Робототехника

Расписание занятий

1 группа (1 год обучения) - среда 15.15-16.45 

2 группа (2 год обучения) - пятница 14.15-15.45

Полезные ссылки:

• Перечень деталей конструктора
• Руководство пользователя
• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. 
• Уроки  на сайте robot-help.ru. 
• Программа TRIK-STUDIO

Занятие 1. Знакомство с конструктором

• Изучаем названия деталей конструктора Lego Mindstorms EV3.
• Выполняем задание: конструирование башни максимальной высоты с использованием деталей одного конструктора.

	"Останинская башня" (127 см)	Башня "Последний момент" (110 см)	Башня "MeGusto" (137 см)	Башня "Великая удочка" (110 см)

Домашнее задание:

• Выучить названия деталей. См. Перечень деталей конструктора
• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 2.1 "Знакомство с конструктором"
• Урок 1  на сайте robot-help.ru. Прочитать статью 1.1 "Что в наборе?"

Занятие 2. Механизм. Автомат. Робот.

• Повторяем названия деталей
• Выполняем задание: собрать фантастическое животное; обменяться парами и, не показывая свою модель соседу, объяснить, как её собрать.

• Получаем удовольствие от конструирования, собираем фантастическое существо, обладающее удивительными умениями. Вот что у ребят получилось:

• Знакомимся с понятиями "механизм", "автомат", "робот".
• Задание "Хваталка": собрать ножничный механизм максимально возможной длины.

Домашнее задание:

• Повторить названия деталей. См. Перечень деталей конструктора

Занятие 3. Механическая передача

• Изучаем виды механических передач.
• Как рассчитать передаточное отношение.
• Что такое паразитные шестеренки.
• Как построить многоступенчатую передачу.

Редуктор - механизм с понижающей передачей (замедляет скорость вращения, увеличивает силу).
Индивидуальное задание с конструктором:

1. используя половину имеющихся шестеренок, каждому построить устройство "козлы", 
2. продемонстрировать на них механическую передачу с передаточным отношением 24/8 и 40/8,
3. паразитную шестеренку (8:24) * (24:8),
4. двухступенчатую передачу (24:8) * (24:8) и (24:8) * (40:8),
5. трехступенчатую передачу (24:8) * (24:8) *(24:8).

Задание в паре:
используя, по возможности, все шестеренки из набора построить механизм с максимальным передаточным отношением. (Например, на фото передаточное отношение 2025:1)

Мультипликатор - механизм с повышающей передачей (ускоряет вращение, уменьшает силу).

Индивидуальное задание с конструктором:

1. каждый собирает "волчок", 
2. собирает устройство для запуска с передаточным отношением 1:3, 1:5, 1:9, 1:15, 1:45,
3. переделываем устройство на более надежное с удобной рукояткой,
4. соревнуемся, кто соберет самый быстрый волчок.

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 2.2.1 и 2.2.2 "Механическая передача".

Занятие 4. Ременная и фрикционная передачи. Соосный редуктор.

• Изучаем ременную и фрикционную передачи.
• Учимся рассчитывать передаточное отношение.

• Изучаем соосный редуктор.
• Собираем соосный редуктор в картере.

Занятие 5. Одномоторная тележка.

• Изучаем учебные двигатели EV3, их технические характеристики.
• Собираем одномоторную тележку с передним (задним) приводом.
• Переделываем её в тележку с полным приводом с помощью пяти шестеренок.
• Запускаем тележку с помощью второго мотора.

• Присоединяем к тележке контроллер EV3. Запускаем её с помощью контроллера.

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 2.2.4 "Одномоторная тележка"

Занятие 6. Одномоторная тележка - тягач.

• Экспериментируем с редуктором. Укрепляем его дополнительной балкой.

• Используем тележку с редуктором как тягач. 

Тележка с редуктором как тягач

Эта задача оказалась не под силу

С таким прицепом робот вполне справился)))

• Устраиваем "перетягивание каната"

• Устраиваем соревнование "Сумо". Сначала лидировал робот "Рогалик", но потом нашлись "Хлебушек" и "Канцлер", которые победили его)))

1

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 2.2.4 "Одномоторная тележка"

Занятие 7. Одномоторная скоростная тележка. 

• Создаем мультипликатор 24/8. 

• Проверяем работу скоростной тележки.

• Пытаемся построить модель скоростной тележки с более быстрым мультипликатором.

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Повторить лекцию 2.2.4 "Одномоторная тележка"

Занятие 8. Знакомство с датчиками. Двухмоторная тележка. Движение по комнате.

• Знакомимся с датчиками набора EV3.
• Собираем двухмоторную стандартную тележку. Подключаем моторы.

• Программируем робота на движение с двумя моторами сначала просто вперед, затем  вперед-назад.
• Программируем перемещение по квадрату.
• Движение по змейке (поворот налево, поворот направо).
• Добавляем датчик расстояния. Программируем движение по комнате.
• Добавляем датчик касания. Делаем для него бампер. Программируем движение по комнате.


Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 3.1 "Знакомство с устройствами NXT" и лекцию 3.2 "Управление двухмоторной тележкой".

Занятие 9. Знакомство со средой программирования TRIK. 

• Знакомимся с компьютерной средой программирования роботов TRIK.

• Учимся выводить на экран сообщения.

• Рисуем на дисплее фигуры (задание - нарисовать смайлик).
• Работаем в режиме 2D (с виртуальным роботом).
• Учимся загружать программу на робота EV3.
• Программируем движение робота с помощью компьютера:

1. вперед-назад,
2. вперед-назад в бесконечном цикле,
3. вперед-назад 4 раза,
4. поворот робота на 90 градусов, управляя двумя моторами,
5. движение по квадрату. 

Домашнее задание:

• Принести флешку и скачать себе домой программу TRIK
• Принести баночку из-под кока-колы 0,3.

Занятие 10. Путешествие по комнате.

• Отрабатываем движение по комнате с помощью датчика расстояния. Программу пишем на компьютере в среде TRIK.
• Отрабатываем движение по комнате с помощью датчика касания.

Домашнее задание:

• Принести флешку и скачать себе домой программу TRIK 
• Принести баночку из-под кока-колы 0,3.

Занятие 11. Движение внутри круга. Движение по линии. Кегельринг.

• Отрабатываем движение внутри круга с помощью датчика освещенности.
• Отрабатываем движение по линии с помощью одного датчика освещенности.
• Движение робота из центра круга по восьмиконечной звезде, поворот на 45 градусов.
• Кегельринг 10+. Робот стоит точно напротив одной из кеглей. 

Домашнее задание:

• Скачать и установить дома программу TRIK
• Придумать алгоритм кегельринга, если робот стоит не напротив кегли, а ищет её с помощью датчика расстояния.

Занятие 12.  Движение по линии. 

• Повторяем движение по линии с помощью одного датчика освещенности.
• Движение робота по линии с помощью двух датчиков освещенности.
• Программируем робота для движения с помощью пропорционального регулятора.
• Тренируемся на поле-траектории.

Домашнее задание:

• Придумать алгоритм для движения робота по линии с перекрестками.

Занятие 13.  Движение по линии  с подсчётом перекрестков. 

• Собираем робота с двумя датчиками освещенности.
• Повторяем алгоритм движения робота по линии с помощью двух датчиков освещенности.
• Программируем робота для движения по траектории с перекрестками.
• Задание: чтобы робот издавал звук, проезжая каждый перекресток; чтобы робот проехал три перекрестка и остановился; проехал 4 перекрестка и повернулся на 180 градусов и поехал в обратную сторону.
• Тренируемся на поле-траектории с перекрестками.

Домашнее задание:

• Повторить алгоритм для движения робота по линии с перекрестками.

Занятие 14.  Движение робота в заданном лабиринте. Подпрограммы. 

Задан полигон для робота с заранее известным лабиринтом. Ячейка лабиринта 30х30см. Задание для робота: проехать этот лабиринт.

