Методические рекомендации по подготовке обучающихся

к соревнованиям по робототехнике на примере «Сумо»

Составитель: Шутов Василий Васильевич,

преподаватель технологии

Уссурийск-2022

Содержание

Введение

стр.2

1.

Конструкция роботов для соревнования «Сумо»

стр.3

2.

Создание программы для соревнования «Сумо»

стр.7

3.

Проведения соревнования «Сумо»

стр.9

Заключение

стр.12

Список литературы

стр.12

1

Введение

Робототехника в настоящее время стремительно развивается и очень

сильно интегрируется в нашу ежедневную жизнь. У каждого из нас дома или

на работе уже есть примитивные робототехнические устройства, способные

улучшить жизнь человека сделать его более комфортной и безопасной.

Робототехника активно внедряется и в другие сферы и направления жизни.

Не секрет, что робототехника в военном деле уже не новинка, а обязательный

элемент, это роботы саперы, роботы штурмовики, роботы спасатели и т.д.

Поэтому очень важно понимать и изучать робототехнику с самых ранних лет.

При изучении раздела «Робототехника» в рамках предмета технология

очень важно заинтересовать всех учащихся, придать стимул для изучения и

сформировать надежные знания, подкрепленные на практике в виде

соревнований. Такой способ существует, это классическое соревнования по

робототехнике «Сумо».

Однако подготовка и проведение данного соревнования, в рамках

уроков в разделе «Робототехника» по предмету технология, очень непростое

мероприятие. Существует ряд сложностей, с которыми могут столкнутся

преподаватели, не имеющие опыта проведения данного соревнования.

Цель: методической разработки – помочь преподавателям технологии

(робототехники) в организации соревнования по робототехнике «Сумо» на

уроках.

Задачи:

1.

Разработать список правил и требования для проведения соревнования

по робототехнике «Сумо».

2.

Описать рекомендации по проведению уроков, по подготовке к

соревнованию «Сумо».

Форма работы: групповая (парная)

В данной методической разработке представлены правила проведения

соревнования по робототехнике «Сумо». Так же указаны советы и

рекомендации, исходя из опыта проведения подобных соревнований.

В методической разработке, в качестве примера, взят конструктор Lego

MindStorms

EV3

Education.

На

его

примере

построена

модель

2

«Пятиминутка», а также составлена самая простая программа для робота

«Сумо».

Урок 1. Конструкция роботов для соревнования «Сумо»

Данный урок предполагает рассмотрения ряда вопросов, которые

касаются: общих требований к роботам участвующим в соревновании

«Сумо»,

конструктивные

ограничения

роботов,

а

также

различные

стратегические советы по улучшению конструкции.

Все модели роботов участвующих в робототехническом соревновании

«Сумо», должны соответствовать ряду требований:

1.

Робот должен свободно помещаться в квадратную коробку размером

25см*25см*25см. При поднятии коробки, надетой на робота, робот не

должен подниматься следом (не должно происходить отрыва от

поверхности ринга частей робота, которые его касаются).

При конструировании робота, учащиеся должны всегда помнить,

что размеры робота ограничены. Как правило они составляют 25 см в

ширину, 25 см в длину и 25 см в высоту. Строить робота больших

размеров, не допускается, меньших размеров допустимо. Перед начало

соревнования всегда происходит измерение роботов, при помощи

прозрачного куба с заданными размерами (25см*25см*25см). Куб

словно

колпак

одевается

сверху

на

робота,

судья

проверяет

соответствует модель заданным размерам, нет ли выпирающих и

цепляющих деталей и поднимает куб над роботом. При этом робот

должен неподвижно оставаться на поверхности стола или ринга. Если

все условия соблюдаются, значит робот проходит данное условие и

может быть допущен к соревнованиям.

2.

Общая масса робота в начале матча должна быть меньше 1 кг.

Перед проведение соревнований, каждого робота необходимо

взвесить на судейских весах. Вес робота не должен превышать 1

килограмма, так как у всех участников соревнований, должны быть

равные шансы.

3.

Робот может увеличиваться в размерах после начала матча, но не

должен разделять на части, а должен оставаться единым целым.

После того как судья начинает матч, робот может увеличиваться

в размерах, например: могут сработать складные механизмы. Но не в

коем случае робот, не должен физически, делится на крупные части.

Исключения могут составить винты, гайки и другие части робота

3

общей массой не более 5г., которые выпадают из робота и не приводят

к проигрышу матча.

4.

Все роботы должны быть автономны. Любые управления со стороны

человека, запрещены.

Для каждого робота, учащиеся пишут самостоятельно программу.

