Рабочая программа кружка робототехники "Техно-Лаб"
рабочая программа (7 класс)

МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Министерство образования и молодежной политики Чувашской Республики

Отдел образования и социального развития Цивильского муниципального округа

МБОУ «Малоянгорчинская ООШ им. В.Т. Трофимова»

УТВЕРЖДЕНО

Директор школы

___________________/Иванова И.Л./

Приказ №______ от «___» _________ 20__ г.

ПРОГРАММА

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ

«ТЕХНО-ЛАБ»

Программу разработал: Иванова Ирина Владимировна

Должность: учитель физики и информатики

Срок реализации: 2 года

д. Малое Янгорчино 2024

Пояснительная записка

Дополнительное образование по робототехнике «Техно-Лаб» способствуют удовлетворению потребностей учащихся в интеллектуальном развитии, формированию и развитию творческих способностей учащихся через научно-техническое творчество, повышению интереса детей и подростков к инженерным и техническим специальностям и их профессиональной ориентации. Программа дополнительного образования учитывает индивидуальные особенности детей, обеспечивает поддержку каждого ребенка, его интеллектуальное и техническое развитие с использованием новейших достижений современной науки. Кроме того, программа направлена на развитие у учащихся логического мышления, навыков общения при объяснении работы электронного устройства и особенностях его программирования, знакомство с микроэлектроникой через экспериментальную деятельность с использованием блочного программирования и средs Ardiuno IDE.

Актуальность программы Дополнительного образования по робототехнике «Техно-Лаб»» заключается в том, что полученные на занятиях знания станут для учащихся необходимой теоретической и практической основой их дальнейшего участия в техническом творчестве и выборе будущей профессии. В настоящее время одной из важнейших задач образования является формирование у детей инженерного подхода к решению практических задач, развитие логического, творческого мышления, а также развитие компетентности в сфере IT.

Цели: создание условий для развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники. Приобретение опыта индивидуальной и коллективной деятельности при проведении работ. Подготовка к осуществлению осознанного выбора профессии.

Задачи:

Образовательные: ознакомление с образовательным робототехническим манипулятором DOBOT Magician, образовательным робототехническим комплектом «СТЕМ Мастерская», конструктором программируемых моделей инженерных систем, робототехническим набором КЛИК, образовательным конструктором VEX IQ;

- ознакомление с основами программирования;

- ознакомление со средой программирования Arduino IDE, MBlock5, Dobot Blockly;

- развитие навыков решения базовых задач робототехники.

Воспитательные: воспитание у детей интереса к техническим видам творчества;

- развитие коммуникативной компетенции: навыков сотрудничества в коллективе, малой группе (в паре), участия в беседе, обсуждении;

-развитие социально-трудовой компетенции: воспитание трудолюбия, самостоятельности, умения доводить начатое дело до конца;

- формирование и развитие информационной компетенции: навыков работы с различными источниками информации, умения самостоятельно искать, извлекать и отбирать необходимую для решения учебных задач информацию.

Развивающие: развитие навыков конструирования;

- развитие логического мышления;

- развитие пространственного воображения.

Форма проведения занятий: занятия проводятся в виде лекций, презентаций, бесед, практических работ учащихся по конструированию роботов и технических устройств и их программированию.

Планируемые результаты внеурочной деятельности по робототехники «Техно-Лаб»

Личностные результаты:

критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;

осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;

развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;

развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;

развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;

воспитание чувства справедливости, ответственности;

начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий, связанных с техникой.

Метапредметные результаты:

Регулятивные универсальные учебные действия:

принимать и сохранять учебную задачу;

формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать последовательность         шагов         алгоритма для достижения         цели;

осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;

различать способ и результат действия;

оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла;

учиться совместно с учителем и другими учениками давать эмоциональную оценку деятельности товарищей.

Познавательные универсальные учебные действия:

ориентироваться в своей системе знаний: отличать новое от уже известного;

осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;

использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;

осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;

проводить сравнение,         классификацию по заданным критериям;

строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;

устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;

моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаковосимволическая);

Коммуникативные универсальные учебные действия:

аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;

уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

выслушивать собеседника и вести диалог;

признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;

разрешать конфликты – выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;

управлять поведением партнера — контроль, коррекция, оценка его действий;

уметь работать в паре и в коллективе; уметь рассказывать о своей работе.

Предметные результаты:

владение базовым понятийным аппаратом, назначение и применение роботов-манипуляторов и мобильных роботов;

владение конструктивные особенности различных робототехнических наборов;

владение практически значимыми информационными умениями и навыками, их применением к решению задач:

подготовка и проведение презентации перед небольшой аудиторией;

сборка и программирование робота по инструкции, по фотографии, по поставленному условию;

владение навыками работы в ПО DOBOT Studio, Repitier Host, , средах программирования Arduino IDE, MBlock5, Dobot Blockly;

владение основными этапами программирования и алгоритмическими конструкциями

Ученик научится:

проводить сборку робототехнических средств с применением конструкторов на базе Applied Robotics, КЛИК ;

создавать программы для робототехнических средств при помощи специализированных визуальных конструкторов

применять полученные знания, приемы и опыт при использовании дополнительного навесного оборудования;

составлять алгоритмы управления робота, записывать их в виде программ в средf[ программирования Dobot Blockly, Arduino ide, MBlock5;

использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;

определять результат выполнения заданного алгоритма;

корректировать программы при необходимости;

самостоятельно решать технические задачи в процессе управления роботом;

применять полученные знания в практической деятельности.

Ученик получит возможность научиться:

собирать техническую модель робота, оснащённую необходимым количеством датчиков и исполнительных механизмов

программировать роботов собственной конструкции с заданными параметрами;

конструировать сложных роботов по фото, видео.

Содержание

Введение (1 час)

Техника безопасности. Современные технологии и перспективы их развития. STEM инженерия и робототехника. Обзор робототехнических комплектов.

Основы робототехники (4 часа)

Детали, способы соединения и разъединения. Простые механизмы. Сборка установки «Цепная реакция». Ключевые понятия. Механизмы: электромоторы, зубчатые передачи, редукторы, манипулирование, подъемные механизмы, шарниры, рычаги. Сборка имитатора передаточных отношений. Умные механизмы. Ключевые термины. Датчики, автопилот, управление.

Робототехника, блочное программирование, и программирование в среде Arduino IDE с конструктором КЛИК (18 часов)

Знакомство с Робототехническим набором КЛИК. Блок управления, аккумулятор, DC моторы, сервопривод, датчики, Bluetooth модуль, детали для сборки. Программное обеспечение набора КЛИК. Программные среды Arduino IDE, ArduBlock, MBlock3, MBlock5. Scratch-программирование. Линейный алгоритм, ветвления. Циклы. Комбинированные алгоритмы. Плата Arduino Uno. Особенности конструкции кода Arduino IDE. Основные функции и операторы. Операторы сравнения. Логические операторы. Переменные. Задержка по времени. Ветвление и вложенные ветвления. Циклы и вложенные циклы. Сборка установки «DC моторы», составление программ вращения. Сборка мобильного робота КЛИК. Создание программ различных видов движения, поворотов. Одометрия робота. Сервопривод. Сборка конструкции, составление программ. Ультразвуковой датчик расстояния. Сборка радара, написание программы. Датчик линии. Датчик цвета, IR приемник, пульт, Bluetooth модуль. Пьезоэлемент. Робототехнический набор КЛИК. Механика конструкции: зубчатая передача, гусеничная передача, кулачковый механизм. Мобильный робот с дифференциальным приводом. Объезд препятствий, Поиск и захват объекта. Движение по линии, Управление по IR, управление по Bluetooth. Инженерный проект Ультразвуковой терменвокс. Контроллер Makeblock CyberPi. RGB-светодиоды. Микрофон. ЖК-экран. Гироскоп и акселерометр. Подключение к Wi-Fi. Контроллер Makeblock CyberPi. Звуковая машина, диктофон.

Промышленная робототехника на примере учебного робота-манипулятора с модульными сменными насадками DOBOT Magician (11 часов)

Знакомство с роботом-манипулятором Dobot Magician, ПО Dobot Studio. Воздушная помпа и вакуумный захват. Пульт управления и режим обучения. Механический захват. Графический режим. Основы 3D-печати. ПО Repitier Host. 3D-моделирование в ПО Autodesk Inventor и 3D-печать собственных моделей. Графическая среда программирования Dobot Blockly. Программа автоматической штамповки печати. Графическая среда программирования Dobot Blockly. Программа расстановки домино. Подключение светодиодов. Подключение датчика света. Разработка собственного робота. Демонстрация роботов, подведение итогов

Программирование моделей инженерных систем в среде Arduino IDE (20 часов)

Техника безопасности. Arduino-совместимый программируемый контроллер образовательного комплекта. Основные элементы. Подключение светодиода. Программно-управляемый светодиод. Программирование в среде Arduino IDE. Подключение светодиода с «ручным» управлением. Подключение пьезодинамика. Подключение фоторезистора. Светодиодная сборка. Подключение тактовой кнопки. Синтезатор. «Дребезг» контактов. Подключение семисегментного индикатора. Подключение термисторов. Передача данных на ПК и с ПК. LCD дисплей. Сборка и подключение сервопривода. Подключение шагового двигателя. Подключение двигателей постоянного тока. Подключение датчика линии. Управление по ИК-каналу. Управление по Bluetooth. Сборка мобильной платформы. Универсальный вычислительный контроллер DXL-IoT. Аппаратная составляющая. Программная составляющая. Управление встроенным светодиодом. Подключение УЗ-дальномера. Использование Bluetooth и WiFi-адаптера. Использование силовой платы расширения, управление DYNAMIXEL-совместимыми устройствами. Управление мобильной платформой через Web-интерфейс. Периферийные функциональные модули. Опрос цифрового модуля на примере модуля «Тактовая кнопка». Управление цифровым модулем на примере модуля «Трехцветный светодиод». Получение данных с аналогового модуля на примере модуля «Потенциометр». I2C модули. Модули как Dynamixel-совместимые устройства.

Создание и управление манипуляционными робототехническими системами в среде разработки Arduino IDE (14 часов)

Исполнительные механизмы образовательного комплекта. Двигатель постоянного тока. Сервопривод. Регуляторы. Сервоприводы Dynamixel. Библиотека Dynamixel Workbench. Утилита Dynamixel Wizard 2.0. Контроллер OpenCM9.04. Встраиваемый одноплатный микрокомпьютер. Периферийная плата STEM Board. Подготовка к сборке манипулятора. Назначение ID. Сборка манипулятора с плоско-параллельной кинематикой. Расчет массы груза. Расчет массы груза. Прямая и обратная задача кинематики. Подключение контроллера OpenCM9.04, компьютера и периферийной платы STEM Board. Программа мигания светодиодом. Программа вращения сервопривода. Программа вращения всех сервоприводов. Чтение позиций сервоприводов. Цикличное вращение всех сервоприводов. Воспроизведение записанных позиций. Программирование решения обратной задачи кинематики. Робототехника и промышленные роботы. Устройство манипулятора с угловой кинематикой. Разработка управляющей программы. Обзор Delta-робота. Устройство Delta-манипулятора. Настройка модуля технического зрения TrackingCam. Сборка, программирование и демонстрация собственных роботов. Подведение итогов.

Тематический план

Календарно-тематическое планирование

кружка робототехники «Техно-Лаб» (68 часов)

Литература

1. Каширина,Д.А., Федорова, Н.Д. Основы робототехники с VEX IQ : рабочая тетрадь для ученика / Д.А. Каширина,Н.Д. Федорова;– Москва: Экзамен ТЕХНОЛАБ, 2018. – 184с.
2. Каширина,Д.А., Федорова, Н.Д. Основы робототехники с VEX IQ : учебно-методическое пособие для учителя / Д.А. Каширина,Н.Д. Федорова;– Москва: Экзамен ТЕХНОЛАБ, 2019. – 136с.
3. Корягин, А.В., Филимонова, А.С. Методика построения образовательного процесса по направлению «Робототехника» с использованием набора КЛИК : методические рекомендации [электронный ресурс]. — Режим доступа: https://smart.digis.ru/upload/

iblock/4a9/Metodicheskierekomendatsii_KLIK.pdf/, свободный (дата обращения 01.08.2024).

4. Учебно-методическое пособие для учителя Dobot Magician – Москва : Образовательная инженерная платформа – 2021 -120с.
5. СТЭМ Мастерская. Часть 1 : учебное пособие / ООО «Прикладная робототехника» — М.: Электронная книга. – 2020 – 140 с.
6. СТЭМ Мастерская. Часть 2 : учебное пособие / ООО «Прикладная робототехника» — М.: Электронная книга, 2021 – 126 с.
7. Воротников, С.А., Девятерников, Е.А., Панфилов, А.О. Техническое зрение роботов с использованием Tracking Cam: учебное пособие / С.А. Воротников, Е.А. Девятерников, А.О. Панфилов.  – М. Электронная книга. – 2017. – 72с.
8. Программирование моделей инженерных систем: учебное пособие / ООО «Прикладная робототехника»– М.: - Электронная книга. – 2020. – 140с.