Składamy własnego robota

Pierwsza z dwóch godzin lekcyjnych, w trakcie której uczniowie skręcają szkielet robota-pojazdu.

Wprowadzenie (krótki opis zajęć):

Pierwsza z dwóch godzin lekcyjnych, w trakcie której uczniowie skręcają szkielet robota-pojazdu. Zaleca
się, aby lekcję 5 i 6 realizować na lekcji łączonej (razem 90 minut).

Cele zajęć:

Uczeń powinien:

  • Umieć skorzystać z instrukcji składania,
  • Posługiwać się śrubokrętem, śrubkami i nakrętkami przy skręcaniu
    elementów,
  • Skręcać / łączyć samodzielnie poszczególne elementy szkieletu,
  • Skręcić boki pojazdu i zamontować w nich silniki,
  • Przykręcić sterownik do korpusu,
  • Przygotować ścianę frontową pojazdu z czujnikiem odległości.

Pojęcia kluczowe:

  • Sterownik LOFI Brain
  • Powerbank
  • Elementy konstrukcyjne / szkielet robota
  • Śrubka, nakrętka
  • Silnik
  • Moduły: czujniki odległości

Metody pracy:

  • Objaśnienie
  • Pokaz
  • Ćwiczenia laboratoryjne
  • Projekt

Materiały pomocnicze:

  • Zestaw CODEBOX edycji #Superkoderzy (Sterownik LOFI Brain z wgranym
    fabrycznym skryptem, powerbank, dwasilniki DC wraz z kołami, komplet części
    drewnianych, czujnik odległości – HC-SR04),
  • Sterownik LOFI Brain jest fabrycznie przygotowany do pracy,
    nauczyciel nie powinien wgrać na każdy sterownik przed lekcją innych skryptów,
    tak aby po złożeniu i podłączeniu całego robota-pojazdu, dzieci
    mogły go uruchomić i zobaczyć jego działanie,
  • Śrubokręty, śrubki i nakrętki (znajdują się w zestawie CODEBOX),
  • Laptop/komputer nauczycielski, projektor i tablica projekcyjna,
  • Ewentualnie: wydrukowane schematy / instrukcje składania robota,
  • Aparat fotograficzny, kamera itp. – do przygotowania dokumentacji.

Treści programowe (związek z podstawą programową)

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

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

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; Uczeń:

6.2. korzysta z zasobów (słowników, encyklopedii, sieci Internet) i programów
multimedialnych (w tym programów edukacyjnych) z różnych
przedmiotów i dziedzin wiedzy.

    Przebieg zajęć (lekcja piąta):

1. Wprowadzenie w tematykę i integracja grupy

Czas na realizację tej części: ok 10 minut

Informujemy uczniów, że dziś rozpoczniemy składanie własnego pierwszego robota. Będzie to robot-pojazd. Zanim będzie mógł się poruszać – jeździć, omijać przeszkody itp. – musimy zbudować jego szkielet. Do tego celu potrzebne będą elementy konstrukcyjne przygotowane na poprzednich lekcjach (w przypadku LOFI Robot są to elementy drewniane wycięte ze sklejki oraz śrubki i nakrętki, którymi będziemy łączyć elementy drewniane).

Łączymy uczniów na grupy wcześniej ustalone. Każdej grupie przydzielamy jeden zestaw CODEBOX.

Zachęcamy uczniów do otwarcia zestawów i przygotowanie (odkręcenie śrubek), wyjęcia podzespołów i rozłożenia na ławkach w taki sposób, aby był dobry dostęp do różnych elementów konstrukcyjnych, kabli i modułów. Do złożenia robota-pojazdu potrzebne będą:

  • Sterownik LOFI Brain 2.0 (wpięty w mikrokontroler Arduino UNO)
  • Powerbank
  • Dwa silniki DC wraz z kołami
  • Komplet części drewnianych
  • Czujnik odległości – HC-SR04

Uwaga: Uczniom potrzebna będzie spora przestrzeń do budowy i testowania robota. Typowa ławka szkolna to zwykle zbyt mała powierzchnia – drobne elementy i robot mogą z niej łatwo spaść. Dobrze byłoby złączyć po dwie ławki i uczniów usadzić dookoła.

2. Część zasadnicza

Czas na realizację tej części: ok. 30 minut.

Ćwiczenie 1 – skręcamy boki pojazdu i montujemy silniki (ok. 15 min)

Z dostępnych drewnianych elementów szkieletu odnajdź i ułóż przed sobą 8 elementów (po 2 takie same elementy – tak jak na poniższym schemacie), 2 silniki oraz 4 dłuższe śrubki i 4 nakrętki.

Połóż przed sobą wszystkie niezbędne w tym ćwiczeniu drewniane elementy konstrukcyjne.

