Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Образовательная программа - Робототехника

Центр технологической поддержки образования

Рекомендуется для

«дополнительного исследовательского образования школьников»

Возраст обучающихся 11-17 лет Срок реализации программы 1 год ФИО авторов Корнев Алексей Николаевич, Бритков Игорь Михайлович Название города г.Москва, Зеленоградский административный округ Год разработки 2013 Продолжительность 66 академических часов Москва, 2013 г.

Содержание Пояснительная записка

Задачи

Ожидаемые результаты

Формы подведения итогов

Учебно-тематический план обучения

Содержание программы обучения

Методическое обеспечение программы

Список рекомендуемой литературы

Пояснительная записка Программа дополнительного образования для детей средних школ «Робототехника» разработана и оформлена в соответствии с Приложением к письму министерства образования и науки РФ (от 11.12.2006 №06-1844) « Требования к содержанию и оформлению образовательных программ образования детей», требованиями СанПиН (2003г.), Типовыми положениями об учреждениях дополнительного образования детей.

Предполагает внесение уточнений, дополнений, изменений.

Тип программы. Данная программа дополнительного образования является модифицированной. Составлена с учтом опыта педагогов, работающих в этом направлении, Интернет-ресурсов, адаптирована к особенностям данного образовательного учреждения, уровню подготовленности и возрасту детей.

Направленность. Данная программа дополнительного образования имеет научно-техническую направленность.

Актуальность, педагогическая целесообразность, практическая значимость.

Программа дополнительного образования по робототехнике с использованием Autodesk Inventor и готовых робототехнических проектов приобретает вс большую значимость и актуальность в настоящее время.

Робототехника позволяет детям мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество на соревнованиях дают стимул к учбе. Возможность делать и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет учащихся находить решения без потери уважения среди сверстников.

Цель – развить творческий потенциал и научно-техническую компетенцию ребнка в процессе изучения робототехники.

ЗАДАЧИ

- сформировать знания и умения в области разработки трхмерных компьютерных моделей, создания и редактирования деталей и сборок;

- изучить процесс разработки, изготовления и сборки простых роботов;

- изучить метод обучения робота простым движениям;

- сформировать устойчивую мотивацию к дальнейшему изучению робототехники;

Развивающие:

- развитие творческого и инженерного мышления;

- овладение навыками анализа и разработки сложных механизмов;

Воспитательные:

- воспитать аккуратность, самостоятельность, умение работать в коллективе.

Возраст детей, участвующих в реализации данной дополнительной образовательной программы, сроки реализации, формы и режим занятий.

В реализации программы участвуют подростки в возрасте 14-18 лет.

Приобретнные знания и практические навыки, полученные обучающимися в ходе реализации программы, помогут им эффективно использовать возможности робототехники.

Продолжительность образовательного процесса – 1 год. Этого срока достаточно, чтобы сформировать знания и умения в области робототехники и трхмерного проектирования.

Занятия групповые, проводятся 1 раз в неделю по 2 академических часа с одним перерывом 5 минут для отдыха преподавателя и проветривания помещения.

Количество детей в группе – не более 10 человек. Эффективными формами работы с детьми являются: лекция, беседа – обсуждение, практическое занятие, самостоятельная работа, подведение итогов.

Отбор содержания образования и организация процесса его освоения базируется на знании педагогом возрастных особенностей обучающихся, построении материала от простого к сложному, создании ситуации успеха.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате успешного завершения обучения, учащиеся по программе будут знать:

Цели и задачи применения средств автоматического проектирования в современном производстве, понимать принципы моделирования устройств и деталей.

будут уметь:

создавать и моделировать тврдотельные модели предоставленных деталей, выполнять сборки деталей в среде Autodesk Inventor, разрабатывать трхмерные модели деталей в соответствии с заданными условиями и модернизировать модель при изменении условий. Грамотно организовывать процесс построения модели. Работать с различными инструментами.

демонстрировать способность и готовность:

создавать трхмерные тврдотельные модели в среде Autodesk Inventor с применением основных инструментов, таких как вытягивание, вращение, отверстия, фаски, скругления, массивы и дополнительных инструментов, таких как плоскости и оси. Редактирование ранее созданных моделей и изменение последовательности регенерации конструктивных элементов в модели.

