Mój robot podąża za światłem

Instrukcja montażu i programowania robota podążającego za światłem – „światłoluba”

Czas na realizację zajęć: 45 minut (1 godzina lekcyjna)

Wprowadzenie (krótki opis zajęć):

Rozbudowanie robota poprzez dodanie czujników światła i samodzielne zaprogramowanie w LOFI Blocks autonomicznie działającego robota “światłoluba”.

CELE, POJĘCIA, MATERIAŁY ▼

Cele zajęć

Uczeń powinien:

  • Rozbudować robota o dwa czujniki światła,
  • Rozumieć pojęcia: ciąg poleceń = skrypt = algorytm,
  • Podłączyć / sparować sterownik LOFI Brain z komputerem za pomocą
    BLUETOOTH,
  • Uruchamiać LOFI Blocks
  • Zrozumienie algorytmu działania robota – zależności pomiędzy czujnikami
    odbierającymi światło a ruchem robota,
  • Stworzyć samodzielnie skrypty w LOFI Blocks pozwalające na autonomiczne
    działanie robota “światłoluba”

Pojęcia kluczowe:

  • Ciąg poleceń / Skrypt / Algorytm
  • BLUETOOTH
  • Robot autonomiczny – działający samodzielnie (bez sterowania)
  • Czujnik natężenia światła
  • Programowanie

Metody pracy:

  • Wykład problemowy
  • Dyskusja dydaktyczna związana z wykładem
  • Pokaz
  • Ćwiczenia przedmiotowe
  • Projekt

Materiały pomocnicze:

  • Laptop/komputer nauczycielski z zainstalowaną przeglądarką
    internetową Chrome i wtyczką LOFI Robot Extension oraz z zainstalowanym
    programem Arduino IDE,
  • Projektor i ekran projekcyjny,
  • Komputery uczniowskie z zainstalowanymi przeglądarkami
    internetowymi Chrome i wtyczką LOFI Robot Extension oraz z zainstalowanym
    programem Arduino IDE,
  • Komputery uczniowskie z Bluetooth lub modemem Bluetooth
    podłączanym do USB,
  • Dostęp do internetu na wszystkich komputerach,
  • Zestaw CODEBOX LOFI Robot edycja Superkoderzy – pojazd zmontowany w czasie
    lekcji 5 i 6 z modułem BLUETOOTH,
  • Dwa czujniki natężenia światła, dodatkowe elementy drewniane
    ze sklejki oraz śrubki, nakrętki i śrubokręt.

Treści programowe (związek z podstawą programową)

Podstawa programowa kształcenia ogólnego dla szkół podstawowych –
II etap edukacyjny – klasy IV-VI. Zajęcia komputerowe. Treści szczegółowe:

1. Bezpieczne posługiwanie się komputerem i jego oprogramowaniem.
Uczeń:

1.5. posługuje się podstawowym słownictwem informatycznym;

5. Rozwiązywanie problemów i podejmowanie decyzji z wykorzystaniem
komputera.Uczeń:

5.1. za pomocą ciągu poleceń tworzy proste motywy lub steruje
obiektem na ekranie;

5.2. uczestniczy w pracy zespołowej, porozumiewa się z innymi
osobami podczas realizacji wspólnego projektu, podejmuje decyzje
w zakresie swoich zadań i uprawnień.

6. Wykorzystywanie komputera oraz programów i gier edukacyjnych do
poszerzania wiedzy z różnych dziedzin. Uczeń:

6.1. korzysta z komputera, jego oprogramowania i zasobów elektronicznych
(lokalnych i w sieci) do wspomagania i wzbogacania realizacji
zagadnień z wybranych przedmiotów;

Przebieg zajęć

1. Wprowadzenie w tematykę i integracja grupy

Czas na realizację tej części: ok. 2 minut

Podczas tej lekcji pracować będziemy nad rozbudowaniem naszego robota, dodając mu dwa czujniki światła. Następnie zaprogramujemy go w LOFI Blocks tak, aby działał samodzielnie (bez sterowania przez człowieka), czyli autonomicznie. Robot będzie się nazywał “światłolub” ponieważ będzie podążał za światłem.
Prosimy, aby uczniowie podzielili się na wcześniej wyznaczone grupy, rozdajemy zestawy robotów. Prosimy o włączenie komputerów, włączenie robotów. Następnie uruchomienie aplikacji Lofi Robot Extension, połączenie robotów z aplikacją i włączenie LOFI Blocks (najszybciej zrobić to można klikając na link w Aplikacji – OPEN LOFI BLOCKS).

Uwaga: Po uruchomieniu się przeglądarki, przypomnijmy uczniom aby upewnili się czy LOFI Blocks otworzyło się w przeglądarce Chrome? Jeśli nie, trzeba zrobić to osobiście i przekopiować adres z poprzedniej przeglądarki do Chrome.

2. Część zasadnicza

Czas na realizację tej części: ok. 35 minut.

Ćwiczenie 1 – montujemy czujniki natężenia światła (ok. 10 min)

Prosimy, aby uczniowie wyjęli z zestawów dwa czujniki natężenia światła i podpięli je pomarańczowymi kablami.

Robot światłolub bazuje na konstrukcji standardowego pojazdu.

Z dostępnych drewnianych elementów szkieletu odnajdź i przygotuj następujące części:

SK_swiatlolub

Prosimy, aby uczniowie za pomocą drewnianych elementów ze sklejki oraz śrubek i nakrętek przymocowali oba czujniki do pojazdu.

