásszög 0°, ami az alapállapot. A második sárga négyzetnél az ívelt csúszkán a beállított érték -30°, ami azt jelenti, hogy az Integető macska karja 30°-kal mozdul előre. A szervomotor jelképe alatt látható a motor működési ideje (ebben az esetben 400 ms). Az értékre kattintva megjelenik egy vízszintes csúszka, aminek a segítségével módosíthatjuk a művelet végrehajtásának az idejét. A mi példánkban az „idő” 400 ms, ahol az ms milliszekundumot jelent. 400 milliszekundum, négyszáz ezred másodperc, vagyis 0,4 másodperc. (A milli egy előtétszó, ami ezredrészt jelent; lásd; milliméter, milliliter, milliszekundum, tehát az alapegységek ezredrésze.) 11

1. lecke: Szerencsemacskák

2) Hátra integetés Ez a programrész az előző példához hasonló módon épül fel. Mindössze annyi az eltérés, hogy a szervomotor 2. állapotában a hátrafelé elmozdulást a +30°-kal tudjuk elérni.

A példák áttekintése után, lépjünk vissza az Act menüponthoz, ahol az Action Edit oldalra belépve elkezdhetjük a saját mozdulatsor megtervezését a forgásszögek és az időzítés beállításával. Ehhez a szervomotor ikonját csak be kell húzni a szerkesztőfelületre.

A forgásszögek beállításánál (megelőzve a későbbi hibalehetőségeket) hívjuk fel a diákok figyelmét arra, hogy kis értékekkel kezdjenek el kísérletezni, és kis léptékben növeljék a fokokat, amíg meg nem találják a legoptimálisabb értéket. Az érintőkapcsoló programozása Az előzőekben megismerkedtünk az egyszerű műveletsor tervezéssel. A következő lépés az érintőkapcsoló programkódjának a megírása. Keressük meg az applikációban a Logic program menüpontot, és ismerkedjünk meg a használatával az ott található példák segítségével.

1. lecke: Szerencsemacskák

1) példa

Ez a rövid programkód a következőket valósítja meg: A program elindítása után , ha megnyomjuk a nyomásérzékelő szenzort, ami érintőkapcsolóként működik, akkor a szerencsemacskánk előre lendíti a mancsát. Kattintsunk a Run gombra, majd nyomjuk meg az érintőkapcsolót. Figyeljük meg a Szerencsemacskánk reakcióját. Ez a programsor egy állítás, aminek a jelentése: „Az ID-1 nyomásérzékelő szenzor állapota: megnyomták.” Programindítás után, HA megnyomjuk az érintőkapcsolót, akkor a program az utána következő utasítást végrehajtja, azaz a macskánk előre int. (Természetesen használhatjuk itt a hátrafelé integetés utasítását is.) Tehát ez egy feltételes utasítás vagy parancs, ami csak akkor fut le, ha az előre megfogalmazott feltétel teljesül. Ha a feltétel nem teljesül, akkor figyelmen kívül hagyja azt az utasítást, ami a feltételhez kötött. Az utasítást azonban úgy is megfogalmazhatjuk, hogy ha teljesül a feltétel, akkor hajtsa végre az utasítás1-et, ha nem teljesül a feltétel, akkor az utasítás2 szerint fusson a program tovább. Egyágú és kétágú feltételes (HA) utasítás jelölése 13

1. lecke: Szerencsemacskák

Ebben a példában az érzékelő „Click” (megnyomták) állapotban van. Mit gondoltok, milyen állapotot tudunk még vizsgálni ezen kívül? Nézzük meg, hogy milyen lehetőségeink vannak még. Ha az utasításban a „Click” kifejezésre kattintunk, akkor a beállítások panelen a következő állapotok közül választhatunk: „Click”, „Double Click” vagy „Press Hold”.

 Teszteljük, hogyan működik a program.  A programkódban változtassuk meg az érzékelő állapotát. 2) példa Két különböző művelet között néha szükségünk lehet hosszabb-rövidebb szünetre. Erre használjuk a Wait parancsot. Az utasítás után milliszekundumban tudjuk megadni a várakozás, a késleltetés idejét. Miután letelt a várakozási idő, a program végrehajtja a következő utasítássort.

Az itt található kódban látható, hogy az érintőkapcsolónak mindhárom állapotához rendeltek valamilyen tevékenységet. Ha megértjük ennek a működését, akkor mi magunk is egyszerűen tudjuk majd irányítani szerencsemacskánkat.

1. lecke: Szerencsemacskák

A blokkábra szerint a modellünk az alábbiakra képes:  Click állapotban előrefelé int.  Double Click állapotban hátrafelé int.  Press Hold állapotban először előrefelé int; vár 1000 ms-ot, majd hátrafelé int. 3) példa Ezek után nem lesz nehéz megfejteni, hogy mit csinál ez a programkód.

A példaprogramok megértése után a diákok elkezdhetik a saját programjuk megírását önállóan, visszalépve a menüponthoz. (Lásd 13.o. ábrája.)

1. lecke: Szerencsemacskák

A programozási felületen a baloldali menüben található utasításcsoportok (blokkok) parancsaiból rakhatjuk össze a programkódot. Szerencsemacskánk integetéséhez elegendő az első két blokk (Start, Moves) utasításait használnunk. A kiválasztott utasításokat „fogd és vidd” technikával kapcsoljuk össze.

1. lecke: Szerencsemacskák

Megfigyelés és következtetés Tudományos magyarázat 1) Lengés Ebben a leckében megépítettük saját integető szerencsemacskánkat. Gondoltatok már arra, hogy milyen jellegű mozdulat kell az előre vagy hátra integetéshez? Tudtok-e mondani olyan tárgyakat, amelyek hasonló mozgást hajtanak végre? Milyen közös jellemzőik vannak ezeknek?

Összegzés: A szerencsemacskánk mancsának a mozgása _______________________ mozgás. 2) A sebesség és az idő közötti kapcsolat A mozgástervezés során megtanultuk hogyan állíthatjuk be az elfordulás szögét és a hozzátartozó időt. Gondolkodtassuk el a diákokat a következő két kérdésről. a) Szerencsemacskánk mancsát 30°os szögben forgassuk el. A művelet végrehajtásának idejét különböző értékekre állítsuk be, például 500 ms, 1000 ms és 2000 ms. Melyik értéknél lesz a leggyorsabb a mozdulat? Végezzünk kísérleteket, figyeljük meg és rögzítsük az eredményeket. A táblázatot töltsük ki a „Lassú”, „Gyors” és „Nagyon gyors” kifejezésekkel. Idő

500 ms

1000 ms

2000 ms

Sebesség

Összegzés: Azonos nagyságú szögeknél minél hosszabb a lengés ideje, annál ______________________________ (gyorsabb/lassabb) a lengési sebesség. b) Második kísérletünkben az idő legyen adott értékű: 500 ms. Ehhez állítsunk be különböző forgásszögeket, például 30°, 60° és 90°. Ismételten írjuk be az eredményeket a következő táblázatba.

1. lecke: Szerencsemacskák Szög

30°

60°

90°

Sebesség

Összegzés: Azonos műveletidő esetén minél nagyobb az elfordulás szöge, annál ________________ (gyorsabb/lassabb) a lengési sebesség. 3) Kontrollváltozók használata Az előző részben két kérdésre kerestük a választ, és kísérletekkel igazoltuk ötleteinket. Az első esetben állandó szög mellett különböző időtartamokat állítottunk be szerencsemacskánk integetési sebességének elemzésére. A második esetben az időtartamot tartottuk állandó értéken, de különböző szögeket állítottunk be a lengési sebesség elemzéséhez. Kísérleteinkben tehát az egyik fizikai jellemző értékét állandó értéken tartva egy másik tulajdonság értékeit változtattuk meg, és figyeltük ennek hatását. Az ilyen típusú vizsgálati módszert kontrollváltozó módszernek nevezzük. A későbbi leckékben gyakran használjuk ezt a módszert a megfigyeléseinkhez. Kiegészítő feladatok Mielőtt elkezdenénk néhány további gyakorlatot, tanulmányozzuk az „Repeat … times” parancsot. Az „Ismételd …-szor” utasítás lehetővé teszi, hogy egyes műveleteket egymás után többször (ciklikusan) végrehajthassunk, ahányszor csak akarjuk. Ez a számlálós ciklus, ahol előre tudjuk, hogy hányszor fog ismétlődni (lefutni) a programkód.

1) Módosítsuk a logikai programot 3. példa kódjában úgy, hogy a „Repeat … times” utasítást használjuk az ismétlődő integetéshez. Futtassuk a programot, és nézzük meg, mi történik. 2) Tervezzünk különböző műveletsorokat szerencsemacskánk számára. Használjuk az érintőkapcsoló különböző állapotait a műveletek váltakoztatásához. Futtassuk a programot, és nézzük meg, mi történik.

1. lecke: Szerencsemacskák

További lehetőségek Ötletelés

Összefoglalás

Gondolkodjunk el azon, hogyan tudnánk megvalósítani, hogy a szerencsemacskánk egy kattintásra elkezdjen folyamatosan integetni, majd egy újabb kattintásra befejezi azt. A diákok osszák meg egymás között az ötleteiket.

1) A lengés egyfajta mozgás, a szerencsemacska integetése is lengés. 2) Ugyanakkora lengési szög mellett minél hosszabb a lengés ideje, annál lassabb a lengés sebessége. 3) Azonos lengési idő mellett minél nagyobb az elfordulás szöge, annál gyorsabb a lengés sebessége. 4) Milliszekundum a szekundum időegység ezred része; jele: ms; 500 ms = 0,5 másodperccel. 5) A „fok” a szög egysége; jele: °. Például 30°.

Hasznos tanácsok  A leckében tárgyalt új utasítások (Repeat …; Wait …; If …) működésének a megértése alapvető és nagyon fontos. Győződjünk meg arról, hogy minden diák megértette a lényegét, és csak azt követően haladjunk tovább.  Ha egy helyiségben több modellt építenek a diákok, akkor hívjuk fel a diákok figyelmét arra, hogy a Bluetooth kapcsolat létesítése előtt alaposan ellenőrizzék, hogy a saját modelljük azonosítóját választották-e ki a listából.

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid head fixing plate

Humanoid foot fixing block

Elephant foot fixing plate

9-hole connector

C11

Flexible car fixing plate B

C12

Small oblique appearance part

P08

2*2 surface-turning part

P34

L-type surface-turning part

P35

1. lecke: Szerencsemacskák

Head bevel appearance part

P71

Large square appearance part

P72

11-hole long part

P22

5-hole long part

P25

１

Switch box

P80

Mid cable

Short cable

Switch cable

12*6 buckle

P47

6*6 buckle

P48

3*6 buckle

P49

Unilateral buckle

P54

Touch sensor

S03

Battery

Main control box

Servo motor

SERVO

2. lecke: Kis zenegép

2. lecke: Kis zenegép Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A hang generálása.  Hangmagasság és hangerősség.  Hangátvitel. 2. Matematika  A szögek és az időegység fogalmának ismerete. 3. Technológia  A hangmodul ismerete. 4. Mérnöki ismeretek  A hangmodul programozási lehetőségei.  Wait és Repeat parancsok ismerete. 5. Művészet és kreativitás  Zenei érzék fejlesztése.

Bevezetés Szereted a zenét? Milyen eszközöket használunk a mindennapi életünkben zenehallgatásra?

Különféle zenelejátszására alkalmas eszközök

2. lecke: Kis zenegép

Több mint egy évszázaddal ezelőtt még nem volt olyan egyszerű a zenehallgatás, mint napjainkban. A világ első, hangfelvételre is alkalmas fonográfját Edison találta fel 1877-ben.

Fonográf és gramofon1 A következő évszázad során az emberiség tovább fejlesztette Edison eredeti fonográfját. Fonográfot ma már nem igazán használunk, általában múzeumokban lelhetők fel, vagy esetleg régi emléktárgyként az otthon dísze lehet. Ebben a leckében elkészítjük saját zenegépünket, amelyre valamilyen hangot vagy zenét is rögzíthetünk majd.

Előzetes ismeretek A zenegép részei:

Kép forrása: https://www.mozaweb.hu/mozaik3D/ENK/hangszer/fonograf_gramofon/960.jpg

2. lecke: Kis zenegép

Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

A szereléshez szükséges elemek

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Little Musican egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések 1) Használjuk a vezérlőegységet a zenegép dobozaként. Erre építjük meg a lemezt szimbolizáló részt, amit meg is tudunk majd forgatni a szervomotor segítségével.

2. lecke: Kis zenegép

2) Ezután szereljük fel a hangmodult, majd építsük meg a zenegép tölcsérét is.

Tippek az összeszereléshez

1) A színük szerint hamarabb megtalálhatók a megfelelő alkatrészek. 2) A kisebb elemek pontos helyreillesztéséhez számoltassuk meg a diákokkal, hogy melyik oszlop, melyik sorához kell kapcsolni az adott elemet. 3) A modell építéséhez segítséget nyújt az applikáció 3D-s modellje, amit forgathatunk, mozgathatunk vagy akár nagyíthatunk is. Tanítsuk meg diákjainknak, hogy gondosan, pontosan kövessék az összeszerelési útmutatót. Ha probléma adódna, akkor időben kérjenek segítséget a tanártól.

Mozgástervezés (programozás) A modell megépítése után nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramot (Programing Example). Vizsgáljuk meg a programkódot, és értelmezzük a működését. Ne feledkezzünk meg a Bluetooth kapcsolatról, ami szükséges ahhoz, hogy modellünk működni tudjon.

2. lecke: Kis zenegép

A lemez forgatása Tudnunk kell, hogy amint elindítjuk a zenegépet, a lemez elkezd forogni, és megszólal a felvétel. Tehát, nekünk is mozgásba kell hoznunk a szervomotort. A példaprogram áttekintése után nyissuk meg az üres programozási felületet (

és Moves blokkból válasszuk ki a utasítást. A szervomotor tulajdonságainak eléréséhez kattintsunk az utasítás szerkeszthető részére. A felugró ablakban tudjuk a szervomotor forgási irányát és sebességét beállítani. Ismerkedjünk meg a használatával.

Beépített hanghatások Jelenleg meg tudjuk forgatni a lemezünket, de hang még nem szólal meg. A zenegépből származó zene onnan ered, hogy korábban azt rögzítették. Az általunk használt applikációban is van előre rögzített (beépített) hangeffektus. Ezeket megtaláljuk a Show blokk Play effect …… utasításában.

Amint látható, nagyon sokféle típusú hang található a készletben. Próbáljunk ki néhányat.

2. lecke: Kis zenegép

Saját felvétel készítése Lehetőség van saját felvétel készítésére is. Bármilyen zajt vagy dalt rögzíthetsz a programban. Egy dolgot kell csak figyelembe venni: a felvétel hossza nem haladhatja meg a 60 másodpercet.