ФОРМЫ ПОДВЕДЕНИЯ ИТОГОВ

Итоги реализации программы могут подводиться в следующих формах:

выставка, внутригрупповой конкурс (соревнования), презентация (самопрезентация) проектов обучающихся. Проекты выполняются как индивидуальными, так и групповыми. Обучающиеся выполняют проекты самостоятельно, при необходимости консультируясь у педагога. Итоговые работы обязательно выставляются – это дат возможность ребнку увидеть значимость своей деятельности и получить оценку работы, как со стороны сверстников, так и со стороны взрослых. Каждый проект осуществляется под руководством педагога, который оказывает помощь в определении темы и разработке структуры проекта, дат рекомендации по подготовке, выбору средств проектирования, обсуждает этапы его реализации. Роль педагога сводится к оказанию методической помощи, а каждый обучающийся учится работать самостоятельно, получать новые знания и использовать уже имеющиеся, творчески подходить к выполнению заданий и представлять свои работы.

Задачи:

Изучение основ и задач робототехники.

робототехнических средств. Ознакомление с программным средством проектирования Autodesk Inventor, получение навыков работы с различными инструментами Autodesk Inventor. Изучение основ технического рисунка и создания эскизов.

Формирование идеи для создания робота.

Разработка собственной модели робота в Autodesk Inventor.

Использование трехмерной печати для изготовления отдельных деталей.

компонентов. Написание и отладка движений для собственного робота.

Подготовка презентации, отображающей ход работ.

Изучение основ и задач робототехники.

1.1. Вводное занятие. Изучение основ и задач робототехники.

моделей роботов. Демонстрация работы сервомоторов.

Изучение основных этапов в процессе разработки робототехнических средств. Ознакомление с программным средством проектирования Autodesk Inventor автоматизированного проектирования в современном мире. Краткое ознакомление с Autodesk Inventor.

Autodesk Inventor. Практическое деталей в Autodesk Inventor.

Формирование идеи для создания робота.

3.1. Рассмотрение идей учащихся по предложение учащимся готовых вариантов создания роботов на Разработка собственной модели робота в Autodesk Inventor. Использование трехмерной печати для изготовления отдельных деталей.

собственными моделями роботов под контролем преподавателя.

собственной модели робота в Autodesk Inventor.

робота, исправление допущенных ошибок. Печать готовых деталей на Сборка собственной модели робота из изготовленных компонентов.

Написание и отладка движений для собственного робота. Подготовка презентации, отображающей ход работ.

5.1. Сборка моделей роботов из управления роботом.

собственной модели робота.

проектированию и изготовлению собственного робота.

сделанных в ходе презентации.

Проведение соревнования между аналогичными моделями роботов.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ОБУЧЕНИЯ

Тема №1: Изучение основ и задач робототехники.

В данном разделе преподаватель проводит ознакомительную лекцию с использования его для целей робототехники. Основной темой изучения станет описание направлений робототехники, е актуальность, применимость и перспективы дальнейшего развития. Особое внимание будет уделено изучению основных этапов процесса изготовления конечного продукта. Так же в данной теме будет рассмотрен вопрос о необходимости создания робототехнических систем и о потенциальных потребителях данного товара.

Демонстрация опытных образцов станет одним из самых интересных разделов данной образовательной программы. Обучающиеся смогут наглядно оценить готовые модели, что позволит получить представление о том, что ждет их в конце курса обучения. На занятиях планируется показ фото- и видеоматериалов, посвящнных робототехнике.

1.1. Вводное занятие. Изучение основ и задач робототехники.

Демонстрация существующих моделей роботов. Демонстрация работы сервомоторов.

(Преподаватель демонстрируемой на экране) В сознании каждого человека есть сво определение понятия робота.

Робот – это автоматическое устройство, которое способно частично выполнять работу человека.

Робот – это устройство способное самостоятельно перемещаться в пространстве, справляться с задачами анализа сцен и распознания образов, анализировать обстановку с помощью обратной связи, а также прогнозировать ситуации, опираясь на собственный опыт и доступную информацию.

Робот – это механическое устройство, способное при помощи своих органов и разума выполнять какую-либо работу и имеющее внешнее и функциональное сходство с человеком или некоторыми другими живыми существами. Самая важная часть в приведнном определении робота –«это устройство, способное выполнять работу.

Теперь, зная определение слова «робот», можно попробовать сформировать определение понятия «робототехника». «Робототехника» - что это за наука? Это наука, занимающаяся разработкой автоматизированных систем, то есть роботов. Эта наука требует большого запаса знаний в области электроники, механики, физики, программного обеспечения и многих других дисциплин. Можно выделить строительную, промышленную, бытовую, авиационную, военную, космическую и подводную робототехнику.