Данную программу загружают в микроконтроллер. Робот во время

матча полностью, автономно и самостоятельно выполняет все указания

программы, которые и приводят его в активное состояние, заставляя

передвигаться

по

рингу

и

сражаться

с

соперником

согласно

выполненным алгоритмам.

Помимо общих требований к роботу, существуют и конструктивные

ограничения, такие как:

1.

В конструкции робота, запрещено использовать детали, которые могут

повредить (поцарапать, сломать) ринг.

2.

В конструкции робота не допускается использование деталей, которые

вредят (ломают, портят) роботу-сопернику или его хозяину. Если во

время матча роботы сталкиваются сильно друг с другом, происходят

сильные толчки и удары со стороны соперника, то такие действия не

расцениваются как опасные, а значит матч можно продолжать.

3.

В конструкции запрещены все устройства и механизмы, которые

способны выпускать в сторону соперника жидкости, порошки, краски и

другие вещества, портящие как ринг, так и робота соперника.

4.

В конструкции запрещены механизмы, устройства, бросающие в

соперника предметы.

5.

В конструкции запрещено использовать вещества, жидкости и прочие

способы для улучшения сцепления шин с поверхностью ринга.

Если судья соревнования, заметил что есть подобные манипуляции, то

он может в праве проверить данное нарушение, используя обычный лист

бумаги формата А4. Поставив на него робота, а затем подняв его, лист не

должен прикрепляться к шинам или держаться на них более чем 2 секунды.

Если

выполняются

все

вышеперечисленные

условия,

то

робот

допускается до участия в соревнованиях. Однако большой ряд ограничений,

может сильно повлиять на исход матча, так как все роботы находятся

практически в одинаковом положении и не имеют своих уникальных

особенностей, которые могли бы привести робота к победе.

Что бы исправить данное положение, необходимо на уроке с учащимися

проговорить, ряд стратегических советов по улучшению конструкции.

4

Учащиеся не обязаны использовать все советы одновременно или выбирать

какой-то из перечисленных, так как мы лишь даем рекомендательную

информацию.

Рассмотрим стратегические советы по улучшению конструкции:

1.

Робота можно строить на основе базовой модели «Пятиминутка».

Данная конструкция очень простая в сборке, не требует огромного

количества времени и деталей. Учащиеся изучают «Пятиминутку» на

уроках

робототехники,

а

значит

выдумывать

компоновку

всех

необходимых элементов не нужно, это сильно экономит силы.

Давайте более подробно рассмотрим базовую модель «Пятиминутки»

(рис.1)

Состоит модель из:

- микроконтроллера

- 2 провода с коннекторами на концах

- 2 больших мотора

- 2 больших резиновых колеса

- 2 средних пластиковых колеса

- 7 балок для фиксации конструкции

- 3 оси (для колес)

- 16 штифтов

- 4 коннектора

Рис.1

5

После того как быстро собрана модель «Пятиминутка», на ее базе

можно легко добавлять различные улучшения, которые помогут роботу

прийти к победе.

2.

В конструкцию робота можно добавить механизм, который увеличит

скорость и манёвренность, и существенно понизит шансы при лобовом

столкновении, так как не сможет сильно толкать соперника. На уроках

робототехники, учащиеся изучают такой механизм, состоящий из двух

шестеренок

(большой

и

маленькой),

которые

расположены

специальным образом. На мотор одевается при помощи оси большая

шестеренка, а на колесо при помощи оси, одевается маленькая. Такая

конструкция называется повышающая механическая передача.(рис.2)

Рис.2

3.

В конструкцию робота можно также добавить другой механизм с

противоположными характеристиками. Робот будет очень медленно

передвигаться по рингу, зато очень сильно толкать соперника при

лобовой встрече. Такой механизм, так же изучается предварительно на

уроках

робототехники

и

называется

понижающая

механическая

передача. Отличия состоит в том, как расположены большая и малая

шестеренка. На большой мотор одевается маленькая шестеренка, а на

колесо при помощи оси, одевается большая шестеренка. (рис.3)

4.

Ультразвуковой датчик необходимо устанавливать на таком уровне,

чтобы робот мог увидеть противника всегда. Если датчик поставить

слишком высоко, то робот не сможет найти противника в матче и с

большой вероятностью будет вытолкнут с ринга. Если датчик

поставить слишком низко, тогда робот будет находить ложные цели:

например, провод от робота или элементы корпуса защиты робота

6

соперника. Реагируя на ложные цели, робот также с большой долей

вероятности может проиграть.

