VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Секреты робототехники в сфере повышения безопасности дорожного движения
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Открытия в IT и робототехнике способны привести к технологической революции
В.В.Путин
Введение
Вопросы безопасности дорожного движения рассматриваются на парламентских слушаниях в Совете Федерации и Государственной Думе, на координационных совещаниях при полномочных представителях Президента Российской Федерации в федеральных округах. Всемирная организация здравоохранения утверждает, что каждые 6 секунд в мире на дороге погибает ребенок. Из 60 детей, погибающих в час, 15 детей приходится на Россию.
Наша школа находится на оживленном участке дороги. Ее окружает проезжая часть с двух сторон. По этим дорогам проходит большое количество различной техники. Каждая из них таит опасность для жизни пешеходов. Сегодня каждый школьник любого возраста должен знать, что современная улица очень опасна. Мы решили помочь и сделать изучение правил дорожного движения интересным и увлекательным.
На дополнительных занятиях познакомились с конструктором Fischertechnik. Это настоящая лаборатория для первых экспериментов по созданию и программированию автоматических устройств. Здесь инженером может стать каждый, от мала до велика! Собраны модели с программным управлением: карусель, автоматические двери, импульсный маяк, стиральная машина, светофор, дворники – из ярких цветных деталей конструктора.
Созданные автоматические устройства вызывали большой интерес у других школьников. Как продемонстрировать модели, показать принцип работы, и где можно применить?.. Одни вопросы, на которые необходимо найти ответы. Для этого проанализировали план работы школы на 2017-2018 учебный год. Заметили, что большое внимание отводится теме «Безопасность дорожного движения». Этот факт и определил тему исследовательской работы «Секреты робототехники в сфере повышения безопасности дорожного движения».
В нашей стране не существует единой системы по обучению детей правилам дорожного движения, охватывающей все стороны деятельности школьников. Для разрешения данной проблемы разработали интерактивную игру по правилам дорожного движения. Была выдвинута гипотеза, для лучшего запоминания правил дорожного движения достаточно использовать интерактивную игру с использованием автоматических устройств (роботов). Объект исследования: автоматические устройства (роботы). Предмет исследования: конструктор Fischertechnik.
Цель работы: создание интерактивной игры с моделью автостоянки с программируемым шлагбаумом.
Задачи:
Провести социологический опрос на первом и на заключительном этапах работы.
Изучить конструктор Fischertechnik.
Изучить основы программирования в среде ROBO Pro Light.
Сконструировать модель автоматического шлагбаума и составить программу для управления.
Создать макет интерактивной игры и апробировать в начальной школе.
Актуальность определяется следующим: робототехника становится неотъемлемой частью учебного процесса по всей России, помогает мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения проблем в сфере безопасности дорожного движения.
Данная исследовательская работа содержит следующие этапы исследования: выбор темы, постановка цели и задач, сбор материала, обобщение полученных данных, подведение итогов работы.
Социологический опрос «Что вы знаете о роботах?»
Провели опрос среди учащихся начальных классов. Вопросы, которые были заданы:
Встречали вы в своей жизни роботов?
Знаете, где используются роботы в повседневной жизни?
Хотели бы поучаствовать в интерактивной игре с применением автоматического устройства (робота) на закрепление знаний правил дорожного движения?
Были получены следующие результаты: мало кто из учеников начальных классов знает значение слова робот. Не многие знают, где в повседневной жизни используются роботы, но все желают поучаствовать в игре с применением роботов.
Рис. 1. Социологический опрос «Что вы знаете о роботах?»
Робот и робототехника
Что же такое робот и робототехника? Ро́бот (чеш. robot, от robota — «подневольный труд») – автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма, предназначенное для осуществления производственных и других операций, которое действует по заранее заложенной программе и получает информацию о внешнем мире от датчиков, робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком. Не всегда робот является внешним подобием человека или животного. Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics – роботика, роботехника) – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Робототехника появилась как отдельное направление в машиностроении в 60-е годы XX века. В конце XX начале XXI века происходит переворот в науке и произведено роботов:
8 000 в 1975году;
300 000 в 1991году;
800 000 в 2000году;
1,5 млн. в настоящее время.
Конструктор Fischertechnik
Fischertechnik – это уникальные механические и электронные обучающие конструкторы, созданные знаменитым немецким ученым – профессором Артуром Фишером. Уникальность этих конструкторов заключается в том, что, сочетая элементы из разных наборов, можно создавать любые механизмы, которые только возможно себе представить.
В кабинет информатики находится стартовый набор, в состав которого входит: основание и детали для сборки моделей; мотор; кнопки; лампы с плафонами; элементы для светового барьера; программируемый контроллер ROBO LT; программное обеспечение ROBO Pro Light.
Рис. 2. Конструктор Fischertechnik
Это лаборатория для первых экспериментов по созданию и программированию автоматических устройств. Карусель, автоматические двери, импульсный маяк, стиральная машина, светофор, дворники – из ярких цветных деталей конструктора можно собрать модели с программным управлением. Программное обеспечение на CD-диске первых алгоритмов и изучением графического языка программирования ROBO PRO Light.