Наша с вами задача заключается в изготовлении простых роботов.

Делать мы это будем с помощью программы трхмерного проектирования Autodesk Inventor, чтобы заблаговременно предусмотреть все ошибки создания робота и проверить все нагрузки на различные части робота, а также заранее продумать все способы его перемещения в пространстве.

В этом году наша цель – создать роботов нескольких типов: двуногого робота, четырхногого робота, руку-манипулятор для захвата, гусеничную платформу. Также мы постараемся реализовать любые ваши идеи. Для этого нам потребуется освоить 3D моделирование и основы черчения, научиться работать с инструментами САПР и изучить базовые движения разных видов роботов. В дальнейшем мы будем совершенствовать навыки в области трхмерного проектирования и робототехники, и программировать более сложные движения.

Далее преподаватель демонстрирует опытные образцы готовых роботов и работу сервопривода.

Тема №2: Применение трхмерного моделирования для создания роботов.

Целью данной темы является описание необходимости использования трхмерного моделирования для создания трхмерных робототехнических систем, а также демонстрация примеров трхмерного моделирования. Тема рассматривает основы работы в программе Autodesk Inventor и включает в себя краткое описание данной системы трхмерного моделирования.

Учащиеся получают базовые знания по работе с программой.

(Демонстрацию и краткий курс по программе Autodesk Inventor, преподаватель проводит, используя презентацию и видеоматериалы, и наглядно демонстрирует при помощи аудиовизуального комплекса работу в Autodesk Inventor.) 2.1. Применение систем автоматизированного проектирования в современном мире. Краткое ознакомление с Autodesk Inventor.

На прошлом занятии мы с вами говорили о роботах, о робототехнике и е перспективах. Думаю что вам уже не терпится поскорее начать создавать своих роботов? Сегодня мы начнм знакомство с одной из программ, с помощью которых и создаются роботы. Это Autodesk Inventor.

Autodesk Inventor является одной из множества программ 3D моделирования. Тут, я надеюсь, вс понятно – «3D», т.е. «трхмерный», «объмный» очень часто сейчас употребляется, например, в играх, фильмах.

Трехмерный объект имеет три измерения – длина, ширина и высота.

Двухмерный же объект имеет только два измерения – обычно это длина и ширина, и типичным примером такого объекта является изображение на листе бумаги. Что касается второго слова «моделирование», то модель – это упрощнное представление какого-то реального объекта. Вообще вс, что нас окружает, может быть смоделировано (математически, графически).

Полученные модели могут иметь разную степень соответствия реальности.

Чертж — один из видов конструкторских документов и, с другой стороны, — один из видов графической модели изделия.

Чертж — документ, содержащий контурное изображение изделия и другие данные, необходимые как для изготовления, контроля и идентификации изделия, так и для операций с самим документом.

В течение длительного времени создание чертежа было единственным способом отображения будущей детали. Работа по изготовлению и моделированию детали с помощью компьютерной программы ведтся совсем по другому принципу, в отличие от создания чертежа вручную. Чертж – это уже готовый результат, а моделирование – это поэтапный процесс «создания» детали. Поэтому моделирование в САПР проще, понятнее и доступнее, чем создание чертежа. Поэтому в настоящее время идет стремительный переход от использования чертежей к использованию САПР.

Есть два основных принципа создания трхмерных объектов в программе САПР: вращение и выдавливание. И основой является уже не чертж, а эскиз.

Мы будем работать в эскизе. Это мы рассмотрим, когда начнм работать в программе. Наша задача – научиться работать с объмом, что бы создавать объмные модели роботов.

2.2. Основные принципы работы в Autodesk Inventor.

Практическое изучение основ моделирования деталей в Autodesk Inventor.

Что такое объмная фигура? Это что-то, что имеет объм. Чтобы е получить, необходимо простой геометрической фигуре, например квадрату, придать объем. Чем отличается квадрат, нарисованный на бумаге от вырезанного квадрата? Вырезанный квадрат это объект, а не просто набор линий. Мы можем его потрогать, повертеть.

Все сложные объекты можно представить как совокупность простых геометрических фигур: линий, окружностей, квадратов, ромбов, прямоугольников, треугольников и др.