Zeneszerzés hangjegyekkel A következő lehetőség egy nagyszerű kihívás az alkotásra. Az alkalmazásban előre rögzített zenei hangok is megtalálhatók, amelyek megfelelnek a szolmizációs hangoknak (dó, ré, mi, fá, szó, lá, ti, dó). Ezeknek a hangoknak a felhasználásával is készíthetünk zenét. Mielőtt bármilyen zenét hoznánk létre, nézzük át a Repeat…times és a Wait…ms utasításokat. A Repeat utasítással meghatározhatjuk, hogy a cikluson belül található parancsok hányszor kerüljenek végrehajtásra. A Wait utasítással pedig a milliszekundumokban megadott ideig várakozik a program futása, azaz késleltetjük a folyamatot.

A Show utasításblokkból válasszuk ki a Play tune … utasítást, és állítsunk be különböző hangmagasságokat.

2. lecke: Kis zenegép

Próbaképpen játszassuk le zenegépünkkel 3-szor egymás után a „dó-ré-mi” hangsort.

Megfigyelés és következtetés Tudományos magyarázat 1) A hang generálása Különböző hangokat hallunk. Gondoltatok már arra, hogy honnan erednek ezek a hangok? Ebben a kísérletben egy „kis fonográfot” modelleztünk. Amikor a zenegépünk zenél (hangot ad ki), óvatosan érintsük meg a tölcsért. Milyen érzés? Mit érzünk? Az emberek is adnak ki hangot, amikor beszélnek. Óvatosan tegyétek a kezeteket a torkotokhoz, és közben kezdjetek el beszélni. Mit éreztek a kezetekkel?

Összegzés: A hangot a _______________________ generálja.

2. lecke: Kis zenegép

2) A hangmagasság és hangerő Az alkalmazásban rögzített szolmizációs hangok (dó, ré, mi, fá, szó, lá, ti, dó) vajon a hangmagasságot vagy a hangerőt jelzik? A hangmagasság a hang egyik tulajdonsága, amit a hang frekvenciája (rezgésszáma) határoz meg. Nagyobb rezgésszám esetén magasabb hangot érzékelünk. A hangerő, a hang intenzitása a rezgés mértékétől és a környezettől függ. A hangerőt decibelben (dB) mérik. Az emberi fül kb. 325 hangerőfokozatot tud megkülönböztetni. A hangerő fokozatait a kottában dinamikai jelekkel2 határozzák meg. A hangerő közvetlen hatással van az emberre. Például a nagy hangintenzitással járó természeti jelenségek (pl. mennydörgés) ösztönösen félelmet keltenek. Összegzés: A hangok _______________ és ________________ eltérnek egymástól. 3) A hang terjedése Mi az oka, hogy halljuk a hangokat? Hogyan jut el a fülünkbe a hang? Van valami a fülünk és a hangforrás között?

Kísérlet (zsinórtelefon): Vegyünk két papírpoharat, amit összekötünk egy zsinórral. Az egyik poharat helyezzük a zenegépünk hangszórójához, a másikat pedig a fülünkhöz. Ügyeljünk arra, hogy a zsinór feszes legyen. Indítsuk el a zenét. Mit tapasztalunk?

Forrás: https://www.zenci.hu/szocikk/hangero

2. lecke: Kis zenegép

Számtalan példa található a hang terjedésére. Az óra elkezdésekor a diákok hallják a csengő hangját. A szinkronúszók egyszerre, együtt mozdulva mozognak a vízben, annak ellenére, hogy fejük a víz alatt van. Régen a katonák a földre tették a fülüket, hogy meghallhassák a közelgő ellenséges támadást. Mit jelentenek ezek a példák? Terjedhetnek-e a hangok levegőben, szilárd anyagokban vagy folyadékokban? Összegzés: A hang terjedhet ______________, _____________ és ______________ keresztül. Kiegészítő feladatok 1) Próbáljuk ki, hogy a példaprogramban megváltoztatjuk a várakozási időt, vagy az ismétlődések számát. Figyeljük meg, hogy milyen változások történnek. 2) Néhány egyszerű népdal kottáját felhasználva rögzítsünk saját zenét. 3) Használjuk a feltételes utasítást a programunkban úgy, hogy amikor a szervomotor az órajárásával megegyező irányban forog, akkor lejátszik egy dalt, míg a másik irányba forogva egy másik dalt szólaltat meg.

További lehetőségek Megismerkedtünk már az érintőkapcsolóval és a hangmodullal. Ha összekapcsoljuk ezt a két ismeretet, akkor milyen típusú dolgokra gondolhatunk? Tudnánk azokat modellezni és programozni? Összefoglalás 1) A hangot rezgés generálja. 2) A hangok hangmagasságban és hangerőben különböznek egymástól. 3) A hang terjedhet a levegőben, folyadékokban és szilárd anyagokban. 4) A milliszekundum az időegységnek tört része, 500 ms = 0,5 másodperc.

2. lecke: Kis zenegép

Kiegészítő olvasmány A fonográf története Az első, ténylegesen működőképes hangrögzítő és lejátszó szerkezetet, a fonográfot, Thomas Alva Edison találta fel. 1877. augusztus 15-én Edison arra kérte asszisztensét, hogy készítsen egy olyan gépet, amely egy hengerből, egy hangfelfogó tölcsérből, egy tűből és egy membránból áll. Amikor elkészült a furcsa gépezet, Edison rámutatott, és azt mondta: „Ez egy olyan gép, amely képes beszélni”. Elkezdett beleénekelni a vevőkészülékbe: „Mary kicsi báránya, gyapja fehér, mint a hó ... ”. Ezt a dalt a fura gépezet egy hengerre feszített lágy ónfóliára Edison rögzítette. Amikor visszajátszotta, az asszisztense csak szótlanul bámult. Ez a furcsa gép, amely képes beszélni, meglepte az egész világot, amikor 1877 decemberében Edison bemutatta a nagyközönség számára is. Tudtok-e olyan találmányt említeni, amit szintén Edison fejlesztett ki?

Hasznos tanácsok  Hívjuk fel a diákok figyelmét arra, hogy ennél a modellnél a szervomotor folyamatosan forog a programfutás során.  A programozáshoz már ismerni kell Repeat … és a Wait … utasításokat.  Készítsünk elő könnyen kódolható, egyszerű népdalok kottáit.  A zsinórtelefonhoz csoportonként 2 db papírpoharat és zsinórt biztosítsunk.  Az élvezhető hang érdekében gondoskodjunk arról, hogy megfelelő hangerővel szólaljon meg a rendelkezésre álló eszközünk.

2. lecke: Kis zenegép

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Megjegyzés

Humanoid head fixing plate

Elephant head fixing plate

Humanoid foot fixing block

Elephant foot fixing plate

9-hole connector

C11

Machine fixing plate B

C15

Yellow

Machine fixing plate B

C15

Light blue

Small bevel appearance part 1

P03

Small bevel appearance part 1

P04

2*2 turning part

P34

L-type surface-turning part

P35

T-type surface-turning part

P36

L-type part

P38

Square part

P67

Square adapter

P70

7-hole corner-turning part

P18

Blue

7-hole corner-turning part

P18

Light blue

7-hole long bar part

P21

7-hole long bar part

P24

Blue

7-hole long bar part

P24

Light blue

5-hole long bar part

P25

Light blue

Switch box

P80

Long cable

Short cable

Switch cable

12*6 buckle

P47

6*6 buckle

P48

Unilateral buckle

P54

Horn sensor

S06

Battery

Main control box

Servo motor

SERVO

További kellékek: Kották; eldobható poharak (2 db); 1 m hosszú kötél. 31

2. lecke: Kis zenegép

Saját jegyzetek: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

3. lecke: Diszkófény

3. lecke: Diszkófény Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A fényforrás, a fény és a színek közötti összefüggés.  Fényelnyelés és fényáteresztés.  A természetes fény összetételének megértése.  A három alapszín ismerete. 2. Matematika  Nincs. 3. Technológia  A ciklus és a feltételes utasítás ismerete. 4. Mérnöki ismeretek  Színes LED világítás alkalmazása. 5. Művészet és kreativitás  Világítástechnika; világítástervezés.

Bevezetés Ismeritek a gyertya és az asztali lámpa történetét? Volt egyszer egy kicsi gyertya. Egy családnál lakott nagy békességben. Minden este meggyújtották, és a fénye mellett barátságosan elbeszélgettek egymással az emberek. Egyszer aztán nagy változás történt, nem volt többé szükség a kicsi gyertyára, mert bevezették az elektromos áramot a házba, és most már az asztali lámpa fényénél folytatták az esti beszélgetéseket a családtagok. Az asztali lámpa gőgösen szólt a gyertyához: „Én sokkal szebb és fényesebb vagyok. Neked mostantól nincsen dolgod, mától az én fényem világítja be a szobát.” Telt-múlt az idő, és a kicsi gyertyáról meg is feledkeztek. Egy este azonban viharos szél kerekedett, elszakította a villanyvezetéket a ház előtt, és az asztali lámpa fénye kialudt. A család kislánya nagyon megijedt, és az édesanyja ölébe bújt. Az édesapának eszébe jutott a kicsi gyertya. Előkereste és meggyújtotta. Ismét barátságos fény világított a szobában. Most a kis gyertya szólt az asztali lámpához: „Lehet, hogy szebb és fényesebb vagy nálam, de mindketten fényt hozunk ebbe a házba.” A fenti történetben az asztali lámpa is és a kicsi gyertya is fényt bocsát ki. Milyen eszközök adnak még ki fényt? Hogyan néz ki az asztali lámpa, és hogyan működik?

3. lecke: Diszkófény

Ebben a leckében egy olyan különleges asztali lámpát készítünk, amely színes, villogó fényt bocsát ki. Megismerkedünk a programozásával is.

Előzetes ismeretek Fényforrás A bennünket körülvevő tárgyak egy része világít, mások pedig nem. Azokat, amelyek megvilágítják saját magukat és fényt bocsátanak ki, fényforrásnak nevezzük. A nap, a gyertya, az asztali lámpa vagy a villogó színes fényű LED-ek mind-mind fényforrások. A nap ezek közül természetes fényforrás, a többi pedig mesterséges fényforrás.

A prizma fénytörése Milyen színű a Nap által kibocsátott természetes fény? Milyen összetevői vannak a természetes fénynek? 1666 elején Newton háromszög alakú üvegprizmát készített a fény színeinek tanulmányozására. Ebből a célból besötétített egy szobát, és egy kis lyukat készített az ablakon, hogy azon keresztül jusson csak be a megfelelő mennyiségű napfény. A prizmát a fény útjában helyezte úgy, hogy a megtört fény elérhessen a szemben lévő falhoz. Ennek a kísérletnek a során egy színsor jelent meg a falon. A színsor a következő színekből állt: vörös, narancssárga, sárga, zöld, kék, indigó és lila. Ez a hét alapvető szín a természetes fényben. Ezek után lássunk neki a saját asztali lámpánk elkészítésének.

3. lecke: Diszkófény

Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Flashing colored lights egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések 1) A vezérlőegység legyen a lámpa alapja. Ehhez kell csatlakoztatni az 1. számú szervot. A lámpaoszlop felső végén kell majd elhelyezni a 2. számú szervomotort. A szervomotorok sorrendje nem cserélhető fel. Mindig alaposan ellenőrizzük, hogy a megfelelő sorszámú szervot használtuk-e.

3. lecke: Diszkófény

2) Építsük meg a lámpaernyőt, telepítsük a LED-modult. Kapcsoljuk össze az elkészült lámpaoszlopot és a lámpaernyőt.

Mozgástervezés (programozás) A modell megépítése után nézzük meg az Act menüben található példaprogramot (Action Example). Futtassuk le a beépített mozgássorozatot, és értelmezzük a működését. Ne feledkezzünk meg a Bluetooth kapcsolatról, ami szükséges ahhoz, hogy modellünk működni tudjon. Imbolygó, forgó lámpa

A példa mozdulatsor segítségével forgassuk meg a lámpát. Az 1. szervo a lámpaoszlop dőlésszögét szabályozza (így érhetjük el az imbolygást), a 2. szervo a lámpaernyő forgatását teszi lehetővé. Mindkét esetben az íves csúszka segítségével állíthatjuk be a megfelelő szögértékeket. Óvatosan, apró lépésközökkel kísérletezzünk.

1. szervo

2. szervo

3. lecke: Diszkófény

Következő lépésként, a vízszintes csúszka segítségével állítsuk be a lámpaoszlop lengési sebességét, a lámpaernyőnek pedig a forgási sebességét. A lámpaernyő esetében kísérletezzünk több érték megadásával, hogy lássuk a különböző hatásokat. (Például: 100 ms, 400 ms, 1000 ms.)

Színes, villogó fények játéka A programkód írásakor a programozó „mondja meg a számítógépnek”, hogy hogyan hajtson végre egy feladatot. Ebben a leckében a ciklus utasítás működését értessük meg a diákokkal. A ciklus egy olyan utasítás, amely folyamatosan hajtja végre az utasítás(oka)t, amíg a ciklust szabályozó feltétel igaznak bizonyul. Nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramokat (Programing Example1, Example2). Vizsgáljuk meg a kódokat, és értelmezzük azok működését.

Ezek után próbáljuk meg saját magunk beállítani különböző értékeket, hogy lássuk, hogyan módosul a leprogramozott mozdulatsor.

Megfigyelés és következtetés Kísérlet: Változtassuk meg a színes fényeket átlátszó színes papírok segítségével. Kiegészítő információ: A színes tárgyak a rajtuk áthaladó fényből csak a saját színüket engedik tovább haladni, minden más színt elnyelnek.  Előkészítés: piros, zöld és kék áttetsző színes papírból készítsünk egy színkorongot.

3. lecke: Diszkófény

 Beállítás: állítsuk be a kis lámpa fényét hét színűre (azaz piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó és lila).  Megfigyelés: fedjük le a lámpát az átlátszó papírból készített színkoronggal, és figyeljük meg az átlátszó papíron átjutó fény színét. Értelmezés: A különböző színű átlátszó papírrészek képesek elnyelni a fény minden színét, kivéve a saját színüket. A színes papíron áthaladó fény színe tehát megegyezik a papír színével.

További lehetőségek Önálló tervezés Hozzunk létre speciális „lézer show”-t. Engedjük szabadjára a fantáziánkat, és tervezzünk lengő, forgó, villogó színes fényeket. Összefoglalás 1) Vizsgáltuk a fényforrásokat, valamint a fények és a színek kapcsolatát. 2) Az áttetsző tárgyak a saját színüktől eltérő fényeket elnyelik, míg a saját színükkel azonosat átengedik. 3) A fehér fény több, különböző színű (piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó és lila) fényből tevődik össze.

Hasznos tanács Ha a fényelnyelés – fényáteresztés kísérletben a hatás nem teljesen egyértelmű, akkor válaszszunk másmilyen típusú átlátszó papírt.

3. lecke: Diszkófény

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Servo motor

SERVO

Master

Switch

P80

C12

C15

P01

P02

P18

P34

P47

P48

P54

S05

Connector

Garnish

LED Module

19 Connecting wire 19

További kellékek: Átlátszó papír (piros, zöld, kék).

3. lecke: Diszkófény

4. lecke: Intelligens garázs

4. lecke: Intelligens garázs Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány  Fényvisszaverődés.  Infravörös fényérzékelővel történő távolságmérés elve.