1. Czujniki światła przykręcamy do prostokątnych klocków 9×4 po stronie, po której znajdują się okrągłe otwory. W pobliżu czujników możemy również przykręcić podłużne wąskie klocki jako “czułki”, nie pełnią one żadnej funkcji ale robot wygląda z nimi fajniej 😉

2. Trójkątny łącznik przykręć do frontowej ścianki korpusu pojazdu.

3. Frontową ściankę połącz z resztą korpusu pojazdu.

4. Do trójkątnego łącznika przykręć wcześniej zmontowane elementy z czujnikami światła.

5. Czujniki światła połącz do złącz INPUT1 oraz INPUT2

Wskazówka: Warto podłączyć czujnik światła, który zamontowany będzie z prawej strony pojazdu, do INPUT1 (ponieważ prawy silnik podłączony jest do M1), a czujnik z lewej strony pod INPUT2. Pozwoli to bardziej intuicyjnie programować i zachować porządek.

Robot światłolub jest gotowy.

Ćwiczenie 2 – programujemy robota “światłoluba” (ok. 10 min)

Opisujemy uczniom, jakie są założenia i jaki ma być schemat działania robota: robot porusza się samodzielnie, jadąc w kierunku źródła światła (np. latarki).

Dzięki wykorzystaniu dwóch czujników natężenia światła, skierowanych w przeciwne strony, robot jest w stanie ocenić, po której stronie znajduje się źródło światła i odpowiednio skorygować swój tor jazdy.

LEWY CZUJNIK umieszczony jest po stronie silnika M2, PRAWY CZUJNIK umieszczony jest po stronie silnika M1.

Jeśli źródło światła znajduje się po lewej stronie robota, więcej światła pada na LEWY CZUJNIK.

Wskazówka: Robot skręca w lewo gdy PRAWY silnik kręci się szybciej niż lewy.

Chcąc, aby robot skręcał w kierunku źródła światła, odczyty z LEWEGO CZUJNIKA (INPUT 2) przypisujemy do PRAWEGO KOŁA (M1), a odczyty z PRAWEGO CZUJNIKA (INPUT 1) przypisujemy do LEWEGO KOŁA (M2).
Otrzymujemy wówczas schemat ruchu:

  • źródło światła z LEWEJ STRONY – większą wartość wskazuje LEWY CZUJNIKPRAWE KOŁO kręci się szybciej, a więc robot skręca w LEWO
  • dla źródła światła po PRAWEJ STRONIE schemat jest odwrotny

Polecenie: Postarajcie się samodzielnie ułożyć ciąg poleceń (czyli algorytm) pozwalający na autonomiczne poruszanie się robota tak, aby podążał za światłem, z wykorzystaniem dwóch czujników natężenia światła.
Uczniowie powinni samodzielnie metodą doświadczalną ułożyć niezbędny algorytm, testując w międzyczasie to, co zrobili i wprowadzając poprawki. Grupy mogą dzielić się doświadczeniami.

Uwaga: Podczas pracy w grupach uczniów można wykonać kilka zdjęć, nagrać krótkie filmiki – posłużą one do dokumentacji projektu.

Jeżeli którejś z grup nie uda się osiągnąć założonego celu, nauczyciel po jakimś czasie może wyświetlić na tablicy gotowe rozwiązanie i polecić, aby uczniowie porównali je ze swoimi skryptami i poprawili lub odtworzyli patrząc na tablicę.

Przykładowe rozwiązanie – Skrypt LOFI Blocks:

1_obracaj_silnik

Jeżeli uruchomisz program to robot zacznie poruszać się za źródłem mocnego światła, takiego jak na przykład latarka z telefonu lub tabletu. Jeżeli jednak źródło twojego światła jest troszkę słabsze to może być konieczne wzmocnienie sygnałów przekazywanych do silnika. Zerknij poniżej aby zobaczyć jak to obrazuje wersja alternatywna programu.

Alternatywna wersja programu – Skrypt LOFI Blocks:

Żeby wzmocnić sygnał przekazywany do silnika wybierzemy sobie blok umożliwiający mnożenie oraz blok liczbowy (oba są w zakładce LICZBY). Następnie po prostu pomnożymy bloki INPUT1 i INPUT2 przez niedużą wartość taką jak na przykład 1.5 lub 2 i całość ponownie umieścimy w blokach Obracaj

3_wzmocnienie

Pozostałą część lekcji uczniowie powinni poświęcić na testowanie działania robotów i modyfikowanie skryptów / algorytmu.

Uwaga: Aby jak najskuteczniej przeprowadzić lekcję z Robotem światłolubem, zadbaj o salę lub pomieszcze w szkole gdzie szybko i sprawnie można zasłonić okna. Czym pomieszczenie będzie ciemniejsze tym lepszy efekt naszego programu zaobserwujemy podczas testowania.

Na koniec porządkujemy salę, wyłączamy i składamy roboty do skrzyneczek, wyłączamy komputery. Pamiętajmy też podładować powerbanki przed kolejnymi zajęciami.

Poniższe video pokazuje najprostszy sposób zaprogramowania światłoluba w Scratchu:

3. Podsumowanie i ewaluacja

Czas na realizację tej części: ok 5 minut

Zadajemy uczniom pytania:

  • Co najbardziej podobało się Wam podczas dzisiejszej lekcji?
  • Z czym mieliście największe problemy?
  • Co można byłoby zrobić inaczej?
  • Do czego można wykorzystać umiejętności zdobyte na tej lekcji?

Uwagi/alternatywy:

W scenariuszach lekcji w ramach ścieżki Majsterkowicze 2.0 w programie #Superkoderzy wykorzystujemy zestaw CODEBOX edycja Superkoderzy firmy LOFI Robot. Szkoły, które nie posiadają zestawu tej firmy scenariusze lekcji mogą zrealizować pracując na Arduino i zakupionych indywidualnie podzespołach elektronicznych (czujnikach, silnikach, diodach, płytkach prototypowych) lub innych zestawach robotów edukacyjnych.