Практическое задание состоит из нескольких этапов:

Этап №1. Каждый из вас создаст объмный прямоугольник с заданными параметрами в программе Autodesk Inventor;

Этап №2. Проделаем одно отверстие в виде прямоугольника методом «выдавливания»;

Этап №3. Определим координаты точек, по которым будем делать отверстия;

Этап №4. Соберем «платформу» для крепления сервопривода методом «сборка».

На первом этапе ученики запускают программу Autodesk Inventor на преподавателем ранее в виде демонстрации на аудиовизуальном комплексе.

Сейчас мы будем создавать объмный прямоугольник, как показано на слайде ниже:

В открывшимся окне, в верхнем левом углу выберите вкладку Создать:

Программа предлагает вам создать Новый файл. Так как в дальнейшем мы будем создавать детали для роботов на 3D принтере, нам необходимо выбрать файл Обычный и затем нажать Ок.

Создав Обычный файл, программа разворачивает перед нами чистый эскиз для создания чертежа.

По умолчанию, в центре эскиза имеется центральная точка, она является центром эскиза и е можно использовать как начало системы координат (если это нужно, точку можно просто удалить. Для этого выделив е, нажмите Delete на клавиатуре).

Так же в левой нижней части экрана вы видите оси Х и У, в плоскости открывшегося эскиза они являются «компасом» вашей будущей детали.

В верхней части программы Autodesk Inventor расположена панель с набором инструментов. При помощи данных инструментов мы будем строить эскиз и редактировать его.

Столбец слева выполняет функцию «дерева» вашей детали. В этом дереве будут отражаться все этапы создания вашего эскиза: создание эскиза детали и последующее его редактирование, нанесение отверстий, изменение формы детали при использовании функции «выдавливание» и т.д.

При помощи «дерева» детали, мы сможем всегда вернуться к определенной операции эскиза, на котором производилось проводилось определенное действие, и изменить например координаты отверстий или высоту выдавливания и т.д.

Панель выше определяет функционал панели ниже и дает выбор того, что нужно для работы: Модель, Инструменты, Вид, Среды. Это помогает нам настроить вид окон программы, настроить вид вами созданной детали и многое другое.

Сейчас мы должны нарисовать дополнительную систему координат, к которой мы сможем привязать вашу будущую деталь.

Это правило является обязательным, так как привязав чертж в эскизе к конструктивной системе координат, мы определим положение будущей 3D модели в плоскости и в пространстве.

Для начала мы начертим оси Х и У с помощью отрезков.

Выберите в левом верхнем углу пункт Отрезок направляя курсор мыши на нужный вам инструмент программы, после чего вам открывается подсказка в виде окна.

По описанию работы любого инструмента в подсказках можно догадаться, как пользоваться инструментами.

Используя начальную точку в центре эскиза, построим отрезком ось У. Как вы видите, проведя отрезок вертикально, программа подсвечивает элемент, который в Autodesk Inventor обозначает «вертикаль» То есть отрезок начерчен ровно вертикально.

Так как мы строим вспомогательную систему координат, длина отрезков может быть произвольной. По завершению построения оси У, программа предложит нам ввести конкретный размер отрезка. В этом поле можно ввести абсолютно любое число.

Таким же образом построим ось Х.

Проведя отрезок строго горизонтально, программа выдает пояснение о том, что отрезок направлен горизонтально.

Выделив оба отрезка, нажмите на иконку в верхнем правом углу Вспомогательная геометрия.

Только что вы присвоили статус «Конструктив» вертикальному и горизонтальному отрезкам. Теперь ваша система координат является вспомогательной геометрией вашей будущей детали.

Оси Х и У стали пунктирными.

Сейчас, используя отрезки, постройте произвольный четырехугольник.

На панели инструментов выберите Зависимость вертикали и нажмите на рбра четырехугольника, которые должны быть вертикальными.

Теперь выберите инструмент Зависимость горизонтальности и нажмите на рбра четырехугольника, которые должны быть горизонтальными.

конкретных размеров.

Ваша геометрическая фигура никак не определена в пространстве.

Однако так как вы уже установили зависимости вертикальности и горизонтальности, то при передвижении по эскизу угловой точки прямоугольника или отрезка, одни рбра прямоугольника будут всегда вертикальными, а другие горизонтальными.

Для того что бы привязать прямоугольник к вспомогательной системе координат, воспользуйтесь иконкой Зависимость совмещения в верхней части экрана.

Наведите курсор мыши на любое вертикальное ребро прямоугольника и подведя курсор к центру грани подсветится зелная точка. Она показывает вам, что это место является центром ребра.

вспомогательной системе координат?

Нажав на центр ребра левой кнопкой мыши один раз, так же левой кнопкой мыши нажмите один раз на вспомогательную ось Х.

привязался к оси Х.

Повторите то же самое с горизонтальным ребром прямоугольника и привяжите центр грани к оси У.

Что бы сделать равными ребра прямоугольника, то есть превратить прямоугольник в квадрат, не задавая определнных размеров, выберите инструмент Равенство.

Нажмите по очереди на вертикальное ребро прямоугольника и за тем на горизонтальное. Мы видим, как прямоугольник стал квадратом.

Да, теперь наша с вами геометрическая фигура определена в пространстве и привязана к конструктивной системе координат. Но у квадрата вс ещ нет размера конкретного ребра, то есть он все-ещ является неопределенным.

Вы можете зажатием левой кнопки мыши в точке соединения граней квадрата перемещать данную точку. Тем самым наблюдая, что квадрат не определн. То есть у него нет заданного размера.

Для того что бы задать размер «основной» грани квадрата, выберете в верхней части экрана инструмент Общий размер.

Вам не нужно указывать размер каждому ребру квадрата отдельно.

Достаточно присвоить размер основной грани. Когда вы обозначали равенство инструментом Равенство рбрам прямоугольника, грань, которую вы выбрали первой, является начальной (основной).

Указав размер основной грани, рбра квадрата, которые привязаны равенством к основному ребру станут равными основному автоматически.

Выбрав инструмент Общий размер установите размер каждому ребру квадрата. На эскизе вы увидите показанные размеры. Размер основной грани будет указан без скобок.

Вы построили эскиз правильного квадрата, который определн в пространстве и привязан к вспомогательной системе координат, без степеней свободы.

В верхнем правом углу экрана нажмите кнопку Принять эскиз.

Приняв эскиз, вы выходите из активной среды редактирования и возвразаетесь в общую рабочую среду.

Вы видите свой чертж квадрата с обозначенными размерами на материале, из которого нужно вырезать квадрат.

В верхнем левом углу, на панели инструментов, выберете инструмент Выдавливание.

Вам откроется окно настройки и управления функции выдавливания.

В окне настройки вам предлагаются различные способы выдавливания. Деталь можно выдавить вниз, вверх или в обе стороны. Так же вы указываете высоту выдавливания.

Примените выдавливание к своему чертежу и выдавите свою фигуру вверх, указав высоту 10 мм.

У вас получилась деталь вашего квадрата в 3D. Теперь можно рассмотреть его со всех сторон и убедиться в том, что все операции проделаны правильно.

Чтобы усложнить деталь, мы можем на любой из е граней начертить геометрические фигуры. А за тем выдавить их.

Выберете в левой верхней части экрана 2D эскиз и укажите верхнюю грань квадрата для нанесения чертежа.

Сейчас верхняя грань квадрата стала эскизом для создания чертежа.

Выберете инструмент Прямоугольник и начертите его в центре плоскости квадрата.

Выберете инструмент Установить размер. Установите длину прямоугольника 40 мм, а высоту 20 мм.

Для того, что бы прямоугольник оказался в центре верхней плоскости квадрата, укажите расстояния от вертикального ребра прямоугольника до вертикального ребра квадрата 20 мм, так как рбра квадрата равны 80 мм, а расстояние от горизонтального ребра прямоугольника до горизонтального ребра квадрата 30 мм.

После того как вы указали размеры, нажмите Принять эскиз.

Вы видите свой чертж на верхней части квадрата, который можно выдавить.

Выберете инструмент Выдавливание.

В окне настройки выберете выдавливание внутрь детали и укажите глубину 10 мм.

У вас получилось сделать прямоугольное отверстие в квадрате.

Теперь давайте сделаем сборку. Наш квадрат с прямоугольным отверстием будет выполнять функцию платформы. Но сперва необходимо е доработать.

Мы вставим в нашу платформу сервопривод. Но мы его не просто вставим, мы его ещ и закрепим по заводским отверстиям для крепления сервопривода.

Точно таким же образом вы будете строить своих роботов!

Сервоприводы будут крепиться в похожие платформы по отверстиям для закрепления их болтами и гайками.

Для этого, в самом верхнем левом углу есть иконка с папкой Открыть.

Нажав в это иконку, программа откроет окно предназначенное для открытия файлов, созданных в программе Autodesk Inventor.

На жстком диске C расположена папка Robot.

Откройте папку Robot в окне открытия файла. Выберите любой из пяти файлов сервоприводов и нажмите кнопку Открыть.