2. Matematika  Szögek a gyakorlati feladatokban. 3. Technológia  Értsék és tudják alkalmazni az "If - Else" (Ha – különben) utasítást. 4. Mérnöki ismeretek  A szervomotor forgási szögének és sebességének beállítása a programkódban; különböző lehetőségek vizsgálata. 5. Művészet és kreativitás  Nincs.

Bevezetés A mindennapi életben gyakran találkozhatunk a képeken látható eszközökhöz hasonlókkal. Automata vízcsappal gyakran találkozhatunk a szállodák és más nyilvános helyiségek mosdóiban. Amikor a kezünkkel közelítünk a csap felé, akkor automatikusan nyit; és miután elvisszük a kezeinket, a vízcsap automatikusan zár. Ez az önműködő csaptelep takarékosabb a hagyományosnál. Vajon mi lehet az automatikus csaptelepnek a működési elve? Bevásárlóközpontokban, nagyobb vállalatoknál gyakran találkozhatunk sorompóval. Amikor nem jön autó, akkor zárva van, nem lehet áthaladni rajta. Ha közeledik egy gépjármű, akkor kellő távolságba érve a sorompó érzékeli azt, és magától felemelkedik, és átengedi az autót. Majd ismételten leereszkedik. A képen megtaláljuk, hogy hol van az érzékelő? 41

4. lecke: Intelligens garázs

Intelligens garázs sok helyen látható, és jelentős szerepe van a forgalomirányításban. Valójában a működési elve nagyon egyszerű. Ebben a leckében megtanuljuk, hogyan lehet felépíteni egy intelligens garázsmodellt, amely képes a sorompókar automatikus vezérlésére.

Előzetes ismeretek Fényvisszaverődés Az intelligens garázsmodell működésének sok köze van a fénytanhoz, különös tekintettel a fényvisszaverődésre. A fényvisszaverődés egy optikai jelenség. Ez azt jelenti, hogy amikor a fény különböző közegek határára érkezik, akkor egy része visszaverődik, a másik része pedig belép az új közegbe. Amikor a fény megváltoztatja a terjedési irányát a két anyag közötti határfelületen, majd visszatér az eredeti közegbe, akkor fényvisszaverődésnek nevezzük. A fény tükröződik a víz, az üveg és sok más tárgy felületén.

Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

4. lecke: Intelligens garázs

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Smart Garage egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Fokozott figyelmet igénylő műveletek 1) A vezetékek csatlakoztatásánál hívjuk fel a diákok figyelmét arra, hogy a megadott helyen pontosan dugaszolják az aljzatba, és a vezetékeket igazítsák úgy, hogy ne akadályozzák majd a modell mozgását.

4. lecke: Intelligens garázs

2) A vezérlőegység 1-es számú aljzatából kiinduló vezetéket csatlakoztassuk az infraérzékelő megfelelő aljzatához.

3) A vezérlőegység 2-es számú aljzatát, és a szervomotor CD jelű oldalán található aljzatot kössük össze a megfelelő vezetékkel.

Mozgástervezés (programozás) Megépítettük a modellünket, a működéséhez azonban programoznunk kell. Ehhez előzetesen nézzünk át néhány példát. 1) Futtassuk le az Act menüben található példaprogramokat (Lift up, Lift down), és értelmezzük a működésüket. Ne feledkezzünk meg a Bluetooth kapcsolatról se.

4. lecke: Intelligens garázs

2) Lépjünk be az Action Edit menüpontba, és hozzunk létre saját mozdulatsorokat. A sorompókar mozgatásához, az azt forgató szervomotor forgástengelyének a forgásszögét kell megváltoztatnunk. Próbáljuk ki a következő értékeket: 0°, 45° és 90°. Tipp

Hívjuk fel a diákok figyelmét arra, hogy a forgásszöget 0°és 90° között válasszák meg. 3) Következő lépésként a mozgás idejét állítsuk be. Próbáljuk ki a következő értékeket: 1000 ms, 2000 ms, 5000 ms. Megjegyzés

A másodperc (szekundum) az SI-rendszerben3 az idő alapegysége. A milliszekundum (ms) ennek az ezred része. 1 s = 1000 ms Új ismeret – „If-Else” Garázskapunk most még csak emberi beavatkozással képes működni. Mitől lesz intelligens? Ha önállóan, programvezérelten működik. Programozás előtt értelmezzük a következő mondatot: „HA holnap esni fog az eső, akkor otthon maradok, és elkészítem a házi feladatot; KÜLÖNBEN a barátommal kirándulni megyek.” Egyértelmű, hogy az időjárás határozza meg a másnapi programot. Az intelligens garázsnál is valami befolyásolja a sorompókar működését, az, hogy közeledik-e feléje autó vagy sem. Átfogalmazva: HA az intelligens garázs érzékeli, hogy egy autó közeledik, akkor a sorompó felemelkedik, KÜLÖNBEN zárva marad. 1) Most nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramot. Vizsgáljuk meg a kódot, és értelmezzük a működését.

Mértékegységek Nemzetközi Rendszere

4. lecke: Intelligens garázs

2) Indítsuk el a programot (Run), majd a kezünkkel közelítsünk az infraérzékelő felé. Figyeljük meg a sorompó működését. 3) Most vegyük el a kezünket a szenzortól. Hogyan reagál a sorompó? 4) Folyamatosan közelítsük, majd távolítsuk a kezünket az infraérzékelő előtt. Mekkora a legnagyobb távolság, amit érzékelni tud a modellünk? Megjegyzés

Ebben a leckében a hangsúly az If-else utasítás megismerésén, és megértésén van. Az intelligens garázs folyamatosan érzékeli az infraérzékelőn keresztül, hogy közeledik-e jármű. HA autó közeledik, akkor a sorompó felemelkedik, KÜLÖNBEN zárva marad.

Megfigyelés és következtetés Tudományos magyarázat Azt már tudjuk, hogy a fény visszaverődik, ha akadályba ütközik.

Az infravörös fény szabad szemmel nem látható, viselkedését tekintve ugyanúgy viselkedik, mint a látható fény, azaz visszatükröződik, amikor akadályba ütközik. Az infraérzékelő elején van két elektronikai részegység; az egyikkel infrafényt lehet kibocsájtani, a másikkal pedig érzékelni lehet a fényt. Ennek az eszköznek a használatától lesz intelligens a garázskapunk. A fénykibocsájtó egység sugározza az infravörös fénysugarat, az érzékelő rész pedig észleli azt, amikor az infrasugár az akadálynak ütközve visszaverődik. Vagyis az érzékelő felfogja a visszaverődő sugarat. Amikor az akadály távolsága megváltozik, a visszaverődő fény erőssége (intenzitása) is megváltozik. Az infravörös érzékelő ennek a visszaverődő fénynek az erőssége alapján érzékeli a távolság nagyságát. 46

4. lecke: Intelligens garázs

Kiegészítő feladatok 1) A példaprogramban található utasítás szolgál arra, hogy beállítsuk az infraérzékelő és az érzékelt akadály távolságát. Az alapértékként megadott értéket (<10) változtassuk meg. Például: <3; <5. Minden változtatás után ellenőrizzük a kezünk mozgatásával, hogyan változik a sorompó működése.

2) A fenti utasításban nemcsak a távolság nagyságát lehet módosítani, hanem a relációjelet is. Hogyan kellene módosítani az utasítást, ha a következő feltételt szeretnénk megvalósítani a programban? HA autó közeledik, akkor a sorompó leereszkedik, KÜLÖNBEN nyitva marad. Milyen relációjelet kell ehhez használni? Beszéljétek meg a lehetőségeket a csoporton belül.

További lehetőségek Kérdés A leckében tanultak és tapasztaltak alapján, hogyan magyaráznátok meg az automata vízcsap működését? 47

4. lecke: Intelligens garázs

Összefoglalás 1) A másodperc (szekundum) az SI rendszerben az idő alapegysége. A milliszekundum (ms) ennek az ezred része. 1 s = 1000 ms 2) Az infravörös fény szabad szemmel nem látható, de a többi tulajdonságát tekintve ugyanúgy viselkedik, mint a látható fény. 3) Az infraérzékelőben van egy infrafényt kibocsájó egység, és egy másik, amivel érzékelni lehet a visszaverődő fényt. Az infravörös érzékelő a viszszaverődő fénynek az erőssége alapján érzékeli a távolság nagyságát. Kiegészítő olvasmány A számítógépes alkalmazások és az érzékelési technológiák fejlődése, valamint az új robotnavigációs algoritmusok folyamatos fejlesztése jelentős változást indított el az 1980-as években. Számos világhírű vállalat kezdte el a robotok fejlesztését. Ezek elsősorban kísérleti platformként szolgálnak az egyetemi laboratóriumok és kutatóintézetek számára. A robotok intelligenciájának fontos jellemzője az autonóm navigáció, amely alapvető követelménye az akadályok elkerülésének. A robotok az akadály elkerülését az infravörös érzékelő segítségével érhetik el.

Hasznos tanácsok 

Figyelmeztessük a diákokat, hogy az intelligens garázs sorompókarjának a működéséhez a forgásszöget 0° és 90° között kell beállítani.



A HA–KÜLÖNBEN logikai utasítás bevezetéséhez használjunk hétköznapi példákat a diákok tapasztalata alapján. (Például: HA vasárnap van, akkor 10-kor kelek; KÜLÖNBEN 8 órakor kelek.)

4. lecke: Intelligens garázs

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Megjegyzés

Humanoid right elbow fixation plate

C3-YLW

Yellow

Elephant foot fixing plate

C8-BLU

Blue

9 hole connector

C11-YLW

Yellow

Small oblique appearance bar part

P08-LTBU

Light blue

L-type surface-turning part

P35-RED

Red

L-shaped part

P38-BLU

Blue

Square adapter

P70-YLW

Yellow

9-hole long part

P23-BLU

Blue

3-hole long part

P26-RED

Red

3-hole long part

P26-LTBU

Light blue

Switch box

P80-RED

Long wire

W1-BLU

Medium wire

W2-GRY

Switch wire

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

One-side buckle

P54-LTBU

Infrared sensor

S01

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor

SERVO

További kellékek: A fényvisszaverődés kísérlethez: tükör, zseblámpa.

4. lecke: Intelligens garázs

5. lecke: Kedvenc kis állatom

5. lecke: Kedvenc kis állatom Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  Az időmérés. 2. Matematika  A gyakoriság fogalmának ismerete. 3. Technológia  Szerelési útmutató értelmezése. 4. Mérnöki ismeretek  A LED lámpák programozása. 5. Művészet és kreativitás  A művészetek iránti fogékonyság fejlesztése.  Kézügyesség fejlesztése.

Bevezetés Sokféle madár létezik a természetben. Szereted őket? Melyik a kedvenc madarad?

galamb

veréb

szarka

harkály

papagáj

Kinek tetszik a bagoly? Következő kísérletünket bagoly-formájú robottal végezzük.

5. lecke: Kedvenc kis állatom

Tudod, hogy milyen részei vannak egy bagolynak?

A bagoly testfelépítésének ismeretében hogyan tudjuk megépíteni a robotmodellünket?

Előzetes ismeretek Gyakoriság A gyakoriság egy esemény előfordulásainak száma a megfigyelés során. Ha például 20 alkalommal földobunk egy kockát, és négyszer kapunk hatost, akkor a hatosok gyakorisága 4, relatív gyakoriságuk 4/20. 52

5. lecke: Kedvenc kis állatom

Az események összes száma viszonyítva egy csoport előfordulási számával a csoport gyakorisága. A gyakorisági számokkal ismerjük meg a csoportok eloszlását. Számok átlaga Példa: Két bagoly van, A és B. Tom, a biológus, feljegyzi, hogy hányszor pislogtak. Az A bagoly 20 másodpercenként háromszor pislog, míg a B bagoly 40 másodperc alatt 7-szer. Akkor melyik pislog gyakrabban? Ennek eldöntésére mérjük meg mindkét bagoly másodpercenkénti pislogásának számát, azaz a baglyok pislogásának átlagos számát. Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a My Favorite Little Animal egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt.

5. lecke: Kedvenc kis állatom

Mozgástervezés (programozás) Nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramot. Vizsgáljuk meg a kódot, és értelmezzük a működését. 1) Az első példában érzelmet (Show emoji) és hangot (Play effect) kapott a baglyunk.

2) A második példában egymás után a következőket hajtja végre a modellünk: Blink (pislogás), Dizzy (imbolygás) és Cry (sírás). Mindegyik műveletet háromszor hajtja végre.

5. lecke: Kedvenc kis állatom

3) Az If – Do utasítás használatára, valamint a véletlenszám generálására látunk példát a harmadik mintaprogramban. Az „If–Do” egy olyan feltételes utasítás, ahol figyelni kell egy feltétel bekövetkezésére. Ha a feltétel megvalósul, akkor a hozzátartozó parancs végrehajtásra kerül; ha nem, akkor figyelmen kívül kerül, és a végrehajtás tovább lép a következő utasításra. Véletlen események bekövetkezéséhez a véletlenszám generálását (set random…) használja a példa.

A program1 és 3 között kiválaszt egy véletlen számot. Ha a szám=1, akkor örül a bagoly; ha 2, akkor sír; ha 3, akkor pedig imbolyog. Így a baglyunk cselekedete véletlenszerű lesz.

Megfigyelés és következtetés A valóságban, ha megfigyelsz egy baglyot, akkor gyakran látod pislogni. De milyen gyakran pislog egy bagoly? Hogyan lehet ezt megmérni? Az idő mérésére különböző órákat használunk a mindennapi életben, míg a kísérletekben a stoppert. Tudod, hogyan kell használni? Az első megnyomásra a stopper megkezdi az idő mérését; a másodikra a mutató megáll, és megmutatja a két gombnyomás között eltelt időt; a harmadik gombnyomásra a mutató visszatér a nullponthoz. Kísérletezzünk: Mérések segítségével számítsuk ki a pislogások átlagos számát! Mindegyik csoportban két diák mérjen, az egyikük kezelje a stoppert! 1 percig tartson a mérés. A másik diák feladata a bagoly pislogásainak számolása ezen idő alatt. A mérést ötször végezzük el.

