Собиратель кубика Рубика. на базе конструктора Spike Prime

XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Собиратель кубика Рубика. на базе конструктора Spike Prime

Апареев К.И. 1Саматов Д.Р. 1Набиуллин Д.А. 1Акобян А.К. 1
1Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн» г. Уфа
Корнилаева А.А. 1
1Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн» г. Уфа
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Головоломка - гимнастика ума. Решение головоломок развивает память, воображение, находчивость, сообразительность, наблюдательность, логическое мышление, пространственное воображение, моторику пальцев, координацию.

Всё это помогает усваивать предметы математического цикла, прививает новые навыки, расширяет круг общения, повышает коммуникативные способности детей. Это то, что так необходимо ребенку в нашем современном мире.

Кубик Рубика - механическая головоломка в виде куба с разноцветными гранями. Основа любой головоломки – зашифрованная задача, которую игроку необходимо решить, используя логику, рассуждения, а иногда поможет просто случайность. Здесь же, игроку необходимо поворачивать разными способами грани куба, чтобы каждая его сторона стала одноцветной. Многие пытались собрать кубик, проводя над ним часы, дни, пытаясь решить эту сложную задачу. Совсем немногим это удавалось.

Цель: получить новые знания о кубике Рубика, самостоятельно создать проект «Собиратель кубик Рубика».

Задачи проектной работы:

  1. Узнать историю появления головоломки, и её авторе.

  2. Изучить методики сборки, узнать интересные факты о кубике Рубика.

  3. Самостоятельно создать модель сборщика с помощью конструктора Spike Prime.

  4. Провести демонстрацию модели «Сборщик кубика Рубика».

В качестве источников информации мы, в основном, использовали информационные сайты: Википедия (https://ru.wikipedia.org), Популярная механика (https://www.popmech.ru) и другие. При создании проекта мы руководствовались знаниями, полученными на занятиях «Основы робототехники», и «Соревновательная робототехника» в школе интеллектуального развития «Мистер Брейн» в городе Уфа. [1] При оформлении проекта мы использовали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [2], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [1, 3], при создании программ мы руководствовались учебным пособием по образовательной робототехнике.

Глава1. История появления кубика Рубика

Кубик Рубика — механическая головоломка, изобретённая в 1974 году венгерским скульптором и преподавателем архитектуры Эрнё Рубиком.

По одной из версий кубик Рубика изначально создавался как учебное пособие. При помощи него Рубик пытался втолковать воспитанникам основы математической теории групп.

Вначале игрушка представляла собой набор из 27 деревянных кубиков с разноцветными гранями. На практике оказалось очень сложно сложить куб, чтобы каждая сторона была одного цвета. Самому ученому понадобился ровно месяц, чтобы решить свою же головоломку.

В дальнейшем Рубик оставил всего 54 внешние грани: одноцветные у шести центральных кубиков, двухцветные у двенадцати боковых, и трёхцветные у восьми угловых. На место единственного «внутреннего» кубика был помещён цилиндрический скрепляющий механизм, который был прочно связан со всеми наружными кубиками, но позволял им свободно вращаться друг относительно друга.

В 1975 году Рубик получил венгерский патент на своё изобретение.

В 1980 году лицензию на его производство купила компания Ideal Toy Corporation (именно она дала головоломке имя Rubik’s Cube). Название "Кубик Рубика" было официально принято в большинстве стран мира, за исключением КНР и Германии, в этих странах распространилось и прижилось другое название – "Магический куб".

В Европе и Америке кубик Рубика появился в мае 1980, а в СССР кубик пришёл в 1981 году. Успех к игрушке пришел молниеносно. Это был самый желанный подарок на любой праздник и для детей, и для взрослых.

