METODICKÝ LIST. Výklad: Seznámení se se stavebnicí, ukázky jiných projektů a možností stavebnice

Transkript

1 METODICKÝ LIST 1. Název výukové aktivity (tématu): Stavba LEGO MINDSTORMS NXT robota pro zavážení barevných LEGO kostek (představujících různé druhy produktů ve výrobě) dále jen nakladač. Tento model navazuje na model třídič, který je popisován v dalším metodickém listě. 2. Jméno autora: Ing. Petr Hořejší, Ph.D., Ing. Jana Hořejší 3. Anotace: Robot pro zavážení LEGO kostek (dále jen nakladač) je možné postavit ze stavebnice LEGO NXT 2.0 (9797 nebo 8547). Je nutné však použít ještě rozšiřující sadu technických dílů Robot sleduje černou linii na speciální podložce, rozeznává nakládací a vykládací místa (červené kruhy na podložce) a křižovatky (zelené kruhy). Model předpokládá, že na dvou nakládacích místech jsou dva kontejnery. Každý z těchto kontejnerů obsahuje kostky jedné barvy (zelené a žluté). Tyto kontejnery mohou být připraveny buď pomocí modelu třídič, nebo ručně. Po kalibraci modelu (rozpoznání největší a nejmenší intenzity světla na podložce tj. nalezení čáry) robot naloží kontejner s jednou barvou kostek, otáčí se a jede po čáře, dále pak naráží na křižovatku, kde uhne na místo vykládky, poté vyloží prázdný kontejner a to samé provede s druhým kontejnerem. Poté se celý proces opakuje. Pro samotnou stavbu (nakladač a kontejner 2x) je k dispozici buď interaktivní návod, či textový ve formátu PDF, dále je k dispozici elektronická kniha, která obsahuje video s ukázkou práce robota, popis principu práce a popis i možnost stažení programu robota. 4. Klíčová slova: LEGO, MINDSTORMS, NXT, robot, nakladač, továrna 5. Cíle aktivity: Seznámit studenty s možnostmi senzorika a robotiky ve výrobě. Student si vyzkouší vlastního robota vytvořit. Během tvorby má možnost seznámit se s možnostmi konstrukce strojních zařízení (zejména převodů) a programování. 6. Cílové skupiny: Studenti středních škol 7. Min. a max. počet účastníků: 2-8 účastníků na 1 učitele 8. Klíčové kompetence: Manuální zručnosti, inženýrské myšlení, základy konstruování, principy mechanismů, řešení problému, robotické programování 9. Časová náročnost aktivity: cca 2-3 hodiny na stavbu podle návodu (dle schopnosti), 1 hodina, v případě, když učitel bude jen objasňovat, jak je robot naprogramován, až 3-4 hodiny při metodickém vedení a postupné tvorbě programu, 1 hodina na přizpůsobení a ukázky funkčnosti, popř. 1-2 hodiny pro řešení alternativních úloh. Pokud je potřeba studenty seznámit se stavebnicí raději 30 minut navíc. 10. Nároky na místo a prostor: učebna (stůl, židle), počítač (stolní nebo notebook) lépe s bluetooth (lépe funguje externí), popř. možno i USB (zde je však omezení z hlediska délky kabelu). 11. Vybavení, pomůcky a materiál: Stavebnice LEGO NXT 2.0 (edukační 9797 nebo komerční 8547) a Rozšiřující sada Popř. Stavebnice EV3 s rozšiřující sadou (jemné rozdíly v barvě a tvaru jednotlivých dílů). Počítač (pro každého studenta). 12. Bezpečnostní požadavky: Metody a formy práce (frontální vyučování, individuální nebo skupinová práce,...): Individuální nebo skupinová práce (dle schopností účastníků). Role učitele je významnější ve fázi programování nežli stavby. 14. Popis a organizace výukové aktivity v jednotlivých krocích (návod pro realizátora): Výklad: Seznámení se se stavebnicí, ukázky jiných projektů a možností stavebnice

