Проект разработки и конструирования робота «Пчела» на основе робототехнического конструктора LEGO EDUCATION WEDO 2.0
2019
Драпчук Н.А., Дикая И.В.
Армавирский государственный педагогический университет
ПРОЕКТ РАЗРАБОТКИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ
РОБОТА «ПЧЕЛА» НА ОСНОВЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО
КОНСТРУКТОРА LEGO EDUCATION WEDO 2.0
Развитием робототехники в настоящее время идет бурными темпами,
и остановить этот процесс совершенно невозможно. А все потому, что ро-
боты прочно заняли свою нишу в жизни общества.
Повсюду нас окружают различные роботизированные механизмы, ко-
торые со временем будут все больше совершенствоваться, на смену одним
роботам будут приходить новые более сложные их формы. Поэтому уже
сегодня жизненно необходимо повсеместно внедрять разнообразные виды
образовательной робототехники.
Процесс изучения роботов можно начинать с малого, а именно с таких
роботизированных конструкторов, как WeDo 2.0.
Занятия с младшими школьниками можно посвятить введению их в
интересный мир механики, изучению основ технологии, робототехники и
автоматизированного управления.
Программное обеспечение и обучающие материалы WeDo 2.0 рассчи-
таны таким образом, что начать обучение можно с детьми практически с
самого малого возраста. Наиболее подходящий возраст учеников – 7-10 лет.
Набор предназначен для работы совместно с педагогом, а ребята постарше
могут собирать и программировать модели самостоятельно, следуя задан-
ным инструкциям, или опираться на своѐ воображение, собирая собствен-
ные механизмы и роботы.
Роботизированный конструктор WeDo 2.0 помогает ученикам понять,
какую важную роль технология играет в их повседневной жизни. Этот на-
бор – идеальное средство для урочного обучения на занятиях по основным
предметам начальной школы: математике, технологии, информатике, ок-
ружающему миру, и даже по литературному чтению!
Он позволяет решать широкий круг учебно-игровых задач: отрабаты-
вать пространственные понятия, развивать коммуникативные и социаль-
ные навыки, речь, получать начальные знания о жизни человеческого об-
щества, мире животных, о принципах действия роботизированных уст-
ройств, о причинах и следствиях и многом другом.
Цель проекта: сконструировать, собрать и запрограммировать робота.
Задачи исследования:
1. Определить объекты, в которых возможно применить ресурсы ро-
бототехники.
2. Разработать необходимую конструкцию.
3. Оборудовать робота датчиками и моторами.
4. Разработать алгоритм поведения робота.
5. Написать управляющую программу. 114
Практическая значимость: на фоне бурного роста роботизированных
технологий в современном мире вопрос о развитии образовательной робо-
тотехники стоит наиболее остро. Но прежде чем приступить к обучению,
необходимо продемонстрировать возможности робототехнического конст-
руктора Lego WeDo 2.0.
Изучение теоретических аспектов применения образовательных ро-
ботов. Начиная уже с 1960-х годов, кубики Lego использовались в школе
для преподавания различных дисциплин. В 1980 году компанией Lego бы-
ло принято решение об организации отдельного департамента развития
образовательных продуктов.
Мы обратили своѐ внимание на то, что дети живо интересуются кон-
структорами от Lego, поэтому, образовательный набор WeDo 2.0 вовлечѐт
детей не только в игровой процесс, но и поможет им понять основы физи-
ки и информатики в развлекательной форме, а так же развить мелкую мо-
торику. Так же он используется для преподавания основ робототехники и
принципов работы простейших механизмов. Сегодня образовательная про-
дукция компании Lego выпускается под брендом Lego Education [1].
Стандартный базовый набор WeDo 2.0, программное обеспечение и
комплект учебных проектов представляют собой готовое образовательное
решение, поощряющее любопытство учеников и развивающее их навыки
научной деятельности, инженерного проектирования и программирования.
Базовый набор поставляется в удобной для использования в классе
пластиковой коробке. В комплект поставки входят: СмартХаб WeDo 2.0,
электромотор, датчики движения и наклона, детали (280 шт.) Lego, лотки и
наклейки для сортировки деталей.
Lego WeDo 2.0 предназначен для работы в парах (рисунок 1) и включает
учебные материалы, а также программное обеспечение WeDo 2.0 (для уст-
ройств под управлением Windows 7/8.1/10/MacOS/iOS/Android/CromeOS) [4].
Комплектация базового набора Lego WeDo 2.0 состоит из следующих
элементов:
Рис. 1 – Комплект деталей Lego WeDo 2.0 115
- смартхаба. Это новейший микрокомпьютер, созданный для данной
платформы (рис. 2), который является «сердцем» любого робота. Он ис-
пользует протокол беспроводной передачи информации Bluetooth;
Рис. 2 – СмартХаб WeDo 2.0
- среднего мотора. Он обеспечивает мобильность робота. В корпусе
имеются точки крепления и посадочные места для соединения с другими
частями конструктора (рис. 3);
Рис. 3 – Средний мотор Lego WeDo 2.0
- датчика движения. Он способен обнаруживать движение объектов до
15 сантиметров и измерять расстояние до источника движения (рис. 4);
Рис. 4 – Датчик движения Lego WeDo 2.0
4. Датчика наклона, который определяет различные типы перемеще-
ния в пространстве (рис. 5).
