Шагающий механизм из лего

Обновлено: 27.04.2024

Цель данной работы: создание модели шагающего робота на основе конструктора LEGO Mindstorms EV3.

Вложение	Размер
shagayushchie_roboty.pptx	908.23 КБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Шагающий робот на основе конструктора LEGO Mindstorms EV3

Современный мир теперь сложно представить без роботов. Эти автоматические устройства, созданные человеком для различных целей, прочно вошли в нашу жизнь и не хотят сдавать своих позиций. Конструкции роботов, их внешний вид и назначения могут быть самыми разными. Одни роботы созданы, чтобы облегчить труд человека или сделать его безопаснее. Другие – ради развлечения

Уже третий год я серьезно занимаюсь робототехникой. За это время, мне удалось сконструировать множество разнообразных моделей роботов, поучаствовать в робототехнических соревнованиях различного уровня

Цель данной работы: создание модели шагающего робота на основе конструктора LEGO Mindstorms EV3 . На мой взгляд, это одна из самых интересных тем в робототехнике

Ценные характеристики шагающих роботов : Универсальность выполняемых задач Сходство с человеком Проходимость. Движение по пересеченным поверхностям, лестницам, склонам, камням Безопасность

Для того чтобы какое-либо тело при движении находилось в устойчивом положении, необходимо, чтобы оно имело опору . В моей конструкции используется четыре ноги, для того чтобы придать устойчивости шагающей модели

При сборке шагающего робота EV 3 подвижные конечности прикрепляются к роботу с помощью гладких серых штифтов, это позволит свободно вращаться конечностям. Движение конечностей должно быть возвратно-поступательным

С редний мотор, приводит в движение ноги робота. В конструкции используется механизм зубчатой передачи. Центр тяжести робота должен быть смещен вперед по ходу движения

После сборки модели ставится задача разработки тестирующей программы: Используем блок «Цикл», сконфигурировав его как бесконечный; Внутрь бесконечного цикла; помещаем блок «Движение», (двигатель А), направление движения вперед, уровень мощности 50%, длительность движения - бесконечность

Вот, что у меня получилось! Конструкция прочно стоит на поверхности, опираясь на четыре конечности. Р обот уверенно шагает вперед. Цель достигнута! Я обязательно продолжу работу над этой темой. Надеюсь создать более скоростную модель шагающего робота ! Мой робот « Olifant »

Все чаще в современных соревнованиях по робототехнике используются шагающие роботы lego.При сборке шагающего робота ev 3 подвижные конечности прикрепляются к роботу с помощью гладких серых штифтов, это позволит свободно вращаться конечностям. Мы переведём достаточно простую и вместе с тем надежную и быструю схему шагающего робота ev3, которую можно использовать на соревнованиях таких как робофест.

Инструкция шагающего робота ev3

Аналогично собирается и крепится другая сторона шагающего робота ev3

Отличная модель, легко и быстро собирается, ходит кривовато, но я еще ни одной прямоходящей модели шагающего робота не видела=))

Для улучшения ходовых качеств этой модели, желательно утяжелить переднюю часть робота. Если роботу нужно шагать по линии, то это успешно делают датчики цвета

В данной работе ребята соберут шагающего робота на основе конструкции, придуманной великим русским математиком и изобретателем 19 века Пафнутием Чебышёвым, познакомятся с биографией ученого, узнают о такой штуке, как лямбда-механизм и как он используется для преобразования вращательного движения от мотора в поступательное движение машины.

Оборудование: 2 базовых набора Lego Mindstorms Education EV3 или 1 базовый + 1 расширенный набор.

Механизмы: лямбда-механизм Чебышёва.

Описание. Великий русский математик, основоположник петербургской математической школы, академик Петербургской академии наук и 24 академий мира, Пафнутий Львович Чебышёв (1821-1894) оригинальным образом подошел к проблеме преобразования вращательно движения по окружности (например, от парового двигателя) в поступательное движение машины.

Описанный здесь механизм Чебышёв назвал «стопоходящей машиной» и воплотил в дереве и железе. Первый в мире шагающий механизм, изобретенный российским математиком, получил широкую известность на Всемирной выставке в Париже в 1878 году.

