10 minute read

10. lecke: Rendőrautó

from uKIT Advanced STEAM robotikai tankönyv - Haladó szint

by MuzixGroup

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?

5 Forrás: https://www.autonavigator.hu/

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.

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.

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

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 se-

bességét, és az alábbi ablak segítségével állíthatjuk be a használni kívánt értékeket.

Ez a késleltetés vagy várakozást megvalósító parancs. A paramétereként be-

állított 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.

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.

VS 1. mérés

távolság (m) idő (s) sebesség (m/s) 2. mérés

távolság (m) idő (s) sebesség (m/s) 3. mérés

távolság (m) idő (s) sebesség (m/s) átlagsebeség

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.

Töltsük ki a táblázatot.

Távolság (cm) 0 25 50 75 100 125 150 175 200 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.

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.

Hasznos tanács

Ügyeljünk arra, hogy az autómodellünk minél simább felületen mozoghasson.

Függelék: Szükséges elemek listája

Elem neve Modell azonosítója Mennyiség

1 Humanoid head fixing plate C4-YLW 6 2 Humanoid head fixing plate C5-LTBU 2 3 Humanoid feet fixing block C6-YLW 2 4 Machine fixing plate B C15-YLW 2 5 Wheel adapter C16-GRY 4 6 High angle appearance part 1 P01-BLU 3 7 High angle appearance part 2 P02-BLU 3 8 Small bevel appearance part 1 P08-LTBU 2 9 2*2 surface-turning part P34-LTBU 4 10 L-type surface-turning part P35-RED 4 11 Square part P67-LTBU 1 12 Square Adapter P70-YLW 2

13 Big square Adapter P72-LTBU 7 14 7-hole slanted bar part P17-BLU 4 15 7-hole corner-turning part P18-BLU 6 16 15-hole long bar part P20-YLW 3 17 11-hole long bar part P22-YLW 4 18 9-hole long bar part P23-BLU 3 19 7-hole long bar part P24-LTBU 7 20 5-hole long bar part P25-LTBU 4 21 5-hole long bar part P25-BLU 2 22 5-hole long bar part P25-RED 2 23 3-hole long bar part P26-RED 2 24 Sports car hub P82-YLW 4 25 Sports car tire P84-BLK 4 26 30mm axle part P98-BLK 2 27 Bulged-hole round part P91-GRY 2 28 Switch box P80-RED 1

29 Middle cable W2-GRY 2

30 Short cable W3-BLK 1

31 Switch cable W4-BLK 1

32 12*6 buckle

33 6*6 buckle P47-YLW 12

P48-RED 138

34 Cross-hole fixing part P100-RED 2 35 Unilateral buckle P54-LTBU 2

36 Horn sensor S06 1

Battery 38 Main control box

39 Servo motor 1&2 LP-LTBU 1

MC-LTBU 1

SERVO 2