Superkoderzy_czesci_silnik

Uwaga: W zestawie znajdują się śrubki o dwóch długościach. W tym kroku używamy tych dłuższych. Natomiast wszystkie nakrętki są takie same.

Złóż bok i zamocuj silnik dokładnie tak, jak pokazano na schemacie poniżej. Całość skręć przy pomocy śrubokręta.

DC_lewy

Uwaga: Najpierw ostrożnie przeciągnij kabel silnika. Drewniane elementy są dość ściśle spasowane z silnikiem. Musisz być precyzyjny i użyć odpowiedniej siły. Nie ściskaj jednak na siłę, za mocno, aby nie połamać klocków.

mocowanie_DC_lewy_ii

Następnie złóż mocowanie drugiego silnika. Pamiętaj jednak, żeby drugi silnik zmontować w lustrzanym odbiciu! Skręcone silniki odłóż na bok na ławce – do “magazynu elementów gotowych”.

mocowanie_DC_prawy_ii

Ćwiczenie 2 – przykręcamy sterownik do korpusu (ok. 5 min)

Z dostępnych w zestawie elementów przygotuj: największy element drewniany (będzie on stanowił górną ściankę korpusu robota), dwa uchwyty sterownika w kształcie równoległoboku, sterownik LOFI BRAIN 2.0 (wraz z osłonką skręconą na wcześniejszych zajęciach) oraz po 4 krótsze śrubki i nakrętki. Połóż przed sobą wszystkie niezbędne w tym ćwiczeniu drewniane elementy konstrukcyjne.

SK_klocki_mocowania_braina

Do górnej ścianki korpusu pojazdu przykręć uchwyty sterownika w kształcie równoległoboku. Połącz sterownik LOFI Brain do zmontowanych wcześniej uchwytów. Zwróć uwagę aby port USB sterownika znajdował się przy krawędzi górnej ścianki korpusu pojazdu.

SK_mocowanie_braina

SK_mocowanie_braina_ii

Korpus z przykręconym “mózgiem” (sterownikiem) odłóż na bok – do “magazynu elementów gotowych”.

Ćwiczenie 3 – budujemy przód naszego pojazdu (ok. 10 min)

Z dostępnych w zestawie elementów przygotuj: czujnik odległości, sześć drewnianych elementów ze schematu poniżej oraz dwie krótkie śrubki i trzy długie. Drewniane konstrukcyjne ułóż przed sobą.

front_czesci

Zmontuj uchwyt do czujnika odległości HC-06 zgodnie ze schematem poniżej:

czujnik_odleglosci

Uwaga: Drewniane elementy są dość ściśle spasowane z czujnikiem. Musisz być precyzyjny, nie wciskaj nic na siłę, np. pod skosem, aby nie uszkodzić elektronicznych elementów.

Zamontuj czujnik odległości i klocek „uśmiech” na frontowej ściance korpusu.

front_z_czujnikiem

3. Podsumowanie i ewaluacja

Czas na realizację tej części: ok 5 minut.

Zadajemy uczniom pytanie i sprawdzamy: czy wszystkim grupom udało się dziś:

  • Skręcić oba boki pojazdu z silnikami?
  • Przykręcić sterownik do korpusu?
  • Przygotować ścianę frontową pojazdu z czujnikiem odległości?

Pytamy uczniów:

  • Co przysporzyło Wam najwięcej problemów?
  • Co dało najwięcej satysfakcji?

Prosimy uczniów z poszczególnych grup o posprzątanie swoich zestawów do pudełek tak, aby nic się nie zgubiło.

    Przebieg zajęć (lekcja szósta):

1. Wprowadzenie w tematykę i integracja grupy

Czas na realizację tej części: ok 5 minut.

Informujemy uczniów, że podczas tych zajęć kończymy składanie naszego robota – pojazdu. Przypominamy, że na poprzedniej lekcji skręciliśmy już: dwa boki, ścianę przednią i górną (ze sterownikiem). Teraz musimy jeszcze zrobić: koła, podwozie, ścianę tylną i wszystko połączyć w jeden zwarty pojazd. Prosimy o podział na grupy taki, jak na ostatniej lekcji. Rozdajemy grupom ich zestawy.

2. Część zasadnicza

Czas na realizację tej części: ok. 35 minut.

Ćwiczenie 1 – skręcamy pojazd (ok. 30 min)

Z dostępnych w zestawie elementów przygotuj: elementy, które przygotowaliśmy na poprzedniej lekcji (2 ściany boczne z silnikami, górną część korpusu ze Sterownikiem LOFI Brain 2.0, ścianę przednią z czujnikiem odległości), powerbank, kółko obrotowe, 3 nowe drewniane płytki podwozia (jak na schemacie).