Оригинал стопоходящей машины Чебышёва сохранился в Политехническом музее города Москвы, по которому была создана анимированная 3D-модель. Работу механизма можно увидеть на сайте «Математические этюды».

Основная часть стопоходящей машины — «лямбда механизм». Такое название пошло из-за схожести механизма с греческой буквой «лямбда» (λ).

Верхняя точка условного «шатуна», если приводить аналогию кривошипно-шатунным механизмом, описывает траекторию, напоминающую шляпку гриба. При этом нижняя часть траектории является прямой линией. Присоединив к этой балке вертикально стоящую «ногу» со стопой, мы получим основу для шагохода. Ноги стопоходящей машины связываются по диагонали с помощью балок, что обеспечивает их вертикальное положение.

Задачи:

Ознакомьтесь с биографией русского математика и механика Пафнутия Чебышёва.
Изучите работу стопоходящей машины на примере анимированной 3D-модели.
Соберите модель стопоходящей машины по инструкции, используя образовательный конструктор Lego EV3.

Чтобы скачать файлы, вы должны зарегистрироваться или войти на сайт, а также иметь платный аккаунт доступа. Если у вас есть действующий аккаунт доступа, ниже увидите кнопку для загрузки.

Конструирование шагающего робота на базе LEGO EV3. Пошаговая инструкция сборки робота с примером программы. Описание базового набора LEGO EV3 Mindstorms.

Всероссийский конкурс художественного слова к Дню защиты детей «ПРАЗДНИК СЧАСТЛИВОГО ДЕТСТВА »

Всероссийская интеллектуальная викторина «РУССКИЕ ТРАДИЦИИ »

Олимпиада для дошкольников «К ШКОЛЕ ГОТОВ! » Окружающий мир

Если вам понравилась статья, лучший способ сказать cпасибо — это поделиться ссылкой со своими друзьями в социальных сетях :)

Также вас может заинтересовать

Презентации по информатики для «Своя игра по дисциплине "Основы теории информации"» Информатика
Разное по информатики для «Играть в игры или самому создавать их в Scratch.» Информатика
Уроки по информатики для «Виды спама в сети Интернет» Информатика
Презентации по информатики для 10 класса «Информационные ресурсы» Информатика
Уроки по информатики для 9 класса «Методика подготовки учащихся к сдаче ОГЭ по информатике» Информатика

Очень интересный и доступный материал Конструирование шагающего робота на базе LEGO EV3. Пошаговая инструкция сборки робота с примером программы. Описание базового набора LEGO EV3 Mindstorms.

Адрес: 197371, Санкт-Петербург, Испытателей пр. д.39 лит.А оф.С-3-20к. ИНН 7840447816 КПП 781401001 ОГРН 1117847081153. Ограничение по возрасту: 6+

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

Организовать деятельность учащихся по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию новых знаний и способов деятельности.

Урок изучения и первичного закрепления новых знаний Задачи:

Обучающие: познакомить учащихся с технологией сборки шагающих роботов.

Развивающие: развитие навыков начального конструирования с использованием оборудования LEGO и программирования, логическое мышление учащихся, память, внимание, воображение, познавательную активность, способность быстро воспринимать информацию. Воспитывающие: воспитание умения работать в команде; взаимной ответственности за результаты учебного труда; прививать чувство самокритичности в оценке своей работы наряду с чувством уверенности в правильности ее выполнения; воспитывать у учащихся самостоятельность, активность, интерес к предмету, правила поведения.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, наглядный, частичнопоисковый, исследовательский.

Формы организации обучения: индивидуальная, фронтальная, групповая.

Изучив материал урока, учащиеся должны: знать/понимать

ü что такое шагающий робот;

ü как выглядит шагающий робот;

ü принцип построения шагающего робота; уметь:

ü строить робота по замыслу; ü уметь загружать программу в EV3;

ü пользоваться инструкцией для сборки.

ü самостоятельно создавать инструкцию для сборки;

Используемое оборудование:

Образовательные наборы LEGO Mindstorms EV3, Демонстрационный ПК

(мультимедиа проектор); инструкция для сборки робота; наборы конструкторов LegoMindstorms(на каждую группу), компьютер с программой

LegoMindstorms, Lego Digital Desinger (на каждую группу),

Организационный этап – 2 мин.