Вы открыли готовый файл сервопривода.

Нам потребуются центры отверстий для крепления сервопривода.

Для того что бы узнать координату одного отверстия, наведите курсор на плоскость сервопривода с отверстиями для крепления. Нажмите один раз левой кнопкой мыши, справа от курсора появятся две иконки. Нам нужна иконка Создать эскиз.

Перед нами раскрылась плоскость с отверстиями сервопривода в виде эскиза для редактирования.

Теперь мы можем видеть центры отверстий крепления сервопривода.

относительно граней, нам понадобится инструмент «линейка». Она находится в самой верхней части экрана.

Выберите линейку и измерьте расстояние от центра отверстия до грани сервопривода, которые находятся в одной плоскости. Для того чтобы не допустить ошибку, не забывайте, что вы работаете с 3D моделью сервопривода! Поверните сервопривод так, что бы вы могли увидеть центр отверстия и ребро грани в одной плоскости.

Измерьте расстояние по оси У.

Сделав измерение, вам будет показано Кратчайшее расстояние.

Запишите эти данные.

Таким же образом определите расстояние по оси Х.

В нижней части экрана вы можете переключаться между эскизами и открытыми вами 3D деталями.

Переключитесь на 3D деталь, которую создате вы.

Представив верхнюю плоскость в виде эскиза, мы отметим точками, места, где будут расположение отверстия для крепления сервопривода.

Расставьте четыре точки в тех местах, где приблизительно будет крепиться сервопривод.

Теперь выберете инструмент Общий размер, установите каждой точке е координаты относительно рбер прямоугольного отверстия.

Этим вы указали каждой точке е место в эскизе относительно прямоугольного отверстия.

На этом этапе нужно принять эскиз.

Необходимо заметить, при открытом эскизе вы можете редактировать только один чертж. Например, только одна окружность или только один прямоугольник и т.д.

Теперь нам нужно сделать отверстия по отмеченным точкам. В Верхней части экрана выберете инструмент Отверстие.

В открывшемся окне вы можете выбрать различные варианты отверстий и задать различные параметры отверстий, ширину и глубину.

Укажите глубину отверстия 10 мм, а ширину 3 мм, за тем нажмите Ок.

На завершающем этапе, собираем методом «сборки» готовую платформу с закреплнным в ней сервоприводом как показано на слайде ниже:

Для того что бы создать сборку, в левой верхней части экрана нажмите Создать и выберете Сборка.

Сборка осуществляется из сервопривода и вашей платформы, куда он будет закреплен.

Для этого вставьте в открывшуюся сборку вашу платформу и сервопривод поочердно.

Для этого нажмите в левой верхней части экрана иконку Вставить компонент.

Вернитесь к вашей 3D платформе и сохраните е на «рабочий стол».

Затем в сборку, через Вставку компонента откройте свою платформу с «рабочего стола». Таким же образом вставьте готовую 3D модель сервопривода с диска С из папки Robot.

Что бы вставить сервопривод в платформу нам необходимо совместить их между собой при помощи инструмента Зависимость.

В открывшемся окне Зависимости, нам предложен выбор различных вариантов зависимости. В нашем случае, приоритетным вариантом станет зависимость отверстий крепления сервопривода.

Выберете зависимость отверстий, вариант касательный.

Теперь укажите, что и с чем вы будете совмещать. Опять же, очень важным является, с какой стороны вы укажите совмещение. То есть, какая плоскость одного отверстия, должна будет совместиться с другой плоскостью другого отверстия.

Для того чтобы не допустить ошибки, разверните 3D детали так, что бы вы могли видеть совмещаемые плоскости отверстий.

Таким же образом совместите все отверстия.

3.1. Рассмотрение идей учащихся по возможностям создания предложенных роботов или предложение учащимся готовых вариантов создания роботов на выбор.

Рассмотрение идей учащихся совместно с преподавателем может занять одно или даже два занятия.

Каждую предложенную идею преподаватель должен оценить на предмет реализуемости, сложности и понять, какое время понадобится для того, что бы обучающийся успел собрать своего робота к концу курса обучения. Если идея слишком сложная, то е следует упростить, а если слишком простая – усложнить.

Если обучающийся не может предложить идею для своего робота, то преподаватель предлагает ему свои идеи создания роботов, например («двуногий», «четырхногий», «рука для захвата», «гусеничная платформа» и др.). Обучающемуся предлагается выбрать, разработкой какого конкретно робота он хотел бы заняться.

