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.

CELE, POJĘCIA, MATERIAŁY ▼

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

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 delikatnie przełóż kabelek przez klocek z wycięciem czworokąta z zaokrąglonymi rogami. 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

Uwaga: Po skręceniu obu boków pojazdu, