Projekt RoboPejsek na dálkové ovládání

Metodický list pro dlouhodobý badatelský projekt

Téma

 RoboPejsek

Tematický celek

LEGO ROBOTIKA

Motivační rámec projektu

Úloha je postavena na tvorbě robotického "mazlíčka", který vykonává studentem naprogramované příkazy, jako je např. sedni, lehni, štěkej, hlídej či aby studenta sledoval jako pejsek na vodítku. K řízení je použit infračervený senzor a ovladač.

Počet žáků

Ideálním počtem pro řešení této úlohy jsou dva studenti na jednu stavebnici LEGO Mindstorms EV3. Práce ve dvojici umožní optimální využití žáků a poskytne možnost konzultace i konfrontace různých způsobů řešení v rámci skupiny. V případě potřeby je však možno upravit počet na 1 až 3 studenty na jednu stavebnici. U většího počtu studentů často dochází k nevytížení některého z žáků, který si jen velmi těžko hledá možné uplatnění.

 Při řešení úlohy je možno si práci na vyřešení úlohy rozdělit (1 - 2 studenti pracují na konstrukci robota, další programují ovládací program).

Věk žáků

  15+

Pomůcky

Pro komplexní realizaci úlohy je zapotřebí toto vybavení:

 Pozn: Úloha je s omezením řešitelná i bez infračerveného senzoru a vysílače. Příkazy lze zadávat tlačítky či pomocí barev vložených pod alternativně připojený barevný senzor (součástí sady). Pro řízení pohybu pejska je možno využít ultrazvukový senzor odhalující překážky (pejsek se pohybuje, pokud je před ním volno).

Vhodná místa realizace projektu

Běžná učebna vybavená počítači s nainstalovaným programovacím prostředím EV3 (či alternativním) a dostatečným prostorem pro otestování řízení pejska ovladačem.

Cíle aktivit

Dosažené cíle v rámci dlouhodobého badatelského projektu se značně liší dle způsobu vedení aktivity. Ta může být omezena na řešení dílčích zejména na programování zaměřených úloh či rozšířena o celkovou konstrukci robota a vysvětlení možnosti navigace v rámci prostoru.

V případě řešení konstrukce by studenti měli dokázat:

  • vytvořit pevnou samonosnou konstrukci umožňující pohyb pejska,
  • navrhnout a sestavit převod pro ovládání nohou motorem s větším počtem otáček,
  • vhodně uchytit senzory s ohledem na jejich použitelnost a design robota.

Programováním robota by studenti zapojení do této činnosti měli zlepšit své dovedností v oblastech:

  • využití a ovládání servomotorů,
  • získávání zpětné vazby (stisk tlačítek, měření vzdálenosti a zjištění segmentu) z infračerveného vysílače,
  • ovlivnění programu na základě různorodých vstupů.

Řešení projektu je však do jisté míry závislé na návrhu studentů. Dá se však předpokládat, že po absolvování studenti dokáží:

  • na displeji vykreslit různé druhy obrázků dle vstupů (pohyb očí),
  • přehrát vybrané zvuky,
  • realizovat řízení robota s ohledem na možné chyby (dvojstisk tlačítka pro sedni s již vykonávaným příkazem sedni).

Rozvíjené kompetence

Kompetence k řešení problémů.

Předchozí znalosti

Projekt není vhodný pro úplné začátečníky práce se systémem LEGO.

Problematická je zejména konstrukce, která musí být samonosná, pohyblivá a ve které je potřeba vytvořit převod pro ovládání zadních nohou třetím motorem. Při poskytnutí návodu na sestavení je však konstrukce bezproblémová.

Úlohu je možno řešit i s méně zkušenými studenty. V tom případě je pak vhodné žákům poskytnout dostatečnou oporu a úlohy společně rozdělit na dílčí snáze řešitelné části.

Mezipředmětové vztahy

 Automatizace, fyzika, matematika

Časový plán

Fáze projektu

Metody a formy, motivace

 

Stanovovat přesný časový plán jednotlivých činností u projektu či badatelsky zaměřené činnosti učitelem není vhodné. Čas je velmi závislý na zkušenostech, znalostech a dovednosti jednotlivých skupin (jedinců) i na způsobu pomoci (či prozrazení podstaty problému) učitelem.

Uvedeme proto jen seznam dílčích částí projektu s odhadovaným časovým rozsahem.

  • Úvodní motivace - rozbor úlohy, rozdělení činností (30 min)
  • Tvorba konstrukce robota
    • podle vlastního návrhu (20 - 50 h);
    • podle schématu zapojení (0,25 - 1,5 h)
  • Úlohy
    • pozdrav při zapnutí (vykreslení očí, přehrání zvuku) (3 - 25 min)
    • štěkání na povel, využití cyklu a podmínky pro detekci povelů ovládačky (3 - 25 min)
    • posazení a narovnání pejska (5 min - 2 h: v závislosti na problémech s konstrukcí pejska)
    • lehnutí a narovnání pejska (5 min - 1 h: v závislosti na problémech s konstrukcí pejska)
    • režim hlídej - pojezd a vrčení pejska (8 min - 1,5 h: v závislosti na problémech s konstrukcí pohonu)
    • virtuální vodítko - sledování IR ovládačky
      • pojezd robota na určitou vzdálenost od ovládačky (15 - 45 min)
      • sledování segmentu - natočení očí (8 min - 1,5 h)
      • sledování segmentu - přizpůsobení pohybu - zatáčení (30 min - 3 h)
    • otestování celkové funkčnosti (5 - 10 min)
  • Prezentace úlohy a řešených problémů, reflexe projektu a činnosti skupiny
    (dle počtu skupin cca 5 - 10 minut na skupinu + čas na závěrečnou reflexi)

 

Hodnocení

Hodnocení úlohy není vyžadováno. Podstatně větším přínosem je závěrečné představení hotového pejska a jeho funkcí před ostatními skupinami. Tato forma více působí na vnitřní zpětnou vazbu a motivaci studentů.

Návaznosti

Poznámky