Рис. 5 – Датчик наклона Lego WeDo 2.0 116
С помощью комплектующего набора Lego Education WeDo ученики
могут собрать и запрограммировать простые модели, используя приложе-
ния в компьютере или планшете [2] (рис. 6).
Рис. 6 – Комплектующие набора Lego Education WeDo
Рассмотрим подробнее этапы разработки и конструирования робота
«Пчела», созданного на основе конструктора Lego Education WeDo 2.0.
Этот робот позволяет моделировать взаимосвязь между опылителем и
цветком на этапе опыления. В результате конструирования «Пчелы» уче-
ники узнают не только, из чего состоит цветок, но и как насекомые помо-
гают растениям размножаться, как называются эти процессы?
Творческий проект:
«Разработка и конструирование робота «Пчела» на основе
робототехнического конструктора Lego Education WeDo 2.0»
Цели и задачи проекта:
1. Сконструировать робота «Пчела».
2. Научить робота двигаться и управлять его движениями через ком-
пьютер.
3. Написать программу.
4. Пройти 20 уроков-заданий различной направленности.
5. Получить простор для творчества и экспериментов.
Основные принципы обучения:
- проектирование и сборка;
- работа с простыми механизмами, зубчатыми колесами, рычагами,
шкивами, трансмиссией;
- измерение времени и расстояния, прибавление, вычитание, умноже-
ние, деление, оценка, произвольность, использование переменных;
- обдумывание и поиск нестандартных решений;
- навыки общения, совместной работы и обсуждение идей.
В обучающих материалах есть вся необходимая информация по сбор-
ке базовых моделей и примеры программ. Для управления роботом преду-
смотрена программная среда с простым и понятным управлением. 117
Описание этапов конструирования робота
Работа над проектом выполнялась поэтапно.
1. Вначале конструируют основу будущего робота, где устанавливают
исполнительный механизм – сервомотор с зубчатой передачей, который
будет двигать пчелу по кругу. Двигатель соединяют с центральным про-
цессором при помощи короткого провода.
2. Затем собирают основу цветка, который пчела будет опылять, кру-
жась над ним (рис. 7).
Рис. 7 – Основа будущего робота с заготовкой цветка
3. Отдельно конструируют пчелку и лепестки цветка (рис. 8).
Рис. 8 – Пчела-опылитель с цветком
Робот готов, но для того, чтобы привести его в движение, необходимо
составить алгоритм программы, а именно задать роботу количество вра-
щений пчелы, воспроизводимый звук по достижению цели (цветка), а так-
же установить цикл, который позволит роботу выполнять данные действия
бесконечно. Для отсчѐта, сделанных пчелой кругов, можно добавить тай-
мер (рис. 9). 118
Рис. 9 – Программа робота «Пчела»
Наука не стоит на месте, что требует от учащихся умений в овладении
и самостоятельному поиску и получению новых знаний. В связи с чем ро-
бототехника, как наука является одной из самых динамично развивающих-
ся областей. Уже сложно представить нашу жизнь без роботов, несомнен-
но, огромную значимость получения новых знаний и компетенций уча-
щихся имеют учебные роботизированные конструкторы Lego.
Детей с самого раннего возраста привлекает все яркое, «живые» иг-
рушки, которые прививают интерес к возможности самостоятельно со-
брать своего собственного робота – «друга».
Родители с энтузиазмом поддерживают своих детей и стремятся при-
вести их в соответствующие кружки. К чему ведут эти увлечения, мы ду-
маем, ни для кого не секрет. Безусловно, занятие образовательной робото-
техникой оставит след в развитии любого ребенка.
Занятия образовательной робототехникой помогают школьникам изу-
чать окружающий мир. Использование технологий развивающего обуче-
ния направляет интеллект ребенка на поиск новых знаний с опорой на уже
имеющиеся в сотрудничестве с педагогом, а не под его авторитарным ру-
ководством. Создавая какую-либо модель, дети участвуют в самостоятель-
ном решении различных задач. Поэтому важность освоения робототехники
для каждого ребенка не вызывает никаких сомнений.
Литература
1. Из истории Lego [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://ru.wikipedia.org/wiki.
2. Описание различных модулей [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://education.lego.com/ru-ru/product/wedo-2/accessories.
3. О возможностях конструктора [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://robo-class.ru/catalog/klassy-i-kruzhki/lego-education-wedo-2-0-45300.
4. Состав стандартного комплекта LEGO WeDo 2.0. [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: https://le-www-live-s.legocdn.com/sc/media/files/element-surveys/
wedo-2/45300-element-survey-67cfb7da30f93d912cf61d81cfe8e2d3.pdf.
Информационный материал
Драпчук Н.А., Дикая И.В.