Сегодня на уроке вы узнаете много интересного, полезного и даже научитесь изобретать.

Посмотрите перед вами лежат карточки. Здесь написаны слова: знаю – хочу узнать – узнал. В ходе урока здесь будете записывать свои действия.

Карточка: Приложение 1.

Учащиеся знакомятся с карточкой самооценки.

II этап. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся – 13 мин.

Посмотрите ребята внимательно на следующий слайд (слайд 3) и ответьте на вопрос: По какому признаку объедены эти роботы? (у них у всех есть ноги) Как мы назовем эту группу роботов? (шагающие роботы). Для чего нужны шагающие роботы в жизни (слайд № 4)? В таких механизмах есть практическая необходимость (слайд № 5). Вспомните хотя бы забуксовавшие колесные машины - эту частую картину при бездорожье. Шагающие механизмы лучше преодолевают препятствия, и в этом их главное преимущество. Шагающие роботы могут передвигаться по пересеченной местности недоступной для обычных колесных средств. Примерно 70% земной поверхности недоступны для транспортных средств, созданных руками человека. Колесо — блестящее изобретение, для его эффективного использования нужна гладкая опорная поверхность. Сравнив колеса с ногами, нетрудно заметить, что при движении колеса не контролируется происходящее в точках соприкосновения его с поверхностью: нагрузка просто прикладывается к следующим один за другим участкам дороги. Шагающее существо в состоянии само выбирать точки контакта ноги с поверхностью и учитывать ее неровности. При наличии гладкой твердой дорожной поверхности колесо, безусловно, служит основой наиболее эффективных средств передвижения. Когда же дело касается естественной земной поверхности, которая, как правило, изобилует неровностями, колесо во многих случаях оказывается абсолютно бесполезным — и здесь побеждают ноги. Конструкции двуногих роботов редки, так как требуют для осуществления сложных инженерных решений. Создать двуного робота и заставить его эффективно перемещаться – задачка, над которой трудятся тысячи специалистов по всему миру. Уже сделан бегающий робот - андройд Asimo и множество его аналогов (слайд № 6). Робот Alpha Rex, рекламируемый компанией Lego тоже может перемещаться на двух ногах, но ходьбой это можно назвать с натяжкой (слайд № 7). Берем карточки и отмечаем для чего нужны шагающие роботы .

Дети отвечают на вопросы.

III этап. Актуализация системы знаний, умений и навыков учащихся, необходимых для восприятия и осмысления нового материала, в т.ч. первичная проверка понимания – 25 мин.

(Слайд № 8) Принцип построения шагающих роботов мы рассмотрим на примере Стопоходящей машины Чебышева (историческая справка (слайд №

Со времён изобретения Джеймсом Уаттом паровой машины стояла задача построения шарнирного механизма, переводящего движение по окружности в прямолинейное движение. Великий русский математик Пафнутий Львович Чебышев не смог точно решить изначальную задачу, однако, исследуя её, разработал теорию приближения функций и теорию синтеза механизмов. Два неподвижных красных шарнира, три звена имеют одинаковую длину. Из-за своего вида, похожего на греческую букву «лямбда», этот механизм и получил своё название «лямбда-механизм» (слайд № 10). Незакреплённый серый шарнир маленького ведущего звена вращается по окружности, при этом ведомый синий шарнир описывает траекторию, похожую на профиль шляпки белого гриба. Расставим на окружности, по которой равномерно вращается ведущий шарнир, метки через равные промежутки времени и соответствующие им метки на траектории свободного шарнира. Нижнему краю «шляпки» соответствует ровно половина времени движения ведущего звена по окружности

(слайд № 11). При этом нижняя часть синей траектории очень мало отличается от движения строго по прямой (отклонение от прямой на этом участке составляет доли процента от длины короткого ведущего звена). На что же ещё, кроме шляпки гриба, похожа синяя траектория? Пафнутий Львович увидел сходство с траекторией движения копыта лошади! Приделаем к лямбда-механизму ногу со «стопой» (слайд № 12). Прикрепим к тем же неподвижным осям в противоположной фазе ещё одну такую же (слайд № 13). Для устойчивости добавим зеркальную копию уже построенной двуногой части механизма (слайд № 14).