В данной образовательной программе будет приведн один из примеров создания робота, по которому возможно разработать и другие конструкции.

4.1. Работа учащихся над собственными моделями роботов с преподавателем.

Ниже приведн пример поэтапного создания «четырхногого робота».

преподавателя, так как каждая деталь будет создаваться с разными параметрами и разными способами.

Возможно, что некоторые детали из-за каких-либо изменений в связанных с ними деталях будут также изменяться, какие-то детали будут добавлены для усложнения или для предания прочности роботу, а какие-то детали могут быть не использованы или заменены на другие.

Каждую деталь, представленную ниже, можно изменить по форме и дизайну, но не по назначению.

На создание детали средней сложности у среднестатистического учащегося может уйти от одного до трех часов времени. Работа учащегося контролируется преподавателем на всех этапах, от формирования идеи до процесса оценки конечного результата.

Каждое предложение учащегося, связанное с внесением изменений в дизайн или конструкцию, будут рассматриваться совместно с преподавателем.

Обучающиеся, создавая поэтапно одну деталь за другой, будут совершенствовать навыки работы в Autodesk Inventor, оздания трхмерных моделей, технического рисунка и эскизирования, разработки движений для роботов.

Решение о производстве детали на 3D принтере принимает преподаватель по результатам тестирования конкретной детали в Autodesk Inventor на прочность, и по результатам проверки качества создания и калибровки.

Перед началом создания деталей робота, вам необходимо обозначить место, где будут храниться ваши детали.

Вам нужно создать собственный проект.

Для этого, в верхней части экрана, в разделе Начало работы, выберете иконку Проекты.

В открывшемся окне, вы видите, что по умолчанию галочкой отмечена папка Admin. Вам необходимо создать свою папку и обозначить е галочкой. Это нужно для того что бы, когда вы начнте создавать 3D модели, они сохранялись именно в вашу папку (ваш проект).

Нажмите кнопку создать в окне.

Выберете Новый однопользовательский проект и нажмите далее.

Введите имя файла проекта. Например свою фамилию латинскими буквами. И укажите путь к файлу на жстком диске C.

Нажмите Далее.

Мастер создания проектов Inventor оповестит о том, что вс готово.

Нажмите Готово.

В появившемся окне Проекты найдите только что созданный вами проект и нажмите на него два раза левой кнопкой мыши. Галочка с проекта Admin перейдт на ваш проект.

Нажмите кнопку Закрыть.

Первой деталью будущей модели четырехногого робота будет «стопа». Она должна быть приблизительно такой формы, как показано на слайде ниже:

Следующая деталь крепится к стопе, и она будет являться «суставом», который расположен в самой нижней части ноги робота.

Далее создам «коленный сустав» в виде представленной на слайде ниже детали:

Одним из конечных этапов создания робота в Autodesk Inventor, станет его предварительная сборка. На учебных компьютерах загружен готовый, смоделированный сервопривод и крепления к нему «качалки».

Сборка будет производиться в программе Autodesk Inventor совместно с установкой данного сервопривода в подвижных частях робота и «качалками», при помощи которых осуществляется крепление «качалки» к сервоприводу, а затем к рычагу, который будет приводится в движение при помощи сервопривода.

Ниже на слайде изображена модель сервопривода:

На слайде ниже изображн один из примеров «качалок», который можно использовать для сборки робота:

Теперь вам необходимо создать угловую деталь, показанную ниже, которая будет скреплять ногу робота и основную платформу-«туловище» в верхней части.

Следующая деталь является половиной платформы-«туловища». И она должна выглядеть так, как показано на слайде ниже:

Это другая половина «туловища», передняя часть будущего робота.

От задней она отличается дополнительным креплением под сервопривод.

Данная деталь будет являться платформой, для крепления на не различных датчиков и Web-камеры. Е форму можно изменить по своему желанию.

4.2. Сборка и моделирование собственной модели робота в Autodesk Inventor.

На слайде ниже показано, как будет выглядеть четырхногий робот после сборки всех созданных вами деталей в Autodesk Inventor.

Процесс сборки достаточно трудомок и может занять много часов.

При сборке робота в Autodesk Inventor учащийся ещ раз проверяет каждую созданную и используемую им деталь с целью убедиться в правильности своих действий.

4.3. Внесение изменений в модель робота, исправление допущенных ошибок. Печать готовых деталей на 3D-принтере.

