XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот-напоминалка на базе конструктора LEGO SPIKE PRIME
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современные школьники живут в условиях высокой информационной нагрузки. Помимо основных уроков, у многих есть дополнительные занятия, кружки, секции, а также домашние обязанности. Из-за этого часто ученики могут забыть сделать домашнее задание по конкретному предмету, собрать портфель на завтра, выучить стихотворение или вовремя сделать перерыв для отдыха глаз при работе за компьютером. Стандартные методы напоминания, такие как напоминалки в телефоне, бумажные расписания быстро приедаются и перестают быть эффективными, так как на них просто перестают обращать внимание. Мы увидели проблему в том, что несмотря на необходимость самоорганизации и управления временем при помощи вспомогательных средств они очень быстро приедаются и не справляются со свей задачей.
В связи с этим мы поставили перед собой цель- разработать функциональный прототип робота-напоминалки на базе платформы LEGO SPIKE Prime, способного в заданное время информировать школьника о запланированных делах интерактивным способом.
Для достижения цели мы поставили перед собой ряд задач:
-Проанализировать существующие аналогичные гаджеты и решения для напоминаний;
-Определить функциональные требования к роботу-напоминалке;
-Спроектировать и собрать механическую часть робота из деталей LEGO SPIKE Prime;
-Разработать алгоритм работы и написать программу в среде программирования SPIKE;
-Протестировать работоспособность прототипа на примере одного дня работы и сделать выводы о его эффективности и возможностях улучшениях. В рамках работы мы ориентировались на такую литературу какофициальное руководство пользователя LEGO® Education SPIKE™ Prime. – LEGO Education, материалы онлайн-платформы LEGO Education для учителей, обзоры современных «умных» гаджетов при помощи интернет-источников hi-news.ru, ixbt.com.
Глава 1. Теоретическое обоснование создания робота-напоминалки на базе конструктора LEGO SPIKE PRIME
1.1Современные гаджеты и решения для напоминаний
Сегодня на рынке представлено множество устройств и приложений, призванных помочь с организацией времени. Их можно разделить на несколько категорий:
1. Смартфоны и приложения-календари.Самый распространенный и многофункциональный инструмент. Позволяет устанавливать гибкие напоминания с повторениями, привязкой к геолокации. Однако они легко теряются среди других уведомлений сообщений в соцсетях, игр, что приводит к игнорированию напоминания. (Приложение, Рисунок 1)
2. Умные часы и фитнес-браслеты .Оповещают вибрацией на запястье, что более заметно, чем звук телефона. Могут мотивировать на физическую активность, например, напоминания встать и подвигаться. Но их функционал по управлению сложным расписанием часто ограничен и дублирует телефон. (Приложение, Рисунок 2)
3. Роботы-компаньоны.Дорогие высокотехнологичные устройства, использующие искусственный интеллект для общения и напоминаний. Их главные недостатки – крайне высокая цена и сложность, что делает их недоступными для массового использования школьниками. (Приложение, Рисунок 3)
4. Простые таймеры и световые будильники: Выполняют одну конкретную функцию (сообщить об окончании промежутка времени) без возможности программирования сложного расписания. (Приложение, Рисунок 4)
Существующие решения либо легко игнорируются, либо слишком дороги и сложны, ниша для интерактивного, но простого и доступного устройства, которое привлекало бы внимание не просто сигналом, а действием свободна. Для достижения цели-привлечения внимания ребенка требования к роботу для себя мы определили следующими:
-доступность;
-интерактивность;
-контролируемость и легкая коррекция программы.