2 Výklad: Seznámení se s projektem nakladače. Nastavení osnovy práce: stavba, programování, ověřování Stavba dříve hotoví studenti mohou pomoci pomalejším Výklad: princip fungování programu Programování Vyzkoušení, ověření, variantní řešení 15. Zkušenosti z vědeckých dnů realizovaných v rámci POPULÁR KA02: Doporučená literatura ke studiu: CD s elektronickou učebnicí a návodem ke stavbě 17. Reference: [1] [2] [3] [4] Poznámky a doporučení autora: Datum zpracování ML: 20/01/2014 POPIS ČÁSTÍ STAVEBNICE Tuto část je samozřejmě možné vynechat, pakliže již studenti byli předem s tímto tématem seznámeni. řídící jednotku NXT, software NXT-G Programming, interaktivní servomotor, dotykový senzor, ultrazvukový senzor, optický senzor. MODEL NAKLADAČE A PODLOŽKA Model nakladače (viz Obr. 1) jezdí po vodicí čáře na podložce (viz Obr. 2). Na této podložce jsou dva druhy významných míst: Červený kruh (nakládací nebo vykládací místo) Zelený kruh (křižovatka)

3 Obr. 1 Model nakladače Obr. 2 Podložka

4 Tato podložka slouží jednak pro popisovaný model nakladače, ale také pro součinnost s modelem třídič (viz Obr. 3), který byl popisován v jiném metodickém listě. Model robota třídič může připravit roztříděné kostky (výrobky) do kontejnerů (viz Obr. 4). Obr. 3 Součinnost modelu třídič a nakladač Obr. 4 Model kontejneru (je potřeba 2)

5 PRÁCE ROBOTA NAKLADAČE Studentům je nejprve vhodné objasnit princip práce robota (video viz e-book). 1. Robot musí být nakalibrován: a) je třeba položit robota vlevo od vodicí čáry b) robot udělá oblouk, během něhož nalezne intenzitu barvy vodicí čáry, kterou dále bude sledovat 2. Robot jede na cílový bod pro zelené kostky (označený červenou barvou) 3. Robot nabere kontejner s těmito kostkami, otočí se o 180 stupňů a sleduje vodící čáru až k zeleně označené křižovatce, kde se otáčí o 90 stupňů doleva, kde nachází vodicí čáru vedoucí k místě vykládky 5. Na tomto místě (označeno červeně) dojde k vyložení kostek (robot však stále veze kontejner) a otočení se o 180 stupňů, kde robot nachází další čáru a tentokrát jede zpět odevzdat prázdný kontejner na stejné místo, odkud jej naložil prázdný 6. Robot vyloží prázdný kontejner a jede naložit kontejner se žlutou barvou 7. Od okamžiku naložení, vyložení a vrácení prázdného kontejneru, jede opět robot pro kontejner obsahující zelené díly 8. Vše se opakuje od kroku 2. Před vlastní stavbou je vhodné upozornit na některé zajímavé mechanické převody, a to zejména na rameni samotného robota (viz Obr. 5). Obr. 5 Rameno nakladače V rámci konstrukce robota jsou dva senzory barvy (viz Obr. 6): Jeden pro detekci pohybu po čáře a druhý pro detekci křižovatek a míst nakládky a vykládky.

6 Obr. 6 Dva senzory barvy POPIS PROGRAMU Vzhledem k tomu, že se jedná o poměrně složitý program, je popsán v devíti studijních článcích v přiložené elektronické učebnici. ALTERNATIVNÍ ŘEŠENÍ ÚLOHY 1. Přidejte na robota tlakový senzor. Robot se na křižovatce zastaví a čeká na stisk tlakového senzoru. 2. Na obrazovce inteligentní kostky se bude zobrazovat počet převezených kontejnerů. 3. Udělejte si vlastní podložku. Pokud byste změnili orientaci čar vedoucích na křižovatku, bylo by potřeba předělat program.