5. lecke: Kedvenc kis állatom

A mérési eredményeket írjuk be a táblázatba, majd számoljuk ki a bagoly pislogásának átlagos számát! Idő

Pislogások száma

A pislogások átlaga

1 perc

További lehetőségek Összefoglalás A gyakoriság fogalma: Azonos feltételek mellett bizonyos számú próbát (n) hajtanak végre. Ezekben a próbákban az A esemény előfordulásának számát (m) az A esemény előfordulási gyakoriságának nevezzük. Az m / n arányt az A esemény bekövetkezési gyakoriságának nevezzük. Másképpen kifejezve: az A esemény előfordulásainak a száma az összes alkalomhoz viszonyítva, ez a relatív gyakoriság. A gyakorisággal lehet jellemezni számok eloszlását. Kiegészítő olvasmány A bagoly sokak számára kedves madár. Sok híres festő örökítette meg. 1) Qi Baishi: A védőszent Qi Baishit eredetileg Chun Zhi néven ismerték. Később kapta a Huang nevet. Ő a modernkori kínai festészet világhírű mestere. Mestere a virágok, madarak, rovarok, tájak és emberek ábrázolásának. Munkáit az élénk színek, tömör és élénk formák egyszerűsége jellemzik. A Védőszent egy faágon ülő baglyot ábrázol. A baglyot az ókorban baljós állatnak tekintették. Ezért az emberek nem nagyon szeretik, ez alól azonban kivétel a festészet. Kevés művész rajzolta meg. 2) Lin Fengmian: A bagoly Lin Fengmian (1900 — 1991) kínai művész. Először Dijon-ban, majd Párizsban, később majd Berlinben tanult. A franciaországi tartózkodása alatt modern művészeti tevékenységeket folytatott. 1925 telén visszatért Kínába, ahol Beiping Művészeti Magániskola elnöke és professzora lett, majd a Nemzeti Művészeti Akadémia oktatási bizottságának igazgatójává vált. 1928-ban létrehozta a Hangzhou Nemzet i Művészeti Akadémiát, amelynek az elnöke és a professzora volt.

5. lecke: Kedvenc kis állatom

3) Picasso: A bagoly Pablo Picasso (1881-1973) Málaga-ban született. Ő a legkreatívabb és legnagyobb hatást kiváltó művész a kortárs nyugaton. Ő és festményei halhatatlan szerepet játszanak a világ művészetének történetében. Picasso termékeny művész volt. A statisztikák szerint műveinek száma körülbelül 37 000, köztük 1885 olajfestmény, 7 089 vázlat, 6201 litográfia és 20.000 lenyomat. Azon a kevés festők egyike, aki Renoir után láthatta saját műveit a Louvre gyűjteményében.

Hasznos tanácsok  

A hangmodul rögzítése során figyeljünk a „kattanás” hangjára, ami jelzi, hogy megfelelő módon csatlakoztattuk. Rossz csatlakoztatás esetén a hangmodul meghibásodhat. A bagoly két szeme párhuzamosan kapcsolódik. Ha a LED-jelzőfény nem világít, távolítsuk el a párhuzamos csatlakozást, és soros csatlakozás formájában valósítsuk azt meg.

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

High angle appearance part 1

P01-BLU

High angle appearance part 2

P02-BLU

Small bevel appearance part 1

P03-BLU

Small bevel appearance part 1

P04-BLU

2*2 surface-turning part

P34-LTBU

L-type surface-turning bar part

P35-RED

Square part

P67-LTBU

Head bevel appearance part

P71-BLU

Tail connector

P69-LTBU

15-hole long part

P20-YLW

7-hole long part

P24-LTBU

5-hole long part

P25-LTBU

Swich box

P80-RED

Medium wire

W2-GRY

Short wire

W3-BLK

Switch wire

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

Two-shaped buckle

P53-GRY

One-side buckle

P54-LTBU

Horn sensor

S06

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

További kellékek: Stopperóra.

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A tárgyak mechanikus mozgásának alapvető formái.  A forgómozgás átalakítása egyenes vonalú mozgássá. 2. Matematika  Magasságmérés.  Forgásszög és magasság közötti kapcsolat megértése. 3. Technológia  A szervomotor forgástulajdonságainak beállítása (irány, szög, idő).  Összeszerelési és szétbontási technikák segédeszközzel.  A csuklós szerkezetek szerkezetének és működésének ismerete. 4. Mérnöki ismeretek  Az infravörös érzékelő és az érintőkapcsoló működésének ismerete.  Az emelőgép működésének szabályozása. 5. Művészet és kreativitás  Emelőkosár tervezése.

Bevezetés Egy kellemes szombat délután két kisfiú kiment a közeli parkba játszani. Játék közben egyszer csak vékony csipogó hangot hallottak a közeli fák felől. Kíváncsian futottak oda, és keresték a hang forrását. Az egyik fa tövében megpillantottak egy fészket, benne két aprócska madárfiókával. A madármama kétségbeesetten repkedett felettük, és keservesen csipogott. Az egyik fiú azt mondta, hogy másszanak fel a fára, és próbálják meg visszarakni a fészket a biztonságos ágak közé. A másik fiú azonban látta a tiltótáblát, hogy nem szabad a fákra felmászni. Milyen módon lehetne a fészket a magasba emelni, ha nem szabad fára mászni? Nektek milyen ötlet jut az eszetekbe?

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

Előzetes ismeretek Kísérlet Vegyünk elő egy ceruzát, egy radírt és egy vonalzót. Az alábbi ábra szerint helyezzük el ezeket az eszközöket. A ceruza helyzetének a megváltoztatásával mit érzünk, amikor a vonalzót lefelé nyomjuk az ujjunkkal?

A vonalzót egyszerű gépként, emelőként használtuk. Azt a tárgyat, amely egy erő hatására egy tengely (rögzített pont körül) forog, emelőkarnak nevezzük. A kar nem feltétlenül egyenes.

A mindennapi életben számos ilyen karos emelőt használunk mint például az olló vagy a talicska; a daru vagy a mérleghinta. Tudunk még néhányat említeni? Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Baby Bird’s Way Home egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések 1) Az emelőgép alapja a vezérlőegység lesz, amelynek az oldalához két szervomotort kapcsolunk.

2) Készítsünk összecsukható karos szerkezetet, amelynek a tetejére készítsünk egy kis házat. Helyezzük a szerelvényt az alapegységre, majd próbáljuk ki, hogy tudjuk-e kézzel le-föl mozgatni a szerkezetet.

3) A modellhez kapcsoljuk hozzá az infravörös érzékelőt és az érintőkapcsolót. Gondosan végezzük el a vezetékek csatlakoztatását, hogy működés közben ne akadjanak be sehova.

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

Néhány technikai jó tanács 1) A különböző egységek csatlakozásánál nagyon fontos, hogy a megfelelő csatlakozási ponthoz kapcsoljuk az adott elemeket. Figyeljük a vezérlőegység oldalán található számozást: 1-es bemenet: 2-es szervomotor, 2-es bemenet: érintőkapcsoló, 4-es bemenet: infraérzékelő, 5-ös bemenet: 1-es szervomotor, 7-es bemenet: piros színű kapcsoló vezetéke. 2) Az összecsukható karos szerkezet építésénél hívjuk fel a diákok figyelmét arra, hogy pontosan számolják ki, hogy melyik lyuknál kell az összekapcsolást elvégezni.

Mozgástervezés (programozás) Az összeszerelés és a Bluetooth kapcsolat létesítése után nyissuk meg a példaprogramot. Vizsgáljuk meg a kódot, és értelmezzük a működését.

1) Az emelőszerkezet felemelése és leeresztése Először el kell érnünk, hogy a szervomotorok forogjanak. Ehhez előbb a következő utasítást kell megértenünk: . Fontos, hogy a két szervomotor forgásszöge azonos nagyságú, de ellentétes irányú legyen. Így tudnak majd együtt dolgozni. A program futtatása során az érintőkapcsolóval tudjuk irányítani a felemelést és a leeresztést. A szimpla kattintásra felemelkedik (45°), dupla kattintásra visszaereszkedik a kiindulási (0°) pozíciójába. A felemelésnél próbálkozzunk más szögek beállításával. Figyeljük meg, hogyan változik az emelőnk magassága.

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

2) Az emelő működési sebességének beállítása utasításunk első fele a szervomotorok forgásszögét vezéreli, míg a második részben ennek a mozgásnak az idejét tudjuk szabályozni.

Próbáljunk meg különböző időparamétereket megadni (1000 ms, 3000 ms, 5000 ms), és figyeljük meg, hogyan módosul az emelkedés sebessége.

Megfigyelés és következtetés Hogyan mérhető az emelőnk emelkedésének mértéke? Alaphelyzetben mérjük meg a modellünk magasságát mérőszalag segítségével (a legaljától a tető csúcsáig), ez legyen a h1 hosszúság. Majd az emelő felemelése után ismételjük meg a mérést; ez legyen a h2 hosszúság. A kettő különbsége (h2-h1) adja meg az emelő emelkedésének a mértékét.

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

Hogyan számíthatjuk ki az emelkedés sebességét? Azt már tudjuk4, hogy a sebesség a távolság és a távolság megtételéhez szükséges idő hányadosa. A távolságot az előbb említett módon meg tudjuk határozni; az idő megegyezik a szervomotorok működési idejével. A megfelelő átváltások elvégzése után meghatározhatjuk emelőszerkezetünk sebességét m/s-ban. Emlékezzünk vissza a 4. leckében tanultakra, hogy 1000 ms = 1 s. 1. kísérlet Vizsgáljuk meg, hogy milyen kapcsolat van a szervomotorok forgásszögének nagysága és az emelővel elért magasság között. A táblázatban megadott szögek esetében végezzük el az emelkedés nagyságának mérését, és írjuk a táblázatba az eredményeket. A diákok saját példát is kipróbálhatnak, azonban hívjuk fel a figyelmüket arra, hogy 45°-nál nagyobb forgásszöget ne válasszanak, mert a mechanizmus sérülhet. A szervomotor forgásszöge

15°

30°

45°

Az emelő emelkedésének mértéke (cm)

Következtetés: A mérés után megállapítható, hogy minél ______________ a forgási szög, annál ______________ az emelkedés mértéke. (Az üres helyekre értelemszerűen írd be, hogy kisebb vagy nagyobb.) 2. kísérlet Most állítsuk be a szervomotor forgási szögét állandóra (45°), és a forgási időt változtassuk meg, és számítsuk ki a különböző időkhöz tartozó sebességet. Forgási idő

1000 ms

3000 ms

5000 ms

Az emelkedés sebessége

Következtetés: A számítások után megállapítható, hogy minél ______________ (hosszabb / rövidebb) a forgási idő, annál ______________ (gyorsabb / lassabb) az emelkedés sebességének a mértéke.

További lehetőségek Ötletelés Ha nem változtatható meg a szervomotor sebessége, akkor milyen más módszerrel lehetne elérni, hogy gyorsabban és magasabbra tudjuk emelni a szerkezetet?

Az 1. kötetben tárgyalt ismeret.

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

Összefoglalás 1) Alkalmas eszköz segítségével (pl. emelőkar) a forgó mozgás egyenes vonalú mozgássá alakítható. 2) Az emelő lefelé és felfelé mozgása a szervomotorok előre és hátra forgatásával érhető el. 3) Minél nagyobb a szervomotor forgásszöge, annál magasabbra tudjuk emelni az emelőt. 4) A szervomotor rögzített forgásszöge mellett rövidebb idő alatt gyorsabb sebességgel emelkedik az emelő. Kiegészítő feladat Nézzünk utána, hogy a következő emelőket milyen helyzetekben, hol használják?

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid right elbow fixation plate

C3-YLW

Elephant head fixing plate

C5-LTBU

Elephant foot fixing plate

C8-BLU

Machine fixing plate B

C15-YLW

L-type surface-turning part

P35-RED

T- type surface-turning part

P36-BLU

Big square appearance part

P72-LTBU

15-hole long part

P20-YLW

11-hole long part

P22-YLW

5-hole long part

P25-LTBU

3-hole long part

P26-RED

3-hole long part

P26-LTBU

Switch box

P80-RED

Connecting wire

W1-BLU

Connecting wire

W2-GRY

Connecting wire

W4-BLK

6. lecke: Madármentés – ollós emelőgép

Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

One-side buckle

P54-LTBU

Infrared sensor

S01

Touch sensor

S03

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor

SERVO

További kellékek: mérőszalag Saját jegyzetek: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

7. lecke: Kastély kaland

7. lecke: Kastély kaland Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  Idő és szögmérés. A szögsebesség és az egyenes vonalú egyenletes mozgás kiszámítása. 2. Matematika  Az ív, a szögsebesség és az idő matematikai kapcsolatának a megértése.  Az abszolút és a relatív hiba kiszámítása. 3. Technológia  Különböző szenzorok (érzékelők) működési elve. 4. Mérnöki ismeretek  A várkapu működtetése szenzorok és jeladók segítségével. 5. Művészet és kreativitás  A kastély díszítése, átalakítása, továbbfejlesztése.

Bevezetés A várkastélyok urai mindig is féltették kincseiket az idegen betolakodóktól, tolvajoktól. Vajon, milyen tanácsot tudnánk adni a vár urának, hogy megvédhesse a tulajdonát? A biztonsági rendszer beszerelése lehet egy jó megoldás. Mi a feladata egy ilyen rendszernek? Ha a kapu felé közeledik valaki, akkor a rendszer automatikusan figyelmeztet. Csak egy belső kapcsolóval lehet kikapcsolni a riasztót. A bentlakók pedig eldönthetik, hogy beengedik-e az érkezőt vagy sem. Egy ilyen biztonsági rendszer működése nagyon egyszerű, és mi is elkészíthetjük a már tanult ismereteink alapján. Mire lehet szükségünk, hogy a modellt megépítsük?

7. lecke: Kastély kaland

Előzetes ismeretek Érzékelő (szenzor) Az érzékelő egy olyan eszköz, ami valamilyen tulajdonságot, folyamatot érzékel, és az általa mért adatot (jelet, információt) legtöbbször elektromos jelekké alakítja át. Ezt a jelet továbbítja a kimeneti egységén keresztül feldolgozásra, tárolásra, vezérlésre, stb. A biztonsági rendszer részei A biztonsági rendszert a következő egységek alkotják: bemenő jel, érzékelők, vezérlők, vezérelt mechanikus szerkezetek és kimenet.

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Castle Adventure egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések 1) Építsük meg az alapot, és helyezzük el rajta a vezérlőegységet, az érintőkapcsolót és a hangmodult. Készítsük el a két kapuszárnyat a szervomotorokkal és az infraérzékelővel.

2) Építsük meg a vár környezetét, majd végül ellenőrizzük, hogy megfelelő módon vannak-e csatlakoztatva a vezetékek.

7. lecke: Kastély kaland

Mozgástervezés (programozás) Először próbáljuk meg az infraérzékelő nélkül működtetni a modellünket az érintőkapcsoló egyszerű programozásával. Vezéreljük a két szervomotort a kapu kinyitására és bezárására.

Ahhoz, hogy a kastélyunknak intelligens biztonsági rendszere legyen, össze kell kötnünk az infraérzékelőt, a hangmodult és az érintőkapcsolót a programkódunkban is. Gondoljuk végig, hogyan tudjuk ellenőrizni a kapu kinyitását és becsukódását, ha nincs kapuőr. Milyen szerepe lesz az érzékelőknek? Milyen esetekben kell riasztani, illetve kinyitni a kaput? Feldolgozási ötletek:  

Csoportosan beszéljék meg a diákok a lehetőségeket. Készítsenek folyamatábrát, amit be is mutatnak. Értelmezzük közösen az alábbi folyamatábrát.

7. lecke: Kastély kaland



Az elkészült vagy átbeszélt folyamatábra alapján a diákok 15 perc alatt készítsék el csoportosan a logikai programozást.