Дополнительными звеньями согласовываются их фазы вращения.

а общей платформой соединяются оси механизма. Мы получили, как говорят в механике, кинематическую схему первого в мире шагающего механизма (слайд № 15). Пафнутий Львович Чебышев, будучи профессором СанктПетербургского университета, большую часть своего жалования тратил на изготовление придуманных механизмов. Он воплотил описанный механизм «в дереве и железе» и назвал его «Стопоходящая машина». Этот первый в мире шагающий механизм, изобретённый российским математиком, получил всеобщее одобрение на Всемирной выставке в Париже 1878 года. Благодаря Политехническому музею г. Москвы, сохранившему чебышевский оригинал и предоставившему возможность «Математическим этюдам» обмерить его, у нас есть возможность увидеть в движении точную 3D-модель стопоходящей машины Пафнутия Львовича Чебышева (слайд № 16) (видео «Стопоходящей машины Чебышева».

Дети смотрят презентацию, слушают педагога. Смотрят видео.

IV этап. Организация усвоения способов деятельности путем воспроизведения информации в ее творческом применении по образцу и решения проблемных задач

Практическая работа: сборка робота и написание программы – 40 мин.

Учащиеся разбиваются на группы по два человека. Предлагаются наборы конструкторов Lego Mindstorms EV3 и три уровня сложности выполняемого проекта (слайд № 17) (каждая группа выбирает уровень сложности и получает необходимый пакет с материалами и инструктивные карты, (приложение 2):

(1) собрать модель с использованием полной инструкции (слайд № 18), (2) собрать модель с использованием видеоролика слайд № 19), (3) собрать модель с использованием материалов презентации, где излагается только принцип стопоходящего механизма Чебышева (слайд № 20).

Все роботы строятся по следующим принципам (слайд № 21):

ü робот должен стоять на поверхности (полигоне), упираясь только на «ноги»;

ü «ноги» робота приводятся в движение одним мотором;

ü движение «ног» должно быть возвратно-поступательным;

ü центр тяжести робота должен быть смещен вперед по ходу движения.

После сборки модели ставится задача разработки тестирующей программы (слайд № 22):

ü использовать блок «Цикл», сконфигуровать его как бесконечный цикл;

ü использовать блок «Движение» внутри бесконечного цикла;

ü настроить блок, выбрав двигатель А, направление движения вперед, уровень мощности 50%, длительность движения - бесконечность.

Дети разбиваются на группы по два человека. Выбирают уровень сложности и конструируют робота Дети заполняют карточки.

V этап.

Испытание роботов – 20 мин.

После сборки роботов. Происходит испытание роботов на поле и отладка конструкции робота и программы.

Испытывают роботов. Дорабатывают конструкцию и программу

VI этап.

Соревнование – 40 мин.

Происходят небольшие соревнования. Правила соревнований. Приложение 3.

Дети соревнуются между собой.

VII этап Подведение итогов урока (контроль усвоения, обсуждения допущенных ошибок и их коррекция).

Рефлексия – 18 мин.

Подведение итогов соревнований, анализ конструкции победителя, анализ программы. Поощрение победителей.

Итак, ребята, давайте подведем итоги нашей работы. Заполним карточки до конца (озвучивание карточек несколькими учениками). С какими роботами мы сегодня работали (слайд № 24)?

Что показалось вам сегодня трудным?

А что удавалось без особого труда?

Что еще вы хотели бы узнать о шагающих роботах?

Разборка роботов, разбор деталей (на скорость, кто быстрее и качественнее) (слайд № 25).

Анализируют конструкции своих роботов.

Анализируют свою работу на уроке.

Дети заполняют карточки.

Домашнее задание – 2 мин.

Придумать конструкцию шагающего робота, самостоятельно. Эскиз выполнить в программе Lego Digital Desinger, или на листе бумаги

Используемые учебники и учебные пособия:

Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» – Санкт-Петербург:

Издательство «Наука», 2010. - 195 стр.

Используемая методическая литература:

1. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» – СанктПетербург: Издательство «Наука», 2010. - 195 стр.

Читайте также: