XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Загадочные повороты
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Людям с незапамятных времён всегда нужны были приспособления, которые могут одновременно развивать, помогать и развлекать. Мои родители с самого раннего детства использовали такие устройства в моем воспитании. Сначала это был умный коврик, потом бизиборд, пазлы, конструкторы, линейки-трафареты. Все эти предметы для всестороннего развития были у меня, а что же используют другие люди во всем мире. Меня это заинтересовало. Так же я решил определить, возможно ли усовершенствовать известные нам развивающие устройства для обучения при помощи подвижного робота LEGO MIND-STORMS Educacation EV3.
Это и стало целью моего проекта.
В ходе исследования я наметил следующие задачи.
Задачи проекта:
Рассмотреть известные полезные устройства для развития человека.
Собрать и запрограммировать робота.
Провести апробацию робота.
Определить дополнительные возможности изменения конструкции.
Методы исследования: анализ, синтез, сравнение.
Гипотеза. Я предполагаю, что возможно усовершенствование известных развивающих предметов путем использование робота.
Данная тема актуальна среди детей и взрослых. Многие из них мечтают создавать модели роботов, которые помогут человеку в работе.
Практическая значимость: созданный мною робот может быть отличным помощником людям в обучении и развитии детей.
Теоретическая значимость: определение места и роли роботов в жизни людей.
Объект: конструктор LEGO Mindstorms EV3.
Предмет: принцип строения и работы робота на основе конструктора LEGO Mindstorms EV3.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Б лагодаря родителям, меня с раннего детства окружают предметы, которые не только развлекают, но и способствуют всестороннему развитию. Особенно меня увлекают конструкторы и линейки-трафареты. Одна из таких линеек очень необычна. Она состоит из прямоугольной линейки (основы трафарета) с двумя зубчатыми отверстиями внутри. К линейке прилагаются зубчатые колесики, с отверстиями внутри. Эта необычная линейка называется спирограф. Творить с его помощью совсем не сложно, но требует небольшой сноровки. Для работы потребуются цветные ручки и хорошее настроение. Кладем лист бумаги на ровную поверхность. Затем кладем спирограф на бумагу гладкой стороной. Располагаем в зубчатое отверстие основы трафарета колесико так, чтобы зубчики колесика вошли в зубчики отверстия трафарета. Затем вставляем ручку в одну из дырочек колесика и, не торопясь, прокатываем колесико по зубчатой окружности. Получается узор. Через несколько оборотов по окружности, ручка вернется в первоначальную точку и узор замкнется.
С воими чертежами я поделился с учителем. Она мне рассказала, что фигура, которая получается при помощи спирографа из двух кругов, называется гипотрохоидой. Узоры, получаемые при помощи такой линейки, зависят от количества зубчиков окружности и колесиков. Здесь вступает в силу понятие «квадратура круга». С этим я более подробно познакомлюсь в старших классах. А пока меня очень увлекают получаемые пространственные рисунки. Безусловно, такая линейка очень полезна для развития мелкой моторики, фантазии и познания мира математики.
И з интернет-источников, я узнал, что оказывается спирограф изобрел британский инженер Дэнис Фишер в 1962 году. Фишер в то время работал над чертежами взрывателей для авиабомб. Ему нужно было быстро и качественно выводить одинаковые элементы с плавно закругляющимися сторонами. Так появился специальный инструмент – спирограф. Это изобретение в работе инженеру не пригодилось, но очень понравилось его детям. Хочу отметить, что спирограф являлся лучшей обучающей игрушкой мира целых 4 года подряд, с 1965 год по 1969 год.
Чем же спирограф так привлек людей со всего мира?
Во-первых, это одна из самых высокоинтеллектуальных игрушек XX века. Количество вычерчиваемых узоров определяется числом с четырьмя нулями. Во-вторых, спирограф способствует развитию фантазии, воображения, логическому мышлению. Улучшает моторику руки, координацию движения, значит, совершенствует почерк и скорость письма. Совершенствует эстетические способности и повышает интеллект. В-третьих, учеными доказано, что спирограф поднимает жизненный тонус и успокаивает нервную систему.