Megfigyelés és következtetés Szögmérés

A kapuszárny mozgásánál lehetőségünk van a szögmérésre. Az egyik diák állítsa be a szervomotor forgásszögét, a többiek pedig szögmérővel mérjék meg a kapu nyílásának mértékét. A két értékből kiszámítható az abszolút hiba és relatív hiba. (A kétféle hibát radiánban adjuk meg, ezért a szög- és radiánrendszer közötti kapcsolatot át kell beszélni a diákokkal.) Abszolút hiba: a mért érték és az elérni kívánt (a szervon beállított) érték különbsége. Relatív hiba: az abszolút hiba és a valódi érték hányadosa. A mérés során a következőket figyeltük meg: ______________________________________ . Sebességszámítás Egyenes vonalú egyenletes mozgással már foglalkoztunk. Ebben az az esetben a sebesség képlete: 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑠𝑠é𝑔 =

ú𝑡 𝑖𝑑ő

𝑣=

𝑠 𝑡

7. lecke: Kastély kaland

De hogyan számoljuk ki a sebességet körkörös mozgás esetében? A mozgás gyorsaságát kétféleképpen is jellemzhetjük: a kerületi sebességgel vagy a szögsebességgel. 𝑘𝑒𝑟ü𝑙𝑒𝑡𝑖 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑠𝑠é𝑔 = 𝑠𝑧ö𝑔𝑠𝑒𝑏𝑒𝑠𝑠é𝑔 = í𝑣ℎ𝑜𝑠𝑠𝑧 =

1 ∗ 𝑠𝑧ö𝑔 ∗ 𝑠𝑢𝑔á𝑟 2

í𝑣ℎ𝑜𝑠𝑠𝑧 𝑖𝑑ő

𝑓𝑜𝑟𝑔á𝑠𝑖 𝑠𝑧ö𝑔 𝑖𝑑ő

(𝑎 𝑠𝑧ö𝑔 𝑟𝑎𝑑𝑖á𝑛𝑏𝑎𝑛 𝑘𝑖𝑓𝑒𝑗𝑒𝑧𝑣𝑒)

A kerületi és a szögsebesség kiszámításához először állítsuk be a programkódban a szervomotor forgási szögét és idejét. Ezután végezzük el szükséges méréseket szögmérővel és stopperrel (bár az időértéket a kódból is kiolvashatjuk). A sugár megegyezik a kapuszárny szélességével. A mért értékeket felhasználva számítsuk ki kerületi és a szögsebességet. Megfigyelés és következtetés: __________________________________________________ .

További lehetőségek Készítsünk fényfolyosót LED modul segítségével.

Hasznos tanácsok 1) A méréshez használt szögmérő nagy legyen, hogy könnyen leolvasható legyen az érték; és legyen vékony, hogy beférjen a kapu és az alap közé. 2) A leckében használt matematikai képleteket előre beszéljük át a diákokkal, hogy ne okozzon problémát a használatuk. 3) Irányítsuk úgy a diákok munkáját, hogy a megfelelő gyakorlati következtetésre jussanak. 4) A szervomotor forgásszögét csak kis mértékben változtassák meg egyszerre a diákok, nehogy tönkre menjen a szervomotor a durva beavatkozás következtében.

7. lecke: Kastély kaland

Függelék: Szükséges elemek listája 1

Elem neve Elephant foot fixing plate

Modell azonosítója C8-BLU

Mennyiség 2

9-hole connector

C11-YLW

Small bevel appearance part 1

P03-BLU

Small bevel appearance part 2

P04-BLU

Left bevel

P05-LTBU

Right bevel

P06-LTBU

Large oblique appearance part

P07-BLU

Small bevel appearance part 1

P03-BLU

Small bevel appearance part 2

P04-BLU

Left bevel

P05-LTBU

Right bevel

P06-LTBU

Large oblique appearance part

P07-BLU

Square adapter

P70-YLW

Big square appearance part

P72-LTBU

15-hole long part

P20-YLW

13-hole long part

P21-BLU

11-hole long part

P22-YLW

5-hole long part

P25-LTBU

5-hole long part

P25-BLU

Switch box

P80-RED

Long wire

W1-BLU

Medium wire

W2-GRY

Short wire

W3-BLK

Switch wire

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

120

3*6 buckle

P49-GRN

Switch box

P80-RED

One-side buckle

P54-LTBU

Infrared sensor

S01

Touch sensor

S03

Horn sensor

S06

No.

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor

SERVO

További kellékek: Szögmérő, vonalzó, stopperóra.

8. lecke: Jó reggelt!

8. lecke: Jó reggelt! Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1.

Tudomány  Az idő fogalmának megértése.  Az óramutató mozgása.

2. Matematika  Szögmérés.  A szögek csoportosítása.  A szögek közötti kapcsolat megértése. 3. Technológia  A fényérzékelő, a hangszóró és az érintőkapcsoló átfogó használata. 4. Mérnöki ismeretek  Az időzítés, a feltételes utasítások és a ciklusok használatának a megértése. 5. Művészet és kreativitás  Saját munka tervezése.

Bevezetés Az ébresztőóra (vekker) állandóan, éjjel-nappal megállás nélkül dolgozik, hogy kellő időben felkeltse az embereket. Ebben a leckében elkészítünk egy ébresztőórát.

Előzetes ismeretek Ez a modell nemcsak az ébresztés funkcióját látja majd el, hanem a LED modulnak köszönhetően fényt is kibocsájt. Amikor elérkezik az ébresztési idő, az óránk hangjelzést ad, és elkezd világítani, addig, amíg meg nem állítjuk egy gombnyomással.

8. lecke: Jó reggelt!

Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Good Morning, Mybot egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. 1) Először készítsük el az óra tetejét a szervomotor, a LED modul és az érintőkapcsoló felhasználásával.

8. lecke: Jó reggelt!

2) A vezérlőegység lesz az alap, ehhez kell rögzítenünk a kapcsolót, a hangszórót és a díszítő elemeket.

3) Készítsük el az óralapot, majd a meglévő elemeket illesszük össze. Figyelmesen csatlakoztassuk a vezetékeket.

8. lecke: Jó reggelt!

Mozgástervezés (programozás) Futtassuk le az Act menüben található példaprogramot (Action Example). Differenciálási lehetőségként az ügyesebb diákok kezdhetik az Action Edit menüponttal is, ahol önállón tervezhetnek meg műveletsorokat.

A szög és a sebesség beállítása után futtassuk le a műveletsort, majd a lejátszás során ellenőrizzük a szervomotor problémamentes működését. Ha minden rendben, akkor ne felejtsük el a mentést.

Kódolás Nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramot. Vizsgáljuk meg a kódot, és értelmezzük a működését.

8. lecke: Jó reggelt!

Az első utasítás egy várakoztatás: 2000 ms ideig. (Ennek letelte utáni időpontra állították be az ébresztést.) Ezt követi egy Repeat … Until parancs (ciklusutasítás), ami úgy működik, hogy a közrefogott utasításokat addig ismétli, amíg a kilépési feltétel nem teljesül. Jelen esetben folyamatosan ismétlődnek a következő műveletek: 1) Végrehajt egy mozdulatsort, amit az Action menüben Action Adjustment néven lementettek. (Ehelyett saját mozdulatsort is beilleszthetünk majd később.) 2) A LED modul 3000 milliszekundumig valamilyen fényeffektust mutat be. 3) Végül megszólal egy hangeffektus is, a példában egy medve. A fenti három utasítás addig hajtódig végre folyamatosan, ismétlődő jelleggel, amíg le nem merül a szervomotor, vagy ha duplán kattintunk az érintőkapcsolóra.

A fentiek megértése után nekikezdhetünk a saját programkód megtervezésének. 77

8. lecke: Jó reggelt!

Megfigyelés és következtetés Vizsgáljuk meg, hogyan működik az óra kis- és nagymutatója. Egy óra elteltével hány fokkal fordul el a kismutató, mennyit fordul a nagymutató? Mekkora a mutatók közötti szög?

Rajzoljuk be az óramutatók helyzetét 3 órára és 6 órára. Szögmérő segítségével mérjük meg a mutatók által bezárt szögeket. Idő

3 óra

6 óra

Szög

3 órától 6 óráig ____ óra telik el. A 6 órához tartozó szögértékből vonjuk ki a 3 órához tartozó szöget; így ______________ fokot kapunk. Ezután osszuk el a szögek számát az eltelt órák számával; így megkapjuk, hogy a nagymutató egy óra alatt ________ fokot mozdult el. 1) Minden kerek óra esetében végezzük el a szögmérést, és rögzítsük a táblázatban a mért eredményeket. Idő

1 óra

2 óra

3 óra

4 óra

5 óra

6 óra

7 óra

8 óra

9 óra

10 óra

11 óra

12 óra

Szög Idő Szög

A szögeket nagyságuk szerint csoportosíthatjuk.      

hegyesszög: derékszög: tompaszög: egyenesszög: homorúszög: teljesszög:

0°-nál nagyobb és 90°-nál kisebb. 90°. 90°-nál nagyobb és 180°-nál kisebb. 180°. 180°-nál nagyobb és 360°-nál kisebb. 360°.

2) Egy óra elteltével a kismutató elmozdulása: ______________ fok.

8. lecke: Jó reggelt!

További lehetőségek Kiegészítő feladatok A tanult ismereteket (LED modul, hangmodul, érintőkapcsoló) alkalmazva készítsenek a diákok egy lakájrobotot, amely üdvözli az érkező vendégeket, és kinyitja az ajtót előttük. Elvárások a modellel szemben:   



Önállóan tervezett forma, külalak. Amikor megközelítjük a robotot, akkor üdvözöljön minket, kezdjen el villogni, és gombnyomásra nyíljon ki az ajtó. Nehezebb változat (opcionális): • Használják fel az érintőkapcsoló mindhárom funkcióját (kattintás, dupla kattintás, hosszan lenyomva), és annak megfelelően különböző fény- és hanghatásokat valósítsanak meg. • Az érintőkapcsoló helyettesíthető az infraérzékelővel az ajtónyitáshoz. • Szereljenek a robothoz 1-2 szervomotort, amivel valamilyen mozgást hajtanak végre. A munka végeztével mindenki mutassa be az elkészített modelljét, és mondják el, hogy milyen nehézségekkel kerültek szembe a megvalósítás során, és hogyan sikerült azokat megoldani.

Összefoglalás 1) Az óramutató járásával megegyező irányú mozgás a jobbra fordulás, a balra fordulás az óramutató járásával ellentétes irányú mozgás. 2) Egy óra alatt a nagymutató 360 fokot, a kismutató 30 fokot fordul el. 3) A szögeket nagyság szerint fel lehet osztani a következő csoportokra: hegyesszög < derékszög < tompaszög < egyenesszög < homorúszög < teljesszög.

Hasznos tanács A diákok önálló mozgástervezésénél kellő hangsúlyt helyezzünk arra, hogy a szervomotor megóvása érdekében a diákok csak fokozatosan, kis léptékekben változtassák meg a szervomotor forgási szögét, amíg megtalálják a legoptimálisabb beállítást.

8. lecke: Jó reggelt!

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid right elbow fixing plate

C3-YLW

Elephant foot fixing plate

C8-BLU

9-hole connector

C11-YLW

Machine fixing plate B

C15-YLW

Small oblique appearance part

P08-LTBU

2*2 turning part

P34-LTBU

L-type surface-turning part

P35-RED

Square part

P67-LTBU

Square adapter

P70-YLW

13-hole lon part

P21-BLU

9-hole long part

P23-BLU

7-hole long part

P24-BLU

7-hole long part

P24-LTBU

5-hole long part

P25-LTBU

5-hole long part

P25-RED

3-hole long part

P26-RED

Switch box

P80-RED

Medium wire

W2-GRY

Short wire

W3-BLK

Switch wire

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

3*6 buckle

P49-GRN

One-side buckle

P54-LTBU

Touch sensor

S03

Horn sensor

S06

LED light

S05

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor

SERVO

További kellékek: Ceruza, radír, vonalzó, szögmérő.

9. lecke: Földmunkagép

9. lecke: Földmunkagép Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  Az irány és a helymeghatározás ismeret.  A mozgás és a nyugalom relativitása.  Technológiák megismerése, amellyel az ember alakítani képes a környezetét. 2. Matematika  Távolságmérés, sebességszámítás. 3. Technológia  A moduláris programozás alapjai. 4. Mérnöki ismeretek  Ismerkedés a járművek szerkezetével.  Két szervomotor egyirányú és ellentétes irányú forgatása. 5. Művészet és kreativitás  Járművek tervezése, módosítása, díszítése.

Bevezetés A diákok nézzenek utána, hogy milyen területeken alkalmaznak földmunkagépeket? Az egyes folyamatok mely szakaszában van szükség a munkájukra? Milyen hasonló eszközökkel találkozhatunk még?

Előzetes ismeretek A földmunkagép szerkezet Nézzük meg, hogy milyen részekre tagolhatjuk a földmunkagépet. Négy kerék – karosszéria –markolókanál. Ezt a három elemet felhasználva készítjük el a mi modellünket.

9. lecke: Földmunkagép

Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

A szükséges építőelemek

Dekorációs elemek

Vezetékek

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Remote Control Forklift egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt.

9. lecke: Földmunkagép

Főbb lépések 1) A két hátsó kereket egy-egy szervomotorral szereljük össze.

2) Szereljük össze a két első kereket, amelyek szabadon foroghatnak.

3) A négy kereket csatlakoztassuk a vezérlőegységhez, így kialakítva a modellünk vázát.

4) Szereljük össze a markolókanalat.

9. lecke: Földmunkagép

5) Csatlakoztassuk a markolókanalat, a vezetékeket és a kapcsolót a vezérlőegységhez.

Megjegyzés: A kerekek szerelésénél ügyelni kell a szürke C16-os elem felhelyezésére, figyelembe véve a forgásirányt.

Mozgástervezés (programozás) Nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramokat. Vizsgáljuk meg a kódokat, és értelmezzük a működésüket. Szükséges előismeret: VS, S, M, F, VF értékek a szervomotor sebességét jelzik a nagyon lassútól a nagyon gyorsig; a jobb felső sarokban lehet beállítani, hogy engedélyezzük-e a szervomotornak a 360 fokos elfordulást. Első példa: előre és hátra Modellünk négy kereke közül a két hátsó kerék szervomotorokhoz csatlakoznak (a baloldali az 1-es, a jobboldali a 2-es szervohoz). Hogyan kell irányítani két szervomotort, hogy együttműködve elindíthassuk a gépünket? Előre menetel: 1: +M,2:-M

A számok a szervot jelölik; a +M a pozitív irányú forgást;

Hátra menetel: 1: -M,2:+M

a –M a negatív irányú forgást jelenti.

Gondolkodjunk el azon, hogy vajon miért ellentétes irányú a két szervomotor forgásiránya?

9. lecke: Földmunkagép

Második példa: kanyarodás Balra kanyarodás: 1: +F,2:+M Jobbra kanyarodás: 1: -M,2:-F

Harmadik példa: a markolókanál mozgatása Ebben az esetben arról kell gondoskodnunk, hogy a markolókanalat felemeljük, illetve visszaeresszük. A felemeléshez állítsuk be a 3-as szervomotor forgásszögét 45°-ra (3:45°); a leeresztéshez pedig 0°-ra.