При сборке детали калибруются (если это требуется), проверяются степени свободы тех частей робота, которые должны приводиться в движение. Когда сборка завершена, ученики проводят прочностной анализ своей модели робота на предмет критических нагрузок в узлах. По итогам проверки происходит корректировка компонентов с целью устранения узких мест в конструкции.

Детали отправляются на производство только после тщательной проверки. Преподаватель загружает файлы разработанных деталей в 3D принтер, и в течении двух-трх часов деталь будет изготовлена.

5.1. Сборка моделей роботов из изготовленных деталей и сервомоторов.

Сборка робота проводится под контролем преподавателя. Для сборки используются изготовленные на 3D принтере детали, сервоприводы и подходящий для этих целей крепежный материал.

В ходе сборки проверяется правильность размещения крепежных узлов, а также развиваются навыки инженерного мышления.

5.2. Установка электронного модуля для управления роботом.

Электронный модуль устанавливается в робота либо в специально предусмотренное для этого место, либо в любое подходящее для этого. Во втором случае необходимо просверлить в данном месте отверстия для крепления электронного модуля.

5.3. Обучение принципам написания движений для сервомоторов.

Написание движений для собственной модели робота.

На начальном этапе происходит выставление начальной позиции робота, относительно которой будут написаны дальнейшие движения.

Каждое сложное движение, например шаг робота разбивается на много этапов поворотов сервомоторов. Написание движения робота происходит под наблюдением преподавателя, поскольку является одним из сложных этапов создания роботов, а так же при некорректном выполнении действий учащегося может привести к выходу из строя дорогостоящих комплектующих робота.

проектированию и изготовлению собственного робота.

Весь ход проделанных работ учащемуся предлагается оформить в виде презентации. В ней необходимо отобразить все этапы работы над собственным роботом, а так же продемонстрировать полученную модель, причем сделать это увлекательно для других. Длительность презентации – не более 10 минут.

использованием аудиовизуальных демонстрационных средств и показа изготовленной модели робота. На докладе возможно присутствие третьих лиц.

5.5. Исправление замечаний, сделанных в ходе презентации.

После демонстрации презентации учащийся выслушивает критику своей модели робота и должен (по возможности) устранить замечания.

Проводится корректировка алгоритмов движения и финальная настройка всей системы.

5.6. Проведение соревнования между аналогичными моделями роботов.

Последним завершающим этапом станут соревнования между аналогичными моделями роботов.

Модели роботов будут оцениваться комиссией по таким параметрам как дизайн, оригинальность идеи, конструктивная сложность, «умственные»

способности робота, скорость выполнения поставленных задач, скорость передвижения и др.

Победитель в данных соревнованиях будет награжден грамотой.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

При реализации данной программы дополнительного образования, применяются следующие формы занятий:

- лекционное изложение теоретического материала с демонстрацией педагогом практических приемов и способов работы с помощью аудиовизуального комплекса отображения информации;

- коллективные практические задания.

Целью реализации данной программы дополнительного образования, является выработка у учащихся средней школы технических навыков проектирования и моделирования, а также повышение заинтересованности в технических и инженерных профессиях.

Программно-техническое обеспечение:

Для успешной реализации данной программы дополнительного образования желательно иметь:

- количество комплектов компьютеров не менее 10 штук;

- аудио-визуальный комплекс отображения информации с диагональю не менее 50 дюймов;

- операционная система MS Windows XP и выше;

- Autodesk Inventor (Студенческие версии можно скачать на сайте www.autodesk.com);

- 3D принтер 2 штуки;

- помещение для проведения занятий.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петрина А.М. Направления развития робототехники // Международная конференция Информационное общество: Состояние и тенденции межгосударственного обмена научно-технической информацией в СНГ. – М.: ВИНИТИ РАН, 2011. – С. 102-104.

2. Пенский О.Г., Черников К.В. Основы математической теории эмоциональных роботов: монография. – Пермь: Издательство Пермского государственного университета, 2010. – 256 с.

цифроваяэлектроника (полный курс): Учебник для вузов. Под.

ред.О.П.Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 768 с.

4. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – 7-е изд., СПб.:

КОРОНА - Век, 2010. – 416 с.

5. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника,: Учебное пособие для вузов / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев –3-е изд., перераб. и доп.М.: Высшая школа, 2005. – 790 с.

6. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устрой ствах. — 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отдние, 1988. — 304 с:

переработанное и дополненное - М.: ДМК Пресс, 2011. – 904 с.