Материал: 10176245_831175obrazovat

Рисунок 11. Диаграммы применения робототехнических конструкторов в зависимости от возраста

Они представлены для разных возрастных категорий, начиная от дошкольников (Lego Duplo) и до школьников средней ступени (Lego EV3). Данное обстоятельство является очень важным, так как позволяет сохранить преемственность и поэтапность образовательного процесса.

Для обучения робототехнике в начальной школе может использоваться конструктор Lego Education WeDo, состоящий из стандартных деталей Lego, а также набора датчиков и приводов, подключаемых через USB к компьютеру. В комплекте с данным конструктором поставляется интуитивно понятное и простое программное обеспечение, доступное младшим школьникам. Также, вместе с ПО поставля-

61

ется набор заданий, представляющих из себя отдельные проекты с подробной пошаговой инструкцией по их выполнению. Его разработчики утверждают, что он идеально подходит для рассказывания историй и рассказов, для игрового обучения, которое поощряет сотрудничество и участие детей; в свою очередь, это облегчает понимание нетехнических знаний в таких предметах, как языки, социальные науки.

Для обучения робототехнике в средней школе подойдёт комплект Lego Mindstorms Education, состоящий также из стандартных деталей Lego, а также сенсоров, двигателей и программируемого блока NXT или EV3. Наличие отдельного программируемого блока в сочетании со средой программирования высокого уровня делает набор серьёзным инструментом, позволяющим создавать роботов, способных решать достаточно сложные задачи.

Наборы Lego Mindstorms Education имеют еще одно большое преимущество для основного уровня образования. Они включают контроллер с графическим интерфейсом, который, кроме того, легко программируется с компьютера. Благодаря этому учащиеся не имеют доступа к электронике и сложным цифровым системам, требующим не только более глубоких знаний, но и специализированного лабораторного оборудования.

С данным робототехническим набором можно собирать конструкции с различными функциями. Lego Mindstorms позволяет легко построить модель интегрированной системы с электромеханическими деталями, управляемыми компьютером, включая датчики, двигатели, шестерни, соединительные детали, колеса и программируемый и настраиваемый контроллер. Обучающийся может свободно использовать свое воображение для изменения или создания новых конструкций, которые выполняют поставленную задачу, не беспокоясь о более сложных способах соединения деталей и необходимости использования дополнительного оборудования.

Рассмотрим более подробно комплектацию данных робототехнических наборов. Как и все технологическое оборудование, комплект Lego Mindstorms состоит из двух групп ресурсов: аппаратного и программного обеспечения.

62

Аппаратное обеспечение - это все физические устройства и компоненты, которые выполняют задачи ввода и вывода информации. Он также известен физическая часть набора робототехники. В комплект входит следующее оборудование: входные устройства (датчик касания, ультразвуковой датчик, гироскопический датчик, датчик цвета) и выходные устройства (серводвигатель, лампа, дисплей и т. д.); контроллер (или кирпич), а также детали для конструирования (структурные, соединительные, движущиеся, аксессуары) (рис. 12).

Рисунок 12. Контроллер Lego Mindstorms EV3 с датчиками и сервомоторами

Комплект стандартного набора можно расширить дополнительными датчиками: ИК-датчик, ИК-маяк, датчик температуры – для EV3; датчик-компас, барометрический датчик, электрооптический датчик расстояния, датчик скорости вращения, датчик мультиплексор, датчик угла наклона, датчик силы от HiTechnic для NXT.

Программное обеспечение состоит из инструкций и данных, которые позволяют использовать все ресурсы, которые имеет плата контроллера, так что пользователь может решить проблемы с помощью манипулирования входными и выходными каналами. Сама плата

63

контроллера - это просто конгломерат электронных компонентов. Проще говоря, это нематериальная часть системы.

Проводя аналогию с человеческим телом, аппаратное обеспечение является его физической структурой (кожа, кости, органы, все осязаемое), и программное обеспечение - мысли, идеи, убеждения.

Всю подробную документацию по комплекту можно найти на официальном сайте Lego Mindstorm - http://mindstorms.lego.com. Так-

же там размещены руководства по сборке и программированию, которые могут помочь ознакомиться с особенностями конструктора.

Еще одной особенностью является то, что комплект Lego Mindstorm может работать с различными языками программирования,

такими как java, Robot C, EV3 Basic, Python; визуальными средами

ROBOLAB, Scratch, LabVIEW и другими. Простота использования комплекта Lego Mindstorms также распространяется на процесс разработки, поскольку среда программного обеспечения и способ программирования в них включает графический интерфейс и уменьшает потребность в технических знаниях java, C или используемого языка.

Для обучения робототехнике в старших классах может быть использован конструктор TETRIX, являющийся основным конструктором международных соревнований FIRST Tech Challenge, а также позволяющий собрать модели для участия во Всемирной Олимпиаде Роботов (World Robot Olympiad). Данный конструктор состоит из набора металлических деталей, сенсоров, сервоприводов и программируемого блока Lego Mindstorms. Программирование роботов, созданных из данного набора, осуществляется на языке Robot C. Преимуществом конструктора является возможность использования контроллеров Arduino с незначительной доработкой механической части и программного обеспечения.

Еще одним примером робототехнических конструкторов из металлических деталей, используемых как для класса, так и для соревнований являются наборы VEX ROBOTICS EDR. Они нисколько не уступают по функциональности наборам Lego Education EV3, но стоят относительно дешевле. Данные наборы рассчитаны как на групповые занятия, так и на создание мощных, многофункциональных робо-

64

тов для участия в соревнованиях, их постоянно можно встретить на Мировых Чемпионатах роботов.

Металлические наборы VEX занимают особое место среди образовательных робототехнических конструкторов. Они состоят из перфорированных металлических деталей – профиля и пластин, пластиковых элементов передач – зубчатые колеса, шкивы и колеса и т.п.

Наборы VEX укомплектованы современными микроконтроллерами Cоrtex, сервомоторами и разнообразными датчиками. Отдельно стоит отметить, что среди комплектующих VEX есть элементы пневматики и линейные передачи, различные колеса и гусеничные траки. Наборы позволяют собрать десятки роботов, движущихся и стационарных, в том числе робота Clawbot с клешнёй-манипулятором. Благодаря вышеперечисленным качествам металлические наборы VEX обладают уникальными функциональными возможностями. Поэтому

врамках соревнований Junior Skills он все чаще вытесняет наборы на базе Lego. Это указывает на вектор соревнования, который направлен

всторону усложнения и развития компетенций в данной дисциплине. Микроконтроллеры Cortex-M стали сегодня одними из самых

популярных процессоров, применяемых при разработке и изготовлении электронной техники. Высокая вычислительная мощность, широкий набор периферии и низкая стоимость делают эти устройства привлекательными для самого широкого круга разработчиков. При этом каждый желающий может выбрать наиболее подходящий вариант для решения конкретной задачи. Производители предлагают огромное количество разнообразных микросхем, общим для которых остается только процессорное ядро. На сегодняшний день распространение получили 3 варианта ядер: Cortex-M0, Cortex-M3, CortexM4. Отличия этих моделей не всегда явно прослеживаются, поэтому следует разобраться в особенностях этих вариантов.

65