Рис.3

Урок 2. Создание программы для соревнования «Сумо»

Данный

урок

предполагает

рассмотреть

ряд

вопросов,

которые

касаются: повторения информации о ультразвуковом датчики и его роли в

соревнование «Сумо», последовательности запуска микроконтроллера и

перехода в режим программирования, знакомство с простым алгоритмом для

соревнования сумо.

Сначала необходимо вспомнить как выглядит ультразвуковой датчик,

какие у него характеристики и обсудить с учащимися, чем же он будет

полезен для соревнования «Сумо».

Ультразвуковой

датчик

–

генерирует

ультразвуковые

волны

и

воспринимает их отражение для обнаружения объектов и измерения

расстояния до них. Минимальное расстояние, которое может определить

датчик 3 см, максимальное расстояние равно 250 см. При этом точность

определения расстояние может варьироваться +\- 1 см. Ультразвуковой

датчик, не даром в своей конструкции, имеет два так называемых «глаза»

(рис.4) правый и левый. Левый глаз содержит передатчик сигнала, правый

глаз приемник.

Рис.4

7

Так как ультразвуковой датчик умеет находить препятствия перед собой

и измерять до них расстояние, это может пригодится в соревновании «Сумо».

Например: два робота вращаются вокруг себя и сканирую пространство

перед собой, на предмет препятствия. На ринге кроме соперника никого и

нечего нет, это значит, что препятствие это противник. Как только робот

находит препятствие, с помощью ультразвукового сенсора, он начинает ехать

в его сторону на сближение, то есть идет в атаку. Если ультразвуковой

датчик перестает видеть препятствия (соперника), то робот начинает

вращаться вокруг себя и снова искать противника.

Необходимо

рассмотреть

алгоритм

запуска

микроконтроллера

(конструктора Lego Mindstorms EV3) и перехода в режим программирования,

для написания простой программы на соревнования «Сумо».

1.

Нажимаем

центральную

кнопку

на

передней

панели

микроконтроллера. При этом загорится красная подсветка, вокруг

кнопок управления, а на экране появится надпись Starting.

В это момент, происходит проверка всех модулей и систем на

работоспособность. Как только прозвучит звуковой сигнал и подсветка,

вокруг кнопок управления, загорится зеленым. Это означает что

микроконтроллер готов к работе.

2.

На экране микроконтроллера, появятся 4 вкладки. Необходимо перейти

в 3 вкладку по счету и выбрать в ней строку Brick Program. Для этого,

необходимо нажать «правую» кнопку управления 2 раза. Затем нажать

кнопку управления «вниз» 3 раза.

3.

Нажимаем центральную кнопку на передней панели и попадаем в меню

программирования.

Дальше учащимся необходимо повторить все элементы меню

программирования,

все

необходимые

настройки

элементов

программирования, а также все действия, которые помогают сформировать

программу. Учащиеся до соревнований по «Сумо», на уроках робототехники

проходили данный раздел и теперь необходимо данный материал вспомнить

и заполнить пробелы в знаниях, если таковые имеются.

Далее, необходимо уделить внимание алгоритму простой программы

для

«Сумо».

С

учащимися

в

устной

форме,

стоит

проговорить

последовательность действий робота на поле.

1.

Робот стоит на месте и ждет включения программы.

8

2.

После того как робот включен, он начинает вращаться вокруг себя и с

помощью ультразвукового датчика ищет препятствия (соперника).

3.

Как только робот находит препятствия, он начинает ехать на него.

4.

Робот, вступив в бой с соперником продолжает толкать его, до тех пор,

пока не вытолкнет с ринга.

5.

Если в процессе сражения, ультразвуковой датчик робота, теряет

препятствие, то робот начинает опять вращаться на месте для поиска

новой цели.

После того как алгоритм действий робота на поле проговорен и

выстроен в правильном логическом ключе, необходимо набрать

программу на микроконтроллере и протестировать её, запустив робота.

Урок 3. Проведения соревнования «Сумо»

Данный урок предполагает рассмотреть ряд вопросов, которые

касаются: устройство ринга для проведения соревнований «Сумо»,

требования к рингу, порядок проведения соревнования «Сумо», время

матча. Кроме этого, на данном уроке необходимо провести полноценное

соревнование для закрепления ранее полученных знаний.

Первое, о чем нужно сказать на данном уроке, это ринг и требования к

нему. Ринг представляет собой белый круг, радиусом 75 см. По краю

ринга проведена полоса черного цвета толщиной 5 см. Ближе к центру

ринга, нанесены две красных линии, которые параллельны друг друга.

Ринг имеет высоту 10 см от пола. (рис.5)

Рис.5

9

Требования к рингу, следующие:

1.

Внутренняя зона ринга, белого цвета, окруженная черной полосой

считается игровой. Всё что за пределами черной полосы, считается

внешней зоной ринга. Если во время матча робот пободает во

внешнюю зону ринга, то он проиграл.

2.

Ринг всегда имеет круглую форму.

3.

Ринг, должен быть выполнен из твердого материала (дерево, пластик и

т.д.)

После изучения ринга с учащимися, необходимо проговорить порядок

проведения соревнования «Сумо».

Порядок, следующий:

1.

В данном соревновании назначается один судья (преподаватель),

который выполняет все необходимые функции, для правильного и

честного проведения соревнования.

2.

После

проведения

отборочных

мероприятий

для

участия

в

соревновании, судья по команде, приглашает по две команды к рингу,

чтобы правильно поставить на ринг своих роботов. Роботы должны

стоять спиной друг к другу, в центре ринга возле красных полос (рис.5)

3.

После того, как роботы установлены на ринге в нужном положении в

нужных местах, дальше перемешать по рингу или трогать их

запрошено. Исключение составляет запуск робота, по команде судьи.

4.

Как только судья произнес команду старт, начинается отчет матча. При

этом каждый хозяин своего робота на ринге, должен его запустить и

сразу же покинуть поле ринга. Если после запуска оставаться возле

ринга, роботы могут спутать Вас с роботом противника и двигаясь в

вашу сторону, упасть с ринга, а значит проиграть.

5.

Матч может быть остановлен или возобновлён, только по команде

судьи. Пока матч продолжается нельзя мешать работе судьи, громко

кричать или находится вблизи ринга.

6.

Один матч состоит из 2 раундов по 60 секунд. Если после проведения 2

раундов ситуация спорная (ничья), то проводится дополнительный 3

раунд, который определяет победителя в матче.

7.

Когда ни одна из команд в течение матча не получила очков, все

раунды закончились по времени, а роботы так и остались в приделах

ринга, проводится дополнительный матч, в котором первая победа

определяет команду победителя.

10

8.

После того как матч закончился и определена команда победителя,

участники забирают своих роботов с ринга.

9.

Турнирную сетку или правила, по которым назначаются, какие

команды с какими будут встречаться на ринге, определяет судья

самостоятельно.

Важно также с учащимися на уроке, проговорить правила, по которому

считается время. Правила, следующие:

1.

Время контролирует судья, используя секундомер.

2.

Матч, состоит из 2 раундов. Каждый раунд длится 60 секунд (1

минута). Если возникает спорная ситуация назначается еще один раунд

длительностью 60 секунд. Начало и конец раундов строго по команде

судьи.

3.

Время между матчами строго фиксировано 60 секунд (1 минута). За это

время команды, которые закончили матч должны убрать роботов с

ринга, а команды, которые начнут матч, должны правильно поставить

своих роботов на ринг.

Обязательно

после

рассмотрения

данных

вопросов,

на

уроке,

необходимо провести соревнования. Так как ребятам следует закрепить

пройденный материал, не только данного занятия ну и предыдущих двух.

В конце урока проводится церемония награждения, с детальным

разбором тех конструкций роботов, а также тех стратегий в матчах,

которые привели к победе.

11

Заключение

Соревнования по робототехнике «Сумо», является очень важной

составляющей в программе технологии (в разделе робототехника).

Данный вид соревнования позволяет поддерживать познавательный

интерес обучающихся не только тех, которые отлично и хорошо освоили

раздел робототехники, но и всех остальных. В процессе соревнования и

подготовке у учащихся, появляется здоровый соревновательный дух,

который заставляет всех участников процесса глубоко и детально

погрузится в знания на уроках. Заставляет активно задействовать свое

творческое воображения, конструкторские навыки и нестандартные

приемы для решения задачи. Помогает выстраивать победные стратегии и

учит думать на несколько шагов вперед.

Список литературы

1.

Тарапата В.В., Самылкина Н.Н. Робототехника в школе: методика,

программы, проекты. Для учителей 5-9 классов, ведущих занятия по

робототехнике. 2017 г. 112 с.

2.

Хенри Краземанн, Хилке Краземанн, Михаэль Фридрихс.

Конструируем и программируем роботов с помощью Lego Boost.

2018г. 187 с.

3.

Йошихито Исогава. Книга идей Lego Mindstorms EV3. 181

удивительный механизм и устройство.2017г. 232с.

4.

Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота Lego Mindstorms

EV3 в среде EV3: изд. второе, перераб. и допол. / Л.Ю. Овсяницкая,

Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. – М.: «Перо», 2016. – 296 с.

12