A példaprogramok áttekintése után elkezdhetünk önállóan kódolni. Hozzuk mozgásba a modellünket. Távirányítós üzemmód A Controller menüpont kiválasztásával lehetőségünk van távirányítós üzemmódban irányítani a modellünket. Ismerkedjünk meg ennek a használatával is.

9. lecke: Földmunkagép

Kódolás

A diákokkal közösen elemezzük ki a fenti példát.       

rotate servo 360° 1:-M,2:+M wait 5000 ms rotate servos 3:45° during 400 ms rotate servo 360° 1:+M,2:-M wait 5000 ms rotate servos 3:0° during 400 ms go to start

a szervo 360°-ban foroghat; előre halad; a mozgás 5 mp-ig tart; a markolókanál felemelkedik 45°-ban 400 ms alatt; a szervo hátrafelé halad; a mozgás 5 mp-ig tart; a markolókanál visszaereszkedik 0°-ba 400 ms alatt; visszatérés a műveletsor elejére, ismétlés.

Ezt a folyamatot ábrázolja az alábbi ábra is:

Az eddig tanult ismeretek alkalmazásával lássunk neki az önálló programozásnak. Megjegyzés Amikor a szervomotort 360°-os módban programozzuk, akkor ne feledkezzünk meg arról, hogy beállítsunk időt is, amíg a mozgás tart.

9. lecke: Földmunkagép

Megfigyelés és következtetés Tájolás és elhelyezkedés Most, hogy már tudjuk irányítani a modellünket. Hogyan tudjuk biztosítani azt, hogy a helyes irányba haladjon, és végre hajtsa a feladatokat? Ha pontosan megadjuk az irányokat, akkor egyértelműen meghatározhatjuk a járművünk haladási irányát. A főégtájak mellett jelöljük a mellékégtájakat az alábbi rajzon.

Amikor leírjuk (meghatározzuk) egy objektum helyzetét, akkor szükségünk van tájékozódási pont(ok)ra, amihez viszonyítani tudunk. A mozgás és a nyugalom közötti kapcsolat Amíg a földmunkagépünk mozog, addig a markoló része áll vagy mozog? A mozgás relatív. Ugyanaz a tárgy mozoghat vagy nyugalomban lehet, attól függően, hogy mihez viszonyítjuk a helyzetét. A modellünk előrehaladásakor a markolót rögzítő szervomotor nem működik, tehát a markolókanál a modellhez képest nem változtatja a helyzetét. Ugyanakkor, ha mi kívülről figyeljük, akkor a markolókanál a modellel együtt mozog, tehát magunkhoz viszonyítva mozog. Fordulási sebességek összehasonlítása A szervomotorok sebessége VS, S, M, F és VF lehet. A diákok állítsák be a két szervomotor sebességét tetszőlegesen, az elfordulás mértékét pedig 90°-ra. Milyen irányba fog fordulni a modellünk a különféle sebességek esetén? Töltsük ki az alábbi táblázatot: 1-es szervo forgási sebessége

2-es szervo forgási sebessége

-M

Az akadály elkerülésének iránya A 90°-os fordulat megtételének ideje

További lehetőségek Gyorsasági verseny Két csoport versenyezzen egymással. A feladat, hogy a kiindulási pontról elindulva a pálya végén fel kell venni egy csomagot, majd vissza kell térni a kezdőpontra. A modell nem hagyhatja el a pályát, mert akkor kiesik a versenyből. A gyorsabb csapat nyer.

9. lecke: Földmunkagép

Ötletelés 1) Amikor távirányítóval vezéreljük a modellünket, hogyan változik a fordulási sebesség, ha a két szervomotor sebessége közötti különbség egyre nagyobb lesz? 2) Gömb alakú tárgyak szállításakor garantálható-e, hogy azok nem gurulnak ki a markolóból? Milyen fejlesztési javaslatokat tudunk mondani? Összefoglalás Tájolás és elhelyezkedés: A térképen az irányokat az égtájak segítségével határozhatjuk meg. A térkép teteje az északi iránynak felel meg. A mozgás relativitása: Ugyanaz a tárgy mozoghat vagy nyugalomban lehet, attól függően, hogy mihez viszonyítjuk a helyzetét. A tárgyak mechanikai mozgása sokféle lehet. Egy tárgy mozoghat egyenes vagy egy görbe vonal mentén; haladhat ugyanazon síkon vagy kiléphet egy másikra; mozoghat gyorsan vagy lassan. Az összes mozgástípus közül az egyenes vonalú egyenletes mozgás a legegyszerűbb. Kiegészítő feladatok Az elsajátított ismeretek alapján a diákok tervezzenek saját járművet. Néhány lehetőség:  Rakodótérrel ellátott, kotrógép.  Megkülönböztető jelzésű autó (mentő, tűzoltó, rendőrautó).

Hasznos tanácsok Ez az utasítás azt jelenti, hogy az 1 szervomotor közepes sebességgel az óramutató járásával megegyezően, a 2 szervo motor pedig az óramutató járásával ellentétes irányban forog közepes sebességgel. Ekkor mind a két kerék azonos irányban forog, és a targonca egyenes vonalban mozog. Ez az utasítás azt jelenti, hogy az 1. szervomotor az óramutató járásával megegyezően forog gyors sebességgel, a 2. szervo szintén az óramutató járásával megegyezően forog, de közepes sebességgel. Ebben az esetben a két kerék különböző irányokban forog: a bal kerék hátrafelé, a jobb kerék pedig előre, aminek az eredményeképpen a jármű balra fordul.

9. lecke: Földmunkagép

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid left shoulder fixing plate

C2-YLW

Piece

Humanoid head fixing plate

C4-YLW

Piece

Elephant head fixing plate

C5-LTBU

Piece

Humanoid feet fixing block

C6-YLW

Piece

Elephant feet fixing plate

C8-BLU

Piece

Machine fixing plate B

C15-YLW

Piece

Machine fixing plate B

C15-LTBU

Piece

Wheel adapter

C16-GRY

Piece

2*2 surface-turning part

P34-LTBU

Piece

7-hole slanted bar part

P17-BLU

Piece

7-hole corner-turning part

P18-BLU

Piece

15-hole long bar part

P20-YLW

Piece

7-hole long bar part

P24-LTBU

Piece

3-hole long bar part

P26-LTBU

Piece

Sports car hub

P82-YLW

Piece

Sports car tire

P84-BLK

Piece

30mm axle part

P98-BLK

Piece

Bulged-hole round part

P91-GRY

Piece

Switch box

P80-RED

Piece

Wire

W2-GRY

Piece

Wire

W3-BLK

Piece

Wire

W4-BLK

Piece

12*6 buckle

P47-YLW

Piece

6*6 buckle

P48-RED

Piece

Cross-hole fixing part

P100-RED

Piece

Unilateral buckle

P54-LTBU

Piece

Battery

LP-LTBU

Piece

Main control box

MC-LTBU

Piece

Servo motor

SERVO

Piece

9. lecke: Földmunkagép

Saját jegyzetek: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

10. lecke: Rendőrautó

10. lecke: Rendőrautó Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A hanghatások jellemzői.  A piros és a kék szín tulajdonságai. 2. Matematika  Egyszerű egyenletek megoldása. 3. Technológia  Vezeték nélküli kommunikációs technológia. 4. Mérnöki ismeretek  Sebesség és fordulás szabályozása.  Hangeffektusok időtartamának kezelése. 5. Művészet és kreativitás  Dekoráció tervezése.

Bevezetés Ebben a leckében egy rendőrautót szerelünk össze. Elgondolkodtatok már azon, hogy vajon miért kék-piros fénnyel villog a rendőrautó lámpája, vagy miért használ szirénát?

Forrás: https://www.autonavigator.hu/

10. lecke: Rendőrautó

Előzetes ismeretek Villogó piros-kék fények A rendőrautók lámpái vörös és kék fénnyel villognak; ez a három alapszínből kettő. Vannak olyan országok, ahol a két szín közül csak az egyiket használják, de soha sem zöld színűt. Mit gondoltok miért? Az egyik válasz az, hogy a vörös szín feltűnő, ami figyelmeztető hatást vált ki, míg a kék hűvös és megnyugtató. Ez az ellentét vonzza az emberek figyelmét. Egy másik válasz az, hogy éjjel a kék fény, nappal pedig a vörös fény a jobban látható. Ez a kombináció biztosítja, hogy az autó a nap 24 órájában észrevehető és figyelemfelkeltő legyen. A rendőrség a villogó lámpákkal és a szirénával figyelmezteti a gyalogosokat és a többi autóst, hogy adjanak utat. Ugyanakkor a vörös és kék villogás zavaró tényező is, és pszichésen zavaró és kellemetlen a menekülő bűnöző számára. Próbáld ki, hogyha elolvasod a következő képen látható szöveget, érzel-e valamilyen kellemetlenséget?

Megjegyzés: A mindennapi járőrözés közben a rendőrök nem használják a villogó lámpákat, csak bűnüldözés közben. Hanghatások A villogó fények mellett a rendőrautó másik jellemző tulajdonsága a szirénázó hang. A hang egy tárgy rezgése által keltett hullám. A hanghullámokra úgy is gondolhatunk, mint vízhullámokra. Míg a vízhullámok csak folyadékokban terjedhetnek, a hanghullámok folyadékokban, szilárd anyagokban és gázokban is terjedhetnek.

10. lecke: Rendőrautó

A hanghullám szemléltetése A hang minden irányba terjed. Például, ha valaki előttünk áll, de nem néz felénk, akkor is meghallhatjuk, amit mond. A hang erősségében különbségek is lehetnek. Minél erősebb a rezgés, annál erősebb (hangosabb) a hang; minél gyengébb a rezgés, annál gyengébb (halkabb) a hang. Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

10. lecke: Rendőrautó

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Police Cars egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Az első lépés a négy kerék összeszerelése.

Szervomotor nélküli kereket

Szervomotorhoz szerelt kerekek

A következő lépés az autó vázának a megépítése. Ehhez a négy kereket össze kell kötni, hogy kialakítsuk az alvázat.

Az autó alváza előlről és hátulról

Ezután következik a kocsi burkolása, a karosszéria megépítése.

A kocsi eleje

A kocsi hátulja

10. lecke: Rendőrautó

Az egyes részek megépítése után szereljük össze azokat, és már kész is a rendőrautó modellünk.

Mozgástervezés (programozás) Először a távirányítós (Controller) üzemmódban teszteljük a modellünket. A képernyő közepén lévő „botkormányt” irányítva mozgassuk előre, hátra, és forgassuk jobbra és balra az autónkat. Ezt követően nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramokat. Vizsgáljuk meg a kódokat, és értelmezzük a működésüket. Az a programozás, amit mi használunk, a blokk alapú programozás, amely egyike a vizuális programozás csoportjainak. A lényege, hogy a megfelelő utasításokat csak be kell húzni a programkódba. Röviden nézzük át az egyes utasítások szerepét. Ez a program kezdőpontja, amely minden programhoz szükséges. Ezzel az utasítással vezéreljük a szervomotor forgását és sebességét, és az alábbi ablak segítségével állíthatjuk be a használni kívánt értékeket.

10. lecke: Rendőrautó

Ez a késleltetés vagy várakozást megvalósító parancs. A paramétereként beállított időtartamig felfüggeszti a program futását, majd az idő letelte után tovább folytatja a programfutást. A legnagyobb érték, amit beállíthatunk: 9999 ms, ami körülbelül 10 másodperc. Ezzel az utasítással állíthatjuk be a különböző hanghatásokat. Ezzel a paranccsal visszatérhetünk a programkód elejére, azaz a program a műveletsor után automatikusan visszatér az első lépésre, és ismételten lefuttatja az utasításokat. Ez egy olyan ciklusutasítás, amely folyamatosan hajtja végre az utasítás(oka)t a cikluson belül, amíg a ciklust szabályozó feltétel igaznak bizonyul. Az If … Else egy olyan feltételes utasítás, aminek az első ága csak akkor fut le, ha az előre megfogalmazott feltétel teljesül, különben a másik ág utasításait hajtja végre a program. A továbbiakban mi magunk is felfedezhetjük az egyes utasítások működését. A különböző utasítások sorozata alkotja a programot. Ezen az ábrán egy egyszerű programkódot látunk. Az első Rotate… utasítással a rendőrautónk előre haladó mozgást végez, amit 5 mp-ig hajt végre (Wait 5000 ms). A második Rotate… utasítással pedig hátrafelé halad, szintén 5 mp-ig. Majd az utasítássor végén visszakerül a program elejére (Go to start), és így egy folyamatos előre-hátra mozgást hajt végre a modellünk. Az eddig tanult ismeretek alkalmazásával lássunk neki az önálló programozásnak. Próbáljunk meg minél több funkciót kitalálni a rendőrautónknak.

Megfigyelés és következtetés Hogyan mérjük meg a mozgó tárgyak által megtett út hosszát? Használhatunk vonalzót vagy mérőszalagot, attól függően, hogy hosszabb vagy rövidebb távot tett meg az autónk. A mozgás idejének mérése Időbe telik, amíg autónk eljut egyik helyről a másikra. Az idő méréséhez használhatunk stopperórát vagy egy mobilalkalmazást. Sebességmérés Ha ismerjük a távolságot és az időt, akkor kiszámolhatjuk a mozgó modellünk sebességét. Korábban már megtanultuk: a sebesség = távolság / idő. 96

10. lecke: Rendőrautó

Hogyan gyorsíthatjuk fel és könnyíthetjük meg a számolást. Mérjük az adott távolság megtételéhez szükséges időt, vagy mérjük az adott időn belül megtett út távolságát. Például, ha előre meghatározunk egy rögzített hosszúságú pályát, akkor csak azt az időt kell mérnünk, amely alatt autónak megteszi az adott távolságot. Az előző leckékből megtudtuk, hogy ötféle fordulatszám állítható be a szervomotoron. Az autó sebességét mind az öt üzemmódban mérjük meg. A mérésnél előfordulhatnak mérési hibák. „Egy mérés nem mérés.” – állítja egy bölcs mondás. Annak érdekében, hogy megbízhatóbb eredményt kapjunk, a mérést többször kell megismételnünk. Ebben a kísérletben minden mérést ismételjünk meg háromszor, majd vegyük az átlagukat. A mérési eredményekkel töltsük ki a következő táblázatot. 1. mérés távolság (m)

idő (s)

2. mérés sebesség távolság (m/s) (m)

idő (s)

3. mérés sebesség távolság (m/s) (m)

idő (s)

átlagsebesség sebeség (m/s)

VS S M F VF

Ismerkedés a hang természetével A hang egy rezgés. Ennek bizonyítására végezzünk el egy egyszerű kísérletet. Helyezzünk egy kisméretű habgolyót a rendőrautónk hangmoduljára, és válasszunk egy hangeffektust a rendelkezésre álló készletből. A telefonunk vagy tabletünk hangerejének beállításával szabályozhatjuk a hangszóró hangerejét. Mi történik a hangmodulra helyezett hablabdával, amikor lejátsszuk a hangot? Mi történik akkor, ha változtatjuk a hangerő nagyságát? A hangerő mérése Hogyan érzékeljük a mellettünk elhaladó rendőrautó szirénahangját? Ahogy közeledik felénk, egyre hangosabbnak érezzük, majd távolodva tőlünk egyre halkabb lesz. A hangerő méréséhez zajszintmérőt használunk. (Mobil applikációt is használhatunk.) Kísérlet: Állítsuk az autót a kiindulási pontra. Egy diák, szintén a kiindulási pontnál, mérje a hangerőt. Állítsuk be a maximális hangerőt, az autó sebességét pedig lassúra. Az autó elindulása után jegyezzük le, hogy az egyes távolságokon mekkora értéket mutat a zajszintmérőnk.