Глава 2. Модель робота-напоминалки на базе конструктора LEGO SPIKE PRIME
2.1 Конструкция модели робота-напоминалки на базе конструктора LEGO SPIKE PRIME
Для создания модели робота-напоминалки был выбран образовательный конструктор LEGO SPIKE PRIME, так как он яркий, имеет возможность одновременного использования нескольких моторов и датчиков, а также прост в использовании, легко подается исправлению или внесению изменеий в конструкцию. Всего нам понадобилось : 1 смарт-хаб, 3 средних мотора для движения и большой мотор, для специальной платформы, позволяющей поднимать робота на ступеньки и ультразвуковой датчик для слежения за движениями хозяина и поиска препятствий. (Приложение, Рисунок 5)
В основе конструкции подъемного механизма-реечная передача, обеспечивающая мобильность робота в различных условиях.(Приложение, Рисунок 6)
Для усиления работы подъемного механизма мы создали корпус ограничивающий движение мотора вдоль рейки. (Приложение, Рисунок 7)
Передвигается робот на колесном ходу. (Приложение, Рисунок 8)
2.2 Управление роботом-напоминалкой на базе конструктора LEGO SPIKE PRIME
Для управления мы использовали программу SPIKE PRIME, текстовые блоки так как они интуитивно понятны и в перспективе могут использоваться владельцем самостоятельно для создания и внесения изменений в личное расписание.
В качестве напоминания используется дисплей смарт-хаба и звуковые сигналы. Управляется робот при помощи таймера и блоков управления операторами, так как в основном расписание ребенка зависит от времени. Так же последовательность включения программ обусловлена использованием отправки сообщений от кода к коду. (Приложение, Рисунок 9)
2.3 Демонстрация возможностей робота-напоминалки на базе конструктора LEGO SPIKE PRIME на примере одного дня работы
7:55 — Пробуждение. Робот начинает тихо играть динамичную, но приятную мелодию. Он подкатывается к кровати и говорит: «Доброе утро»
8:05 — Контроль подъема. Будильник срабатывает повторно
8:15 — Помощь со сбором рюкзака. Робот напоминает при помощи изображения на дисплее-собери рюкзак.
8:25 — Выход в школу. Робот начинает кружиться и издавать сигнал-пора выходить.
13:30 — Возвращение из школы. Робот ждет сигнала о возвращении. По сигналу «кнопка влево нажата» робот сообщает-«Пора обедать
14:30 — Напоминание об уроках. После обеда робот начинает издавать новый звуковой сигнал и привлекает к себе внимание до тех пор, пока ребенок не нажмет кнопку вправо.
15:30 — Перерыв. Для того что бы ребенок немного размялся робот начинает активно ездить по полу со словами-давай играть, поймать и остановить его нужно 5 раз, тогда робот прекратит зарядку и продолжит следить за течением времени.
19:00 — Завершение работы. В это время робот говорит «Уроки сделаны? Супер! Теперь свободное время».
21:30 — Подготовка ко сну. Робот сообщает- «Через 30 минут пора спать. Советую принять душ, а после почитать».
22:00 — Отбой. «Время выключать гаджеты. Завтра снова в 8:00. Спокойной ночи, Макс!» Робот переходит в ночной режим до утра.
Заключение
В ходе данной исследовательской работы была успешно достигнута поставленная цель – разработан, собран и запрограммирован прототип робота-напоминалки на платформе LEGO SPIKE Prime.
Платформа LEGO SPIKE Prime является эффективным и гибким инструментом для быстрого прототипирования интерактивных устройств, решающих прикладные задачи, такие как помощь в самоорганизации. Созданный робот-напоминалка демонстрирует принципиальную возможность сделать процесс напоминания физически осязаемым и игровым, что потенциально повышает его эффективность для детей и подростков по сравнению со стандартными уведомлениями на экране или бумажными ноителями.
Данный прототип является базовым. Его можно существенно улучшить, например, добавив возможности персонализированные для учащихся, на анный момент он может быть использован на уроках робототехники и информатики. Таким образом мы выяснили, что образовательные робототехнические комплексы можно использовать не только для обучения, но и для создания полезных в быту устройств, объединяющих в себе функциональность, интерактивность и элемент творчества.
Список литературы
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.
Интернет-источники:
3. Официальное руководство пользователя LEGO® Education SPIKE™ Prime;
4. LEGO Education, материалы онлайн-платформы LEGO Education для учителей
5. htttp://hi-news.ru;
6.http:// ixbt.com.
Приложение
|
Рисунок 1 |
Рисунок 2 |
|
Рисунок 3 |
Рисунок 4 |
|
Рисунок 5 |
Рисунок 6 |
|
Рисунок 7 |
Рисунок 8 |
|
Рисунок 9 |
|