Глава 2. Популярные версии кубика Рубика

Помимо классического шестицветного (синий, красный, зеленый, белый, желтый, белый, оранжевый) кубика Рубика, существует множество других вариантов головоломки. Так, встречаются кубики с нетрадиционной расцветкой (розовый, голубой и другие оттенки), изображениями на гранях и даже с зеркальным покрытием. Для незрячих был специально создан кубик Рубика со шрифтом Брайля. (Приложение. Рисунок 1)

Среди любителей игрушки пользуются популярностью версии, по форме представляющие собой пирамиды, сферы, додекаэдры и прочие геометрические «гибриды». Например, куб 4×4×4 получил даже отдельное название — месть Рубика (иногда — мастер-куб). (Приложение. Рисунок 1.1)

Сам Эрне Рубик не имеет отношения к созданию многих аналогичных версий. Например, еще до появления чудо-кубика в 1972 году немецкий изобретатель Уве Меффет придумал головоломку в форме правильного тетраэдра, сегодня наиболее известную как Молдавская пирамидка. (Приложение. Рисунок 1.2)

Голландский дизайнер Оскар ван Девентер при помощи 3D-печати создал так называемый Шестереночный кубик, который придумал американский программист Брэм Коэн. Визуально объект представляет собой куб с вращающимися шестеренками. В его основе используется зубчатый механизм. Из-за травмоопасности при сборке он стал больше известен как «Опасный кубик». (Приложение. Рисунок 1.3)

Эрне Рубик был далеко не первым, кто придумал знаменитую головоломку. До него в марте 1970-го аналогичное творение создал американский изобретатель Ларри Николс, который сразу же подал заявку на оформление патента, однако из-за бюрократии ее одобрили только в апреле 1972-го. Внешне игрушка представляла собой куб 2×2×2 с вращающимися цветными частями, закрепленными на магнитах. В апреле 1970-го еще один изобретатель Франк Фокс представил миру похожую головоломку, но в виде сферы 3×3×3.(Приложение. Рисунок 1.4)

Глава 3. Методики сборки кубика

Существует огромное количество алгоритмов сборки кубика Рубика. Некоторые простые, созданные специально для новичков, в них, как правило

меньше комбинаций. А есть алгоритмы, сложные, которыми пользуются

спидкубер для более быстрого достижения результата, когда время очень важно.

Есть 3 самых популярных метода сборки:

– метод Михаила Ростовикова. Сборка этим методом состоит из 7 этапов: крест, углы собранного креста, собранную грань переворачиваем вниз, ребра

второго слоя, располагаем крест наверху на свои места, располагаем углы на свои места, ориентируем правильно ребра, ориентируем углы правильно. Этот метод применяется новичками. (Приложение. Рисунок 2)

– метод А. Кима – этот метод сложнее в технике, но на выходе мы имеем лучшее время сборки. После того, как освоишь этот способ сборки, будет проще перейти на профессиональный скоростной уровень.

– Наиболее популярным методом скоростной сборки кубика является метод CFOP, он же метод Джессики Фридрих, которая его доработала и популяризовала, хотя свой вклад внесли и другие люди. Метод Джессики Фридрих – любимый метод для большинства спидкуберов сегодня, хотя был придуман в 1981 году. Позволяет собрать кубик Рубика за 7 секунд. Он состоит из 4 этапов: крест, 2 слоя сразу, ориентация последнего слоя и перестановка последнего слоя. (Приложение. Рисунок 2.1)

Методом Д.Фридрих достаточно тяжело овладеть, так как необходимо понимать все принципы перестановки деталей и владеть многими комбинациями сборки кубика Рубика. Поэтому новичку, такому как мне, на сегодняшний день этот метод неподвластен.

Существуют и другие методы, с помощью которых можно собрать кубик Рубика Petrus , ZZ , Roux и многие другие, но они менее популярны

Глава 4. Интересные факты о кубике Рубика

  1. Кубик Рубика самая продаваемая игрушка всех времен. Однако кубик Рубика – не игрушка для малышей, а сложная головоломка, которую можно собрать только по специальным формулам. По сути, это серьезная математическая задача по комбинаторике, воплощенная в форме. Однако находятся самоуверенные граждане, кто пытается собирать кубик интуитивно. Наиболее эпично достижение британца Грэма Паркера, который собирал головоломку на протяжении 26 лет!

  2. С учетом 6 цветных сторон, 21 частей и 54 поверхности, существует более 43 квинтиллионов различных возможных конфигураций. Если бы вы поворачивали кубик Рубика каждую секунду, вам бы потребовалось 1400 триллионов лет, чтобы пройти все конфигурации. То есть если бы вы начали этот проект во время Большого взрыва, вы бы до сих пор не закончили.