10. lecke: Rendőrautó

Töltsük ki a táblázatot. Távolság (cm)

100

125

150

175

200

A zajszintmérőn megjelenő szám

A rögzített eredmények elemzése után milyen következtetést vonhatunk le?

További lehetőségek Kreativitás: Használjátok a fantáziátokat, és készítsetek egyedi kinézetet a rendőrautónak. Számítási feladat: Két tolvaj autózik A pontból B pontba 100 km/h sebességgel. 10 perc elteltével a rendőrség üldözőbe veszi őket. Az A pontból indulva 120 km/h sebességgel haladnak a tolvajok nyomában. Amikor B pontba érkeznek, a rendőrség utoléri a tolvajokat. Mekkora a távolság A és B között? Összefoglalás 1) A rendőrautó piros és kék lámpái figyelmeztetést és megfélemlítést jelentenek a bűnözők számára. 2) A hang egyfajta rezgés. A hang terjedhet szilárd anyagban, folyadékban vagy gázban. 3) Sebesség = távolság / idő. Verseny Írjanak a diákok olyan programkódot, hogy egy rögzített távolságot (pl.: 2 m) tegyen meg az modelljük. Ezután mérjék meg, hogy a valóságban mennyire közelítették meg az adott célt. Kinek az autója a legpontosabb? Kiegészítő olvasmány Az utakon nagyon sok gyorshajtó száguldozik nagyteljesítményű sportautóval. A rendőrségnek is fel kell tudni venni velük a versenyt, ha meg akarják büntetni a vezetőket. Nézzünk körül, hogy a világon milyenek a gyors rendőrautók. A Lexus IS-F az Egyesült Királyság által használt autótípus a gyorshajtók és a bűnözők elfogására. 4,4 másodperc alatt gyorsul fel 100 km/h-s sebességre; legnagyobb sebessége: 270 km/h. Anglia északi részén, Humberside útjain használják ezt a 416 lóerős autót, amely szinte mindenféle járművel képes felvenni a versenyt.

10. lecke: Rendőrautó

Az Arie Atom névre keresztelt autót szintén az Egyesült Királyság rendőrsége használja. 2,5 másodperc alatt éri el a 100 km/h sebességet, legnagyobb sebessége 270 km/h. A keskeny kialakítás lehetővé teszi a szabad mozgást a forgalomban és az utakon. Remek és praktikus jármű.

A hollandok Spyker C8 Spyder rendőrautója 4,5 másodperc képes 100 km/h-s sebességre gyorsulni; legnagyobb sebessége 299 km/h. Ez az autó elég ritka látvány az utakon.

A német Audi R8 GTR gyorsulási ideje 3,2 másodperc 100 km/h-ra; legnagyobb sebesség 325 km/h. A sportos megjelenésen kívül 620 lóerős teljesítménnyel, és 5,2 literes V10-es motorral rendelkezik. Jelenleg azonban csak bemutatóra használják, és eddig nem vették igény-be járőrözésre vagy bűnüldözésre.

Olaszországban találkozhatunk a Lamborghini Gallardo LP560-4-es rendőrautóval. Gyorsulása 3,7 másodperc 100 km/h-ra; legnagyobb sebessége 326 km/h. A Lamborghini cég ajándékozta 2004-ben az olasz rendőrségnek. Az 5,2 literes V10-es motor és az 560 lóerő az olasz autópályákat sokkal csendesebbé tette. Azóta az olasz rendőrség új Lamborghini-t kapott az eredeti Gallardo helyett.

10. lecke: Rendőrautó

Hasznos tanács Ügyeljünk arra, hogy az autómodellünk minél simább felületen mozoghasson.

Függelék: Szükséges elemek listája

100

Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid head fixing plate

C4-YLW

Humanoid head fixing plate

C5-LTBU

Humanoid feet fixing block

C6-YLW

Machine fixing plate B

C15-YLW

Wheel adapter

C16-GRY

High angle appearance part 1

P01-BLU

High angle appearance part 2

P02-BLU

Small bevel appearance part 1

P08-LTBU

2*2 surface-turning part

P34-LTBU

L-type surface-turning part

P35-RED

Square part

P67-LTBU

Square Adapter

P70-YLW

Big square Adapter

P72-LTBU

7-hole slanted bar part

P17-BLU

7-hole corner-turning part

P18-BLU

15-hole long bar part

P20-YLW

11-hole long bar part

P22-YLW

9-hole long bar part

P23-BLU

7-hole long bar part

P24-LTBU

5-hole long bar part

P25-LTBU

5-hole long bar part

P25-BLU

5-hole long bar part

P25-RED

3-hole long bar part

P26-RED

Sports car hub

P82-YLW

Sports car tire

P84-BLK

30mm axle part

P98-BLK

Bulged-hole round part

P91-GRY

Switch box

P80-RED

Middle cable

W2-GRY

Short cable

W3-BLK

10. lecke: Rendőrautó

Switch cable

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

138

Cross-hole fixing part

P100-RED

Unilateral buckle

P54-LTBU

Horn sensor

S06

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor 1&2

SERVO

További kellékek: Stopperóra, zajszintmérő – ezek helyettesíthetők telefonos applikációval; mérőszalag, habgömbök. Saját jegyzetek: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

101

10. lecke: Rendőrautó __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

Mercedes-Benz W109, A Rendőrség-történeti Múzeum archív fotója http://www.policecars.hu/

102

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A látható és a láthatatlan fény ismerete. 2. Matematika  Távolság és hosszmérés. 3. Technológia  Tudja beállítani a távolságot akádályelkerüléshez. 4. Mérnöki ismeretek  Autóépítéssel, karosszéria felépítéssel kapcsolatos ismeretek. 5. Művészet és kreativitás  Nincs.

Bevezetés A vezető nélküli autók mindig is kihívást jelentettek a kutatók és fejlesztők számára. Az akadályok elkerüléséhez az infravörös érzékelőket széles körben alkalmazzák. A legnagyobb kihívások közé tartozik az akadályok elkerülése során annak pontos megállapítása, hogy van-e valami az autó útjában, és azt hogyan kell elkerülnie? Miután az autó észlelte az akadályt, hogyan lehet azt elkerülni? A Google vezető nélküli autója az elsők között –teljesen kielégítő mértékben– megvalósította az automatizálást, és automatikusan elkerüli az A Google vezető nélküli autója akadályokat. Építsünk vezetőnélküli járművet, amely infraszenzor segítségével automatikusan kikerüli az akadályokat.

Előzetes ismeretek Infravörös fény A szabad szemmel látható fényt látható fénynek nevezzük, amely hét színre osztható: vörös, narancs, sárga, zöld, cián, kék és lila. Az infravörös fény kívül esik a látható tartományon, szabad szemmel láthatatlan. 103

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Obstacle Avoidance Trolley egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket. (A részletes listaelem a lecke végén található.)

A kész modell

104

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

Főbb lépések A négy kerék megépítése

szervomotor nélküli kerék

kerék szervomotorral

A tartószerkezet, karosszéria megépítése

A kocsi eleje és hátulja

Mozgástervezés (programozás) Először a távirányítós (Controller) üzemmódban teszteljük a modellünket. Ezt követően nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramokat. Vizsgáljuk meg a kódokat, és értelmezzük a működésüket.

105

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

Az akadályok elkerülésének a működési elvét ábrázolja a következő ábra:

Az infraérzékelő modul használatához meg kell adnunk az akadály és a jármű infravörös szenzora közötti távolság nagyságát, amit a programban kísérünk majd figyelemmel. Az értéket centiméterben kell megadnunk.

Az új utasítások megismerése és kipróbálása után elkezdhetjük a saját programkód írását.

Megfigyelés és következtetés Hogyan mérhetjük meg az autó és az akadály közötti távolságot? Használjunk vonalzót, esetleg tolómérőt vagy mérőszalagot az autó és az akadály közötti távolság mérésére.

106

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

Mekkora távolságot célszerű beállítani az akadály és a jármű között? Minél közelebb van az autó az akadályhoz, annál könnyebb kikerülni azt. Az akadály elkerülésére vonatkozó szabályok:  Ha a modellünk beleütközik az akadályba és nem sikerül elkerülnie azt, akkor a művelet sikertelen.  Ha a modellünk beleütközik az akadályba, de végül sikerül kikerülnie, akkor a művelet részben sikeres.  Ha a modellünk ütközés nélkül kikerüli az akadályt, akkor teljesen sikeres a művelet. A szervomotor közepes teljesítménye (M forgássebesség) mellett kísérletezzük ki, hogy milyen minimális távolság beállításával lehet sikeres az akadály kikerülése. Az eredményeket rögzítsük az alábbi táblázatban. Az infravörös szenzor és az akadály közötti távolság nagysága (0~20)

A művelet eredménye (sikeres, részben sikeres, sikerleten)

Egy szervomotor sebességének beállítása az akadály elkerüléséhez Az akadály elkerüléséhez elegendő egy szervomotor fordulatszámát beállítanunk; a másikat állítsuk le. Amikor 90°-kal fordítjuk el a működő szervomotor forgásszögét a különböző sebességek (VS, S, M, F, VF) mellett, akkor milyen különbségeket észlelünk a fordulási időben? Készítsünk elő egy stoppert és mérjük meg a kocsi fordulási idejét a táblázatban megadott sebességek esetén: A szervomotor sebessége (órajárással megegyező irányban)

Fordulási idő 90°mellett

Következtetés: Az összehasonlító megfigyelés alapján megállapítható, hogy ugyanakkora fordulási szög (90°) esetében, különböző sebességek mellett a forduláshoz szükséges idő ______________________________. Két szervomotor sebességének beállítása az akadály elkerüléséhez Ebben a kísérletben már két szervomotor beállításával igyekszünk elérni, hogy az autónk elkerülje az akadályokat. Elfordulást akkor tudunk elérni, ha mindkét szervomotort azonos irányban forgatunk el (vagy az óramutató járásával megegyezően, vagy azzal ellentétesen). A szervomotor forgásszöge továbbra is 90° legyen. 1-es szervo sebessége 2-es szervo sebessége Fordulási irány (bal/jobb)

Fogalmazzunk meg következtetéseket a megfigyeléseink alapján. 107

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

További lehetőségek Összefoglalás 1) A szabad szemmel látható fényt látható fénynek nevezzük. Az infravörös fény kívül esik a látható tartományon, szabad szemmel láthatatlan fény. 2) A fény visszatükröződik a víz, az üveg és sok más tárgy felületén. A fényvisszaverődés optikai jelenség. A látott fény általában áthalad a levegőn. Amikor a fény más anyaggal, például asztallal találkozik, akkor visszaverődik. 3) Az akadályelkerülő modellünk az infravörös fény visszaverődését használja tájékozódásként. Verseny Rendezzünk akadálykikerülő versenyt a diákok által elkészített modellekkel. Kiegészítő olvasmány A sofőr nélküli, akadályokat elkerülni képes autók nagyon hasznosak, és számos helyzetben alkalmazhatók. Gondoljunk például a katasztrófa sújtotta területek megközelítésére. Kutatásuk és fejlesztésük már az 1970-es években elkezdődött. A Kínában népszerű Jingdong szállítóautó automatikusan kézbesíti az árukat a rendeltetési helyükre, és még egyéb kiegészítő funkcióval is rendelkezik, például hanggal. Vannak olyan felderítő járművek is, amelyek megközelítik a robbanóeszközöket, és automatikusan megsemmisítik azokat, elkerülve így a tűzszerészek életének veszélyeztetését.

108

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

Hasznos tanácsok A 2. példaprogram magyarázata 1) Ha az autó és az akadály közötti távolság nagyobb, mint a beállított érték, akkor az autó nem érzékeli az akadályt. A utasítás jelentése, hogy az 1. szervo közepes sebességgel, az óramutató járásával megegyezően forog; a 2. szervo közepes sebességgel az ellentétes irányban forog. Ennek hatására az autó egyenesen halad. 2) Ha az autó és az akadály közötti távolság kisebb, mint a beállított érték, akkor az infraérzékelő akadályt jelez, és a kocsi elfordul az eredeti haladási iránytól. A utasítás jelentése, hogy az 1. szervo gyors sebességgel, az óramutató járásával megegyezően forog; a 2. szervo közepes sebességgel szintén az óramutató járásával megegyező irányban forog. Mivel a két szervomotor egymással szemben helyezkedik el, ezért az azonos forgási irányuk az általuk meghajtott kerekeket ellenkező irányban forgatják, ezért kanyarodik a kocsi. A modellünknek nincs kézi vezérlése. Az akadályelkerülő funkciót programkóddal kell megvalósítani. Ennek legegyszerűbb módja a 2. példaprogramban található kód használata.

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid head fixing plate

C4-YLW

Elephant head fixing plate

C5-LTBU

Humanoid feet fixing block

C6-YLW

Machine fixing plate B

C15-YLW

Wheel adapter

C16-GRY

High angle appearance part 1

P01-BLU

High angle appearance part 2

P02-BLU

Small oblique appearance part

P08-LTBU

2*2 surface-turning part

P34-LTBU

L-type surface-turning part

P35-RED

Square adapter

P70-YLW

Large square appearance part

P72-LTBU

7-hole slanted bar part

P17-BLU

7-hole corner-turning part

P18-BLU

15-hole long bar part

P20-YLW

11-hole long bar part

P22-YLW

109

11. lecke: Akadályelkerülő önjáró autó

Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

9-hole long bar part

P23-BLU

7-hole long bar part

P24-LTBU

5-hole long bar part

P25-LTBU

3-hole long bar part

P26-RED

Sports car hub

P82-YLW

Sports car tire

P84-BLK

30mm axle part

P98-BLK

Bulged-hole round part

P91-GRY

Switch box

P80-RED

Mid cable

W2-GRY

Short cable

W3-BLK

Switch cable

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

150

Cross-hole fixing part

P100-RED

Unilateral buckle

P54-LTBU

Infrared sensor

S01

LED light

S05

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor

SERVO

További kellékek: Körző, vonalzó, stopperóra Saját jegyzetek: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

110

12. lecke: Takarítógép

12. lecke: Takarítógép Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  A súrlódási erő hatása. 2. Matematika  Távolság, idő, sebesség fogalma; ezek matematikai kapcsolata. 3. Technológia  Három szervomotor összehangolt beállítása.  A takarítógép programozási lépései. 4. Mérnöki ismeretek  Előre-hátrahaladás, forgás megvalósítása.  Önálló gondolkodás fejlesztése saját eljárások készítésével. 5. Művészet és kreativitás  Dekoráció, verseny.