Программируемый контроллер ROBO LT имеет три входа для подключения датчиков и два выхода для исполнительных устройств. Питание контроллера осуществляется через интерфейс USB или от внешнего источника питания, например, батарейки или сетевого блока питания.
Основы программирования среды ROBOProLight
Окно программы состоит из:
программные блоки;
панель инструментов;
окно отладки;
рабочее поле.
Рис. 3. Окно программы ROBOProLight
В левой части окна находятся программные блоки, которые используются для создания управляющей программы.
Рис. 4. Программные блоки
В верхней части размещается панель инструментов. Здесь находятся кнопки для сохранения, открытия и запуска программы.
Рис. 5. Панель инструментов
В правой части интерфейса программы находится окно отладки. Здесь показаны входы и выходы контроллера. В этом окне можно включить и отключить устройства, просто щелкая мышкой по соответствующим кнопкам. Это удобно для проверки правильности соединений датчиком.
Рис. 6. Окно отладки
Большое поле в центральной части – это рабочее окно, где создаются программы с помощью графических блоков алгоритмов. Еще важный помощник – это зеленая полоса внизу окна отладки, которая показывает, есть ли связь между компьютером и контроллером.
Рис. 7. Рабочее окно
Алгоритм создания модели и программы управления роботом
Собрать модель с компьютерным управлением согласно инструкции или придумать собственную.
Соединить провода согласно электрической схеме.
Подключить ROBO LT к компьютеру через USB интерфейс.
Включить питание с помощью переключателя на блоке батарейки.
Запустить программу ROBO Pro Light на компьютере.
Составить программу из графических блоков.
Нажать Start на панели инструментов программы.
С помощью данного алгоритма, не составило сложности собрать модель автостоянки с программируемым шлагбаумом.
Рис. 8. Модель шлагбаума
После запуска программы, программные блоки выполняются один за другим.
Рис. 9. Программные блоки для запуска шлагбаума
После сборки модели автостоянки, приступили к макету игры. Модель игры – это импровизированная проезжая часть со всеми участниками дорожного движения. На макете изображена школа, в которой обучаются ученики. По сценарию школьники должны, не нарушая правила дорожного движения добраться до автостоянки и припарковать автомобиль. Если ребята нарушили правила дорожного движения, они отправляются по круговому движению и проходят заново все испытания игры. И только при соблюдении правил дорожного движения откроется шлагбаум.
Рис. 10. Макет интерактивной игры с автоматическим шлагбаумом
Социологический опрос «Какие интерактивные игры помогли вам лучше запомнить правила дорожного движения?»
Провели опрос среди учащихся начальных классов после проведения интерактивной игры. Был задан вопрос «Какие интерактивные игры помогли вам лучше запомнить правила дорожного движения?» и предложены следующие варианты ответа:
Игра с использованием мультимедийной презентации.
Игра с использованием автостоянки с программируемым шлагбаумом.
Были получены следующие результаты: интерактивная игра с использованием автостоянки с программируемым шлагбаумом вызвала огромный интерес у ребят начальных классов. Заинтересовал шлагбаум, как создать и написать программу для автоматической работы устройства. Знания, полученные в результате такой игры, усвоились лучше. Ребята еще долго рассказывали и делились впечатлениями дома, тем самым закрепляли полученную информацию.
Рис. 11. Социологический опрос «Какие интерактивные игры помогли вам лучше запомнить правила дорожного движения?»
Заключение
В результате научной работы, смогли ответить на все интересовавшие вопросы. Гипотеза подтвердилась: для лучшего запоминания правил дорожного движения достаточно использовать интерактивную игру с использованием автоматических устройств (роботов). Цель работы достигнута: создание интерактивной игры с моделью автостоянки с программируемым шлагбаумом.
Задачи, поставленные для достижения цели, выполнены:
проведен социологический опрос на первой стадии работы и на заключительной;
изучен стартовый набор конструктора Fischertechnik;
разобраны основы программирования в среде ROBO Pro Light;
сконструирована модель автоматического шлагбаума и создана программа для управления шлагбаумом;
интерактивная игра успешно испытана.
Робототехника так стремительно вошла в нашу жизнь, что где бы мы ни были: дома, на улице, в транспорте, в космосе… везде присутствует робототехника. С каждым годом IT-технологии совершенствуются и развиваются, но все же искусственный интеллект не сравнится с человеческим. В XXI веке производство роботов может стать крупнейшей отраслью промышленности. Создание роботов из конструктора Fischertechnik очень интересный и познавательный процесс, который развивает логическое и абстрактное мышление. Роботы занимают определенную часть в нашей жизни и внесение в процесс образования курса «Робототехники» будет актуальна и в будущем.
Работа над созданием автоматических устройств с компьютерным управлением меня захватила. В дальнейшем планируем создать модели обучающих игрушек с компьютерным управлением для детских садов и школ района.
Литература
Большая энциклопедия «Почемучек». – Москва: Дрофа, 2011.
Большая энциклопедия школьника. – Москва: АСТ-пресс, 2013.