• Собираем стандартного робота - двухмоторную тележку (без датчиков).
• Пишем программу движения робота вперед точно на 30 см. 
• Пишем программу поворота робота вправо на 90 градусов.
• Пишем программу поворота робота влево на 90 градусов.
• Оформляем все эти отлаженные алгоритмы в виде подпрограмм. 
• Пишем главную программу - диаграмму движения робота, содержащую только вызовы указанных подпрограмм.
• Тренируемся на полигоне с лабиринтом.

Домашнее задание:

• Подумать насчет алгоритм для движения робота по неизвестному заранее лабиринту.

Занятие 15.  Движение робота по незнакомому лабиринту. Правило правой руки. 

Задан полигон для робота с заранее неизвестным лабиринтом. Ячейка лабиринта также 30х30см. Задание для робота: проехать этот лабиринт, расположение которого неизвестно.

• Собираем стандартного робота - двухмоторную тележку. Понадобятся два датчика расстояния - впереди и справа. Можно сразу впереди сделать бампер для выравнивания.
• Воспользуемся уже написанными подпрограммами движения робота вперед точно на 30 см, поворота робота вправо на 90 градусов, поворота робота влево на 90 градусов.
• Оформляем все эти отлаженные алгоритмы в виде подпрограмм.
• Пишем главную программу - диаграмму движения робота, содержащую вызовы указанных подпрограмм. Но алгоритм уже не линейный, а разветвляющийся! Если справа свободно - направо, вперед; иначе - если впереди свободно - вперед, иначе - налево. Это правило правой руки: двигаться так, чтобы правая рука касалась стены.
• Добавляем подпрограмму выравнивания, чтобы избежать накопления погрешности при повороте. Добавляем её после движения вперед.
• Тренируемся на полигоне с лабиринтом.

Домашнее задание:

• Повторить алгоритм для движения робота по неизвестному заранее лабиринту. Доделать выравнивание.

Занятие 16.   Возвратно-поступательное движение. Маятник Капицы.

• Изучаем что такое кривошипно-шатунный механизм.
• Собираем простейший кривошипно-шатунный механизм, работающий вручную.

• Переделывем его в самодельный отбойный молоток с мультипликатором.

• Присоединяем отбойный молоток к малому мотору и контроллеру. Программируем его работу. Экспериментируем с передаточным отношением 1:15, 1:25...

• Пробуем на основе его создать маятник Капицы. Прикрепляем к верхней оси свободно вращающийся маятник - ось небольшой длины. Пробуем стабилизировать его.

  

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 2.6 "Маятник Капицы".
• Попробовать все-таки добиться стабилизации маятника.

Занятие 17.   Шагающие роботы.

• Знакомимся с историей этого вопроса. (стопоходящая машина Чебышева, шагающие механизмы Тео Янсена).
• Основные идеи:

1. Преобразование вращательного движения в поступательное. 
2. Для удержания равновесия - четвероногий робот.
3. Ходьба - падение и своевременная подстановка ноги. Поэтому смещение центра масс в направление движения.
4. Синхронизация движения диагонально противоположных конечностей.

• Создание шагающего робота с 4 конечностями.

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 2.5 "Шагающие роботы"
• Придумать, как улучшить конструкцию, чтобы конечности и шестеренки не откреплялись от нагрузки.

Занятие 18.  Простейшие регуляторы. 

Изучаем одно из важнейших понятий робототехники - регуляторы.
Практическое задание: управление углом поворота мотора.

• Релейный двухпозиционный регулятор.
• Трёхпозиционный регулятор.
• Пропорциональный регулятор.

Понятия: 

уставка - желаемое значение регулируемого параметра, 

невязка - динамическая ошибка, 

усиливающий коэффициент регулятора, 

управляющее воздействие.

перерегулирование - колебания вокруг желаемого значения.

Домашнее задание:

• Видеолекции Сергея Александровича Филиппова. Посмотреть лекцию 4.1 "Простейшие регуляторы для управлени я моторов"