Bevezetés Sok nagyvárosban az utcaseprőket felváltották takarítógépek. Ezek a gépek a nagy forgókefével a kocsi elején rendületlenül járják az utakat, és tartják tisztán a várost. Hogyan működnek ezek a takarítógépek? A kocsira szerelt víztartályból vizet permeteznek az útra, majd a forgó kefékkel elvégzik a takarítást.

Hogyan tervezték meg a takarítógépet? 111

12. lecke: Takarítógép

Előzetes ismeretek Mechanikai felépítés A takarítógépet három fő részre oszthatjuk: a kocsi váza, a karosszéria, és a kefék. Ezek alapján építsük mi is a saját modellünket. Karosszéria Karosszéria

Kefe

Kefék

Váz

Szükséges elemek Készítsük elő a következő elemeket.

112

Váz

12. lecke: Takarítógép

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Street Sweeper egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések

113

12. lecke: Takarítógép

Szerelési problémák 1. probléma: A kerekek felszerelése. A kerék és a szervo közé be kell illeszteni egy C16-os elemet. A kereket a megfelelő oldallal illesszük fel.

2. probléma: A kerekek összeszerelése után a szervokat vezetékkel kell csatlakoztatni. Az egyes jelű szervot kössük a vezérlőegységhez. A vezetékek elhelyezésére is ügyeljünk. 3. probléma: A kefe tartó rudja kisméretű elemekből készül. A kellő merevség eléréséhez mindig ellenőrizzük, hogy a megfelelő alkatrészt csatlakoztattuk-e.

114

12. lecke: Takarítógép

Mozgástervezés (programozás) Nézzük meg a Logic program menüben található példaprogramokat. Vizsgáljuk meg a kódokat, és értelmezzük a működésüket. Takarítóautónkat három szervomotor működteti. Az 1. és a 2. számú a hátsó kereket forgatja, a 3. számú pedig a kefét hajtja meg. Most megtanuljuk, hogyan tud együtt dolgozni három szervomotor. A hátra haladást teszi lehetővé ez a kód. A modell előrefelé mozgását úgy tudjuk beállítani, hogy az előző példával ellentétes irányú forgást állítunk be a szervoknál. A söprés megvalósítása. A 3. számú szervomotort forgásra programozzuk be, ezzel szimulálva a takarítás műveletét. A példaprogramok tanulmányozása után elkezdhetjük a saját ötletek megvalósítását. A forgás műveleténél ügyeljünk arra, hogy ne legyen túl gyors az elfordulás, különben a modellünk felborulhat vagy akadálynak ütközhet.

Megfigyelés és következtetés Az előző leckékben megtanult módon számítsuk ki a takarítógépünk sebességét. Mi kell ehhez? Egy adott távolság (például 60 cm), a távolság megtételéhez szükséges idő ismerete (megmérjük), és a képlet, amivel kiszámíthatjuk.

60CM

Mekkora lesz a sebessége modellünknek 60 cm-es távon? Számítsd ki. Súrlódás vizsgálata Befolyásolja-e a takarítógép sebességét, ha több kereket szerelünk fel? Megváltozik-e a sebesség, ha módosítjuk a modell szerkezetét? Vegyük le a gumikat a kerekekről, és végezzük el a következő kísérletet. Mérjük meg, hogy 10 másodperc alatt mekkora távolságot tesz meg a modell. Az idő és a távolság ismeretében számítsuk ki a sebességet. Számítás: ___________________________________________________________________ A kísérletet ismételjük meg úgy is, hogy különböző súlyokat helyezünk a kocsi tartályába. Mit tapasztalunk? Fogalmazzuk meg a tapasztalatokat általánosságban.

115

12. lecke: Takarítógép

Hasznos tanácsok A kódolásnál fokozottan ellenőrizzük, hogy a diákok helyesen oldották meg a szervomotorok együttes vezérlését. Ösztönözzük a diákokat, hogy a távirányítós üzemmódban teszteljék a modell mozgását. A korábbi ismereteket felhasználva, a diákok alkotó módon, tovább gondolva a lehetőségeket, fejlesszék tovább a takarítógépet

Függelék: Szükséges elemek listája

116

Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid foot fixing block

Humanoid head fixing plate

Elephant head fixing plate

Elephant foot fixing plate

9-hole connector

C11

Machine fixing plate B

C15

Machine fixing plate B

C15

Wheel adapter

C16

2*2 surface-turning part

P34

L-type surface-turning part

P35

Square adapter

P70

Large square appearance part

P72

6-hole slanted bar part

P16

7-hole slanted bar part

P17

7-hole corner-turning part

P18

15-hole long bar part

P20

3 -hole long bar part

P26

Sports car hub

P82

Sports car tire

P84

30mm axle part

P98

Bulged-hole round part

P91

Switch box

P80

12. lecke: Takarítógép

Serial line

12*6 buckle

P47

6*6 buckle

P48

144

Cross-hole fixing part

P100

Unilateral buckle

P54

Infrared sensor

S01

Battery

Main control box

Servo motor

SERVO

További kellékek: Stopperóra, mérőszalag

117

12. lecke: Takarítógép

118

13. lecke: Robotkarok

13. lecke: Robotkarok Célkitűzések és tantárgyi kapcsolódások 1. Tudomány  Az erő hatása a mozgó tárgyakra.  Fényszórás, fényelnyelés, fényvisszaverődés. 2. Matematika  Szögmérés. 3. Technológia  Három szervomotor összehangolt beállítása. 4. Mérnöki ismeretek  Robotkar felépítése.  A robotkar fogó funkciójának megvalósítása.  Infraérzékelő használatával fekete-fehér tárgyak szétválogatása 5. Művészet és kreativitás  A robotkar dekorálása, módosítása.

Bevezetés Figyeljük meg a saját karunkat. Gondoljuk végig, hogy milyen részekből áll. Mire használjuk karjainkat? Ismertek olyan filmhősöket, akiknek olyan erős robotkarjuk van, hogy önmaguknál sokkal nagyobb és nehezebb tárgyakat emelnek fel?

119

13. lecke: Robotkarok

Képzeljük el, hogy van a birtokunkban egy robotkar. Cipekedhet helyettünk, takaríthat, maszszírozhat, vagy bármilyen egyéb dolgot csinálna helyettünk, amit mi is el tudunk végezni a kezeink segítségével. Mire lehetne még használni egy robotkart?

Ebben a leckében egy olyan egyszerű robotkart készítünk el, ami képes lesz dolgokat felvenni. Az infraérzékelő egy újabb funkciójával is megismerkedünk, aminek a segítségével robotkarunk képes lesz megkülönböztetni a fekete-fehér tárgyakat egymástól.

Előzetes ismeretek Az erő képes megváltoztatni egy tárgy mozgási állapotát Ismeritek a golfot? A golflabda nyugalmi állapotból mozgó állapotba kerül, amikor a golfütővel megütjük. Az ember ereje a golfütő segítségével átkerül a labdához, így a labda az erő hatására elrepül. Tehát az erő megváltoztathatja egy tárgy mozgási állapotát, jelen esetben a nyugalmi állapotot. Nézzünk egy másik példát. Nyilvánvaló, hogy a talicska önmagában nem mozog. Az emberi erő hatására azonban el tud mozdulni.

Így most már érthető, hogy a robotkar is valamilyen erő hatására képes majd megfogni egy tárgyat. 120

13. lecke: Robotkarok

Fényszórás, fényelnyelés, fényvisszaverődés Az infraérzékelőről már megtanultuk, hogy segítségével tudjuk a távolságot mérni, hogy robotjaink elkerülhessék az akadályokat. A napfény különböző színekből tevődik össze, és amikor egy tárgy felületére süt, akkor a fény egy részét elnyeli, míg a többi visszaverődik. Egy látott tárgy színe a szemünkbe visszaverődő fény színe. Egyes tárgyak azonban képesek minden színt elnyelni és nincs visszaverődő fény, így feketének tűnnek. A korábbi leckékből megtanultuk, hogy az infraszenzor infravörös fényt bocsát ki, miközben érzékeli a visszavert fényt, hogy megmérje az önmaga és az akadály közötti távolságot. Ha visszatérő fény nem érzékelhető, azaz nincs, az azt jelenti, hogy a szenzor előtt lévő tárgy fekete. Ezt a működési elvet felhasználva készítjük el robotkarunkat.

Modellezés (összeszerelés) Keressük meg az applikációban a Secret Weapos: Robotic Arms egységet, és a szerelési útmutató alapján építsük meg a modellt. Főbb lépések A robotkéz és a kar elkészítése

A vállízület rögzítése a vezérlőegységre; az egységek összeszerelése egésszé.

Gondosan végezzük el a szervomotorok, az infravörös érzékelő és a vezérlőegység összekapcsolását a vezetékekkel. Ellenőrizzük, hogy a megfelelő aljzathoz csatlakoztattuk-e azokat.

121

13. lecke: Robotkarok

Mozgástervezés (programozás) Futtassuk le az Act menüben található példaprogramokat (Grab, Initial Position, Left, Right), és értelmezzük a működésüket. Ne feledkezzünk meg a Bluetooth kapcsolatról se.

Először külön-külön értelmezzük a szervomotorok feladatait. A megfigyeléseink alapján oldjuk meg az alábbi feladatot:  Az 1-es szervomotor feladata:  A kéz kinyitása és zárása

 Az emelés

 A forgás

 Az emelés

 A forgás

 Az emelés

 A forgás

 A 2-es szervomotor feladata:  A kéz kinyitása és zárása  A 3-as szervomotor feladata:  A kéz kinyitása és zárása A tesztelés után kezdjük el a kódolást. Kódolás Korábbi ismereteinket felhasználva próbáljuk meg önállóan leprogramozni, hogy a robotkar automatikusan megragadja az előtte lévő tárgyat. Ha ez még nem megy egyedül, akkor a Logic program menüben található példaprogramot beszéljük meg közösen a diákokkal.

Ezek az utasítások az Act menüben elkészített és elmentett mozdulatsorok.

122

13. lecke: Robotkarok

A példaprogram értelmezése: Programindítás után a robotkar felveszi a kiindulási pozícióját. Az infravörös érzékelő elkezd működni. Ha a szenzor azt érzékeli, hogy a távolság az előtte álló akadályig kevesebb, mint 12 cm, akkor a robot megfogja az akadályt képező tárgyat, és jobbra helyezi. Ezután vár 5000 milliszekundumot (5 másodperc), majd visszatér az alaphelyzetébe, az infravörös érzékelő folytatja az érzékelést.

Az If – Else utasítás használatával megoldhatjuk, hogy a fekete és fehér tárgyakat külön válogassa a robotkarunk; a feketéket balra, a fehéreket jobbra.

123

13. lecke: Robotkarok

Magyarázat: Az infravörös érzékelő fehér tárgy esetében érzékeli a távolságot, mert van viszszaverődő fény, ezért jobbra helyezi a tárgyat. Fekete szín esetében nem érzékeli a távolságot, mert a fény elnyelődik, ezért balra helyezi a tárgyat.

Megfigyelés és következtetés Teszteljük a robotkar hajlékonyságát Kérdés: Mennyire rugalmas a robot karja? A robotkar markolatát (kezét) alakítsuk úgy ki, hogy hegyes, derékszögű, tompa és egyenes szöget zárjon be, és a szögek nagyságát mérjük meg szögmérő segítségével. Az adatokat jegyezzük fel a képek alatti táblázatban.

derékszög

hegyesszög

tompaszög

egyenesszög

Szögtípus Mért szögnagyság

hegyesszög

derékszög

tompaszög

egyenesszög

Teszteljük a robotkar erejét Készítsünk elő különböző súlyokat, és próbáljuk meg a robotkarral felemelni azokat. Az eredményeket rögzítsük a táblázatban. Súly

10 gr

20 gr

50 gr

100 gr

Fel tudta emelni a robotkar?

Összegzés: A vizsgálat során kiderült, hogy a robotkar markolata _____________ gr tömegű súlytól szétnyílik, azaz nem tudja megtartani. Feladat: Hogyan kellene módosítani a robotkart, hogy nehezebb súlyt is képes legyen megemelni és megtartani? Próbáljuk meg elkészíteni.

124

13. lecke: Robotkarok

További lehetőségek  Dekoráljuk a robotkart.  A csoportok versenyezzenek, hogy kinek a robotkarja tudja hamarabb szétválogatni a fekete-fehér golyókat külön csoportba. Kiegészítő olvasmány Sokan vannak, akik balesetben elvesztették a karjukat. Az ő életminőségüket nagymértékben javíthatja egy robotkar használata. Az orvostechnikai eszközök száma napról-napra növekszik. Az RSLSteeper brit cég nemrégiben mutatta be az alumíniumötvözetből készült Bebionic3 bionikus kart, amelynek a hajlékonysága megegyezik az élő emberi karral. Az új anyagnak és a tervezési technikának köszönhetően megoldották azt a problémát, ami a korábbi típusú termékekre jellemző volt, azaz, hogy túl nagy erőt gyakorolnak a tárgyakra. A Bebionic3 súlyát csökkentették, mégis elég erős ahhoz, hogy nehéz dolgokat emeljen meg, ugyanakkor elég gyengéd is tud lenni, hogy képes felvenni egy tojást anélkül, hogy összetörné azt.

Hasznos tanácsok 1) Vitassák meg a diákok, hogy miben hasonlít, és miben különbözik egy robotkar az emberi kartól. 2) A diákokkal közösen ötletelve keressünk helyes módszereket a robotkar erősségének tesztelésekor. Saját jegyzetek: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 125

13. lecke: Robotkarok

Függelék: Szükséges elemek listája Elem neve

Modell azonosítója

Mennyiség

Humanoid right shoulder fixing plate

C1-YLW

Humanoid head fixing plate

C4-YLW

Elephant head fixing plate

C5-LTBU

Humanoid foot fixing block

C6-YLW

9-hole connector

C11-YLW

Machine fixing plate B

C15-LTBU

L-type surface-turning part

P35-RED

Square adapter

P70-YLW

7-hole corner-turning part

P18-BLU

4-hole slanted bar part

P19-LTBU

3-hole long bar part

P26-RED

3-hole long bar part

P26-LTBU

Switch box

P80-RED

Mid cable

W2-GRY

Short cable

W3-BLK

Switching cable

W4-BLK

12*6 buckle

P47-YLW

6*6 buckle

P48-RED

Unilateral buckle

P54-LTBU

Infrared sensor

S01

Battery

LP-LTBU

Main control box

MC-LTBU

Servo motor

SERVO

További kellékek: Csoportonként súlyok (10 g, 20 g, 50 g, 100 g); szögmérő, stopperóra; fekete és fehér golyók Megjegyzés: A fekete-fehér habgolyók méretének akkorának kell lennie, hogy beleférjen a robot „markába”.

126

uKIT Advanced STEAM robotikai tankönyv - Haladó szint

Articles inside

10. lecke: Rendőrautó