fbpx

Manipulator

Scenariusz zajęć z wykorzystaniem zestawu LEGO® Education SPIKE Prime (45678) i środowiska programistycznego SPIKE

 

Wiek uczestników: 10-14 lat
Liczba uczestników: do 14 osób
Czas trwania zajęć: 90 min
Autor: RoboCamp
Link do strony placówki: www.robocamp.pl

 

INFORMACJE OGÓLNE

Cele ogólne:

  • Omówienie zagadnień związanych z precyzyjnym sterowaniem silnikami na przykładzie modelu Manipulatora z zestawu LEGO® Education SPIKE Prime (45678).

Cele szczegółowe:
Uczniowie: 

  • Poznają specyfikę działania, typy konstrukcji oraz obszary zastosowania manipulatorów.
  • Rozwijają umiejętności motoryczne oraz komunikacjii współpracy w grupie budując w parach Manipulator z zestawu LEGO® Education SPIKE Prime (45678).
  • Rozwijają kompetencje techniczne poznając budowę i działanie przekładni prostej iliniowej oraz mechanizmu chwytaka, a także wykorzystując wskazania ultradźwiękowego czujnika odległości w programowaniu.
  • Zgłębiają tajniki myślenia komputacyjnego tworząc program realizujący algorytm przewidziany dla manipulatora, oraz wykorzystują w praktyce odczyty z czujnika odległości, instrukcję przerwania oraz pętlę programową.

Czego potrzebujesz:

  • Zestaw LEGO® Education SPIKE Prime (45678),
  • Komputer lub tablet z zainstalowanym środowiskiem programistycznym SPIKE.

PRZEBIEG ZAJĘĆ

 

  • Zobacz (15 min):
    Wprowadzenie do tematu lekcji. Prowadzący omawia z grupą zagadnienia związane ze specyfiką budowy manipulatorów, ich rodzajami i zastosowaniami. 
    Przykładowe pytania:
    • Jakie rodzaje zadań mogą być wykonywane przez manipulatory?
    • W czym manipulatory są lepsze od ludzi?
    • Jaki napęd wykorzystywany jest do wprawiania w ruch manipulatorów?
    • Jak działają manipulatory kartezjańskie wykorzystywane w zautomatyzowanych magazynach lub drukarkach 3D? Jaki ruch wykonują wzdłuż prowadnic?
    • Jak działają manipulatory przegubowe wykorzystywanew fabrykach lub medycynie? Jaki ruch wykonują wokół punktów zaczepienia swoich ramion?
    • Jakie inne typy manipulatorów szeregowych wyróżniamy i czym się one charakteryzują?
    • Jak działają manipulatory równoległe?
    • Gdzie stosowane są manipulatory?
  • Zbuduj (35-45 min): 
    Budowanie robota. Uczniowie na swoich stanowiskach pracy budują model manipulatora w oparciu o instrukcję krok po kroku.

  • Zbadaj (10-15 min): 
    Prowadzący omawia z grupą działanie zbudowanych robotów.
    Przykładowe pytania do dyskusji:
    • Co to znaczy, że robot ma działać autonomicznie?
    • Jak manipulator wykryje ładunek na podstawce?
    • Dlaczego odpowiednie rozmieszczenie podstawek jest istotne?
    • Jaką funkcję pełnią poszczególne silniki i czujnik odległości?
    • W jaki sposób manipulator obraca się wokół własnej osi? Jaki mechanizm do tego wykorzystano?
    • W jaki sposób manipulator pochyla i podnosi szczypce? Które elementy jego konstrukcji to umożliwiają?
    • W jaki sposób działa mechanizm zamykania i otwierania szczypiec?
    • Jak działa przekładnia liniowa? Jakie rodzaje ruchu  występują w mechanizmie szczypiec?
    • Dlaczego na końcach chwytaka umieszczono gumowe klocki?

  • Zaprogramuj (20-30 min):
    Programowanie robota. Prowadzący omawia z grupą, w jaki sposób zaprogramować robota w języku Scratch. Dzięki wykorzystaniu funkcji pulpitu rozszerzonego prowadzący prezentuje uczniom jak krok po kroku wykonać program dla manipulatora. Celem programu jest autonomiczna praca manipulatora polegająca na wykrywaniu ładunku, chwytaniu go i przenoszeniu na przeciwległą podstawkę. Po omówieniu każdego etapu programu, uczniowie programują roboty przy swoich stanowiskach pracy.
    Przykładowe pytania do dyskusji:
    • Który silnik odpowiada za obracanie się manipulatora wokół własnej osi?
    • Z jaką prędkością powinien pracować manipulator by jego działanie było precyzyjne?
    • W jaki sposób robot może wykryć ładunek na podstawce? Co powinno wydarzyć się po jego wykryciu?
    • Z jakich ruchów składa się sekwencja chwytania?
    • Jak zaprogramować opuszczenie i podnoszenie chwytaka?
    • Jak zaprogramować zamykanie i otwieranie szczypiec?
    • Jak sprawić, by robot mógł przenosić jeden ładunek za drugim? Czy wystarczy dodać pętlę?




  • Zagraj  (5-10 min):
    Zabawa robotem. Uczniowie testują działanie manipulatora. Dla urozmaicenia, uczniowie mogą połączyć kilka manipulatorów w jedną linię produkcyjną łącząc w odpowiedni sposób podstawy robotów. Alternatywnie uczniowie mogą stworzyć sprawozdanie z zajęć w formie wideo bloga, w którym opiszą działanie robota i opowiedzą o najważniejszych zagadnieniach poruszanych w trakcie pracy nad projektem, takich jak: ultradźwiękowy czujnik odległości, prosta i liniowa przekładnia zębata, instrukcja przerwania, pętla programowa

DODATKOWO

Podpowiedzi:

Proces budowy robota przebiega sprawniej, jeśli dzieci korzystają z proponowanego przez producenta systemu sortowania klocków i pracują w parach.

Manipulator powinien działać bardzo precyzyjnie, ale w zależności od czujnika, może być konieczne dostosowanie wartości progowej dobieranej w trakcie programowania.

Czas rozkładania konstrukcji pod koniec zajęć warto wykorzystać na powtórzenie najważniejszych pojęć poznanych na zajęciach. Przykładowe pojęcia do powtórzenia to: ultradźwiękowy czujnik odległości, przekładnia zębata, przekładnia liniowa, instrukcja przerwania, pętla programowa.

Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne:

spike prime scenariusz manipulator