Идея для занятия: шагающие роботы. Часть II

Данная заметка является продолжением цикла статей про проведению занятия по механике роботов. Цель данного занятия - учащиеся по окончании должны уметь конструировать простейших шагающих роботов. Первое часть цикла доступна по этой ссылке.

Часть II. Суставы и связки.

Расскажите учащимся, что благодаря суставам наши конечности могут сгибаться, а благодаря связкам кости нашего скелета скрепляются между собой. А за счет чего в будет обеспечиваться подвижность деталей в роботе, части которого должны свободно изменять свое положение относительно друг друга?

Предложите командам найти следующие штифты в коробках своих робототехнических наборов.


Спросите учащихся, в чем отличаются штифты в каждой паре?

Попросите учащихся в командах соединить каждым штифтом по две балки и проверить вращение балок относительно друг друга. Балки, соединенные какими штифтами, вращаются более свободно?

Сделайте заключение о том, какие штифты наиболее подходящие для подвижных соединений.
Задайте вопрос, какие еще элементы из конструктора учащиеся могут предложить использовать в местах подвижных соединений помимо штифтов?

Часть III. Прототипирование ноги робота.

Пусть каждый из членов команд в своей тетради сделает схематический рисунок для шагающего робота или его части, которая ответственна за шагание. При создании схемы пусть они ориентируются только на детали из существующего комплекта. По завершению, учащиеся должны обговорить внутри команд свои схемы:

1. Есть ли отличающиеся предложения по типу перемещения робота? По принципиальному строению педипулятора (pedis - нога, лат., понятие введено по аналогии с манипулятором)?
2. Какую траекторию, по их мнению, описывают крайние точки получившихся педипуляторов относительно робота?

Обсудите получившиеся схемы. Могут ли учащиеся предложить еще варианты после обсуждения?

Пусть учащиеся соберут схему подобную следующей:

Попросите привести шестерню в движение посредством оси и спросите, можно ли считать свободную балку, прикрепленную к шестерне прототипом ноги? Что произойдет если внизу под балкой подставить какую-то поверхность? Сможет ли робот опираться на такую ногу? Что не хватает такой конструкции?

Чтобы добавить такой конструкции "ноги" дополнительную жесткость измените механизм на:

Отметьте, что у такой конструкции балка уже не болтается свободно - она закреплена сверху, что дает ей дополнительный упор. А за счет того, что балка закреплена теперь в двух местах, ее нижний конец теперь строго описывает определенную траекторию.
Снова добавьте поверхность под нижний конец балки. Что происходит во время вращения шестерни?

Объясните, что мы будем считать эту конструкцию первым прототипом ноги. Теперь его нужно перенести на мотор.
Прежде, чем это сделать попросите учащихся обозначить критические точки в конструкции, какие должны быть потом найдены у мотора.

Если посмотреть на мотор, то у него места для крепления частей педипулятора тоже есть.

Теперь учащиеся должны будут перенести всю конструкцию, необходимую для создания педипулятора, на мотор. Работа должна проходить в парах - каждая пара делает педипулятор на одном моторе. В итоге получится вот такой результат:

Попросите учащихся подключить мотор к контроллеру и на блоке написать программу для движения одного мотора в течении нескольких секунд.

Перенос прототипа на мотор робота удался!


После наблюдения за системой, пусть учащиеся построят в тетради схему этой механической системы, а также проставят размеры. Если какие-то размеры должны быть вычислены, то учащиеся должны расписать процесс вычисления данных величин.