SK_elementy_pojazd_ii

Kółko obrotowe przykręć do jednej ze spodnich ścianek korpusu przy pomocy śrubek 12 mm. Zwróć uwagę aby główki śrubek były jak na rysunku, a trzpienie i nakrętki były wewnątrz pojazdu.

scianka_kółko_obrotowe

Boczne ścianki wraz silnikami zamontuj na głównej ściance korpusu z przymocowanym sterownikiem LOFI Brain 2.0. Ścianki przykręć przy pomocy śrubek 12 mm.

Wskazówka: Składając pojazd najpierw warto tylko delikatnie “złapać” śrubkami nakrętki, aby dało się złożyć górę i dół, a dopiero później wszystko mocniej dokręcić. Gdy dokręcisz od razu za mocno dwie dolne płytki do boków, możesz mieć problem z włożeniem na miejsce górnej płytki korpusu.

SK_pojazd_boki_mocowanie

Od spodu korpusu zamontuj wcześniej zmontowany element z kółkiem, oraz zamontuj drugi element stanowiący spód pojazdu przy pomocy śrubek 20 mm.

SK_pojazd_mocowanie_spod

Następnie z przodu korpusu zamontuj złożoną wcześniej przednią ściankę wraz z czujnikiem odległości.

SK_mocowanie_przod

W tym momencie można też wyprowadzić kable silników DC, przez oczka do tego utworzone w górnej konstrukcji robota, a nastepnie z tyłu umieść POWERBANK i tylną ściankę.

SK_pojazd_mocowanie_powerbank_klocek

Korpus z przykręconym sterownikiem odłóż na bok – do “magazynu elementów gotowych”.

Ćwiczenie 2 – składamy koła (ok. 20 min)

Z dostępnych w zestawie elementów odszukaj i przygotuj wszystkie drewniane elementy potrzebne do budowy kół, zgodnie z poniższym schematem.

SK_Kola

Skręć je przy pomocy śrubek 12 mm, a następnie załóż na koła gumowe oringi.

kolo1

kolo2

Gdy wszystkie grupy zakończą Ćwiczenie 1 i Ćwiczenie 2: wykonują część wspólną obu ćwiczeń:

Gotowe koła pozostaje przykręcić na trzpienie silników i przykręć przy pomocy śrubek 12 mm z wykorzystaniem dwóch okrągłych podkładek dla dociśnięcia koła.

SK_przykrecenie_kol

Montaż pojazdu jest zakończony!

Ćwiczenie 3 – dla wszystkich grup – podłączenie części elektronicznych (ok. 5 min)

Silniki podłącz do gniazd M1 i M2 sterownika LOFI BRAIN 2.0.

Czujnik odległości podłącz do odpowiedniego gniazda na sterowniku LOFI BRAIN 2.0 opisanego DISTANCE (znajdującego się powyżej złącza M1, za pomocą kabla 4-żyłowego żeńsko-żeńskiego.

czujnik_odleglosci

Powerbank łączymy z LOFI BRAIN 2.0, do portu miniUSB wpinamy krótki biały kabel zasilający, a jego drugi koniec wpinamy do powerbanka z opisanym wyjściem OUT – 5V.

lofi brain zasilanie powerbank

Mówimy uczniom, aby na zakończenie lekcji włączyli zasilanie włącznikiem opisanym OFF/ON znajdującym się między silnikiem M1 i M2. Informujemy, że prawidłowo podłączony pojazd zasygnalizuje to podwójnym piknięciem Buzzera oraz zaświeceniem się odpowiednich diody led na płytce Leonardo UNO.

Miłego testowania!

Uwaga: To jest idealny moment na zrobienie dokumentacji prowadzonego projektu #SuperKoderzy, która będzie mogła zostać wykorzystana do przygotowania raportu podsumowującego realizację ścieżki Majsterkowicze 2.0. Może znajdzie się ochotnik, który zechce zrobić filmik lub fotografie kolegów pokazujących zmontowane roboty-pojazdy?

3. Podsumowanie i ewaluacja

Czas na realizację tej części: ok. 10 minut.

Zadajemy uczniom pytanie i sprawdzamy czy wszystkim grupom udało się dziś:

  • Skręcić pojazd?
  • Złożyć i założyć koła do pojazdu?
  • Prawidłowo wykonać połączenia elektryczne i elektroniczne w robocie?

Pytamy uczniów:

  • Co przysporzyło Wam najwięcej problemów?
  • Co dało najwięcej satysfakcji?

Prosimy uczniów o posprzątanie zestawów do pudełek tak, aby nic się nie zgubiło, ani nie pomieszało pomiędzy zestawami różnych grup.

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.