С пирограф – это устройство нового типа, которое моделирует творческий процесс и создает свой микроклимат. Физиолог Х. Хогленд, обращая внимание на глубину и сложность интеллектуальных творческих игр, сказал: «Понимание атома – это детская игра по сравнению с пониманием детской игры». Все, что объединяет красоту, стройные линии, рисование и математику приводит в восторг. Я задумался, а может ли спирограф быть автоматическим. Для этого надо собрать робота со специальной программой, учитывая число отверстий и размеры зубчатых колесиков.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Д ля работы я использовал базовый набор LEGO MIND-STORMS Educacation EV3. Робот состоит из колёсной базы, датчика касания и гироскопического датчика, крепления пера.
П осле сборки робота необходимо создать программу для его движения. В данной программе задействован цикл с заданным числом повторений, а также использование датчика касания в качестве пускового механизма для основной программы. Таким образом, программа будет ожидать нажатия датчика касания и только после этого продолжится.
Теперь самое главное – настроить каждую команду.
1. Для первой команды:
Опция: Включить на количество оборотов;
Мощность на левый мотор: 25;
Мощность на правый мотор: 25;
Обороты: 0,5
2. Для второй команды:
Опция: Включить на количество градусов;
Мощность на левый мотор: 25;
Мощность на правый мотор: 25;
Градусы: 315.
3. Для третьей команды:
Опция: Включить на количество оборотов;
Мощность на левый мотор: 25;
Мощность на правый мотор: 25;
Градусы: 0,5.
ИСПЫТАНИЕ МОДЕЛИ
1. Ставлю робота на ровную поверхность и нажимаю на датчик касания.
2. Робот проезжает вперед по прямой короткое расстояние, затем разворачивается (но не полностью) и снова проезжает короткое расстояние. Эти три действия повторяются 14 раз.
3. Получился необычный узор из повторяющихся элементов.
С помощью спирографа можно изобразить самые замысловатые узоры. Возможно изменить параметры внутри команд движения робота, цикл включить в бесконечный режим. Остановить только нажатием кнопки на программируемом модуле.
В ходе проведенных экспериментов мы выяснили, что точность работы робота зависит от положения маркера на роботе, от количества оборотов, от длины прямолинейного движения. Это влияет на вид изображений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В наши дни роботы применяются в самых различных сферах деятельности человека: робототехнические системы используются военными и правоохранительными органами, задействованы для освоения космоса, помогают по дому и даже для развлечений. Автоматические спирографы используются также в медицине. В зависимости от силы дыхания человека у прибора изменяются параметры (коэффициенты спирографа), и это изменение наглядно представляется получающейся кривой.
В результате исследования я сделал вывод, что изготовление робота очень интересный, увлекательный и познавательный процесс. Над созданием роботов трудятся настоящие ученые и инженеры, но и каждый школьники также может создать своего робота.
Нужно отметить, что поставленные цели и задачи в ходе работы полностью реализованы, был создан робот-спирограф. Наша гипотеза, о том, что возможно усовершенствование известных игрушек возможно – подтвердилась.
В дальнейшем планирую усовершенствование конструкции: эстетическое оформление платформы, более сложное изображение чертежа.
Я создал робота своими руками и научился вместе с ним рисовать спирографические узоры. Но впереди еще так много интересного.
За роботами – будущее!
Ссылка на видеопрезентацию научно-исследовательской работы
https://disk.yandex.ru/i/UXlswsmCZYkJBQ
ИСТОЧНИКИ:
1. Спирограф - одна из самых высокоинтеллектуальных игр 20 века [Электронный ресурс]
URL:https://zen.yandex.ru/media/id/5ce53401a77c0800b350dc9a/spirograf-odna-iz-samyh-vysokointellektualnyh-igr-20-veka-5d3f52dee4f39f00ae6eba74/ (Дата обращения: 20.01.21.)
2. Большой вопрос.ру [Электронный ресурс]
URL: http://www.bolshoyvopros.ru/questions/1060938-chto-takoe-spirograf-kem-byl-izobreten.html (Дата обращения: 27.01.21.)
3. Robot-help.ru [Электронный ресурс]
URL: https://robot-help.ru/lessons/lesson-4.html (Дата обращения: 24.01.21.)