  3. Если кубики всех возможных конфигураций поставить друг на друга, то высота получившейся башни будет равна расстоянию от Земли до звезды Факт созвездия Голубя.

  4. Спидкубинг – виде спорта, в котором участники занимаются сборкой кубика Рубика на скорость. Трехлетний ребенок из Китая собрал кубик меньше, чем за 2 минуты. Сегодняшний рекорд сборки кубика Рубика 3х3 за 3,13 секунд принадлежит 21-летнему американцу Максу Парку с аутизмом. Уже в 15 лет Макс Парк стал чемпионом мира по спидкубингу, а кубиками Рубика он увлекается практически с младенчества. Тогда врачи установили ему диагноз аутизм и дали советы родителям по выбору занятий для развития мелкой моторики.

  1. Любая комбинация кубика Рубика решается за 20 или меньше движений.

  2. Кубик Рубика, как способ признаться в любви. 27-летний китаец собрал 840 кубиков Рубика, чтобы создать портрет своей соседки. Таким образом он сообщил ей о своей влюбленности.

  3. Студия Cube Works Studio из Торонто (Канада) давно известна тем, что создает картины из кубиков Рубика. Это, собственно, главный вид деятельности, которым она занимается. И в ее творческой подборке можно найти огромное количество подобных работ, включающих как репродукции известных изображений, так и собственные рисунки. Самое огромное полотно создано в Макао из 85 794 этих кубиков

  4. Самый большой кубик Рубика размером 3 метра и весом 500 кг находится в городе Ноксвилл, в штате Теннесси США.

  5. Самый маленький кубик Рубика шириной 10 мм был сделан российским программистом Евгением Григорьевым. Это полностью функциональный кубик, который можно собирать, как обычный кубик.

Глава 5. Создание проекта «Lego-массажер» из LegoWeDo 2.0

В первый день подготовки к соревнованиям мы нарисовали схему нашего будущего сборщика и приступили к сборке.

При конструкции нам долго не удавалось сделать удобную подвижную руку-переворачиватель. Но немного подумав, мы справились с этой проблемой.

Наша конструкция стоит на платформе. По середине располагается подвижная часть, ее приводит в движение большой мотор, на нее устанавливается кубик. (Приложение. Рисунок 3) С одной стороны мы установили датчик цвета, который выступает в роли сканера. А с другой стороны рука-переворачиватель. (Приложение. Рисунок 3.1)

Датчик цвета подвижен. Он выдвигается засчет зубчатой передачи. (Приложение. Рисунок 3.2)

Заключение

В процессе нашей работы мы узнали об истории кубика Рубика, какие модели бывают. Познакомились с методами сборки кубика.

Узнали интересные факты о кубике Рубика. И создали свою Lego-модель с моторами и датчиками. Мы сделали программу на языке Python. Наша модель очень интересна. Мы долго трудились над ней, но результат превзошел наши ожидания.

Наша работа может быть использована на уроках робототехники и внеклассных мероприятиях.

Список используемой литературы

  1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

  2. LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;

  3. Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400

  4. Корягин А.В, Образовательная робототехника Lego WeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов – ДМК-Пресс, 2016. – 252 с.;

Интернет источники

  1. https://www.iigrushki.ru/igrushkapedia/kubikrubika.html?ysclid=lw3b5zr5uh852022541

  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Кубик_Рубика

  3. https://ria.ru/20090713/177169253.html

  4. https://www.infoniac.ru/news/20-interesnyh-faktov-o-kubike-Rubika.html

  5. https://novate.ru/blogs/170213/22466/

Приложение

Рисунок 1. Кубик Рубика со шрифтом Брайля

Рисунок 1.1 Месть Рубика

Рисунок 1.2 Молдавская пирамидка

Рисунок 1.3 Шестереночный кубик

Рисунок 1.4 Сфера

Рисунок 2. Метод Михаила Ростовикова

Рисунок 2.1 Метод Фридрих

Рисунок 3 Платформа для кубика Рубика

Рисунок 3.1 Рукоятка - переворачиватель

Рисунок 3.2 Датчик цвета. Зубчатая передача

Фото готовой модели

Рисунок 4.1. Насадка №1

Рисунок 4.2 Насадка №2

Рисунок 4.3 Насадка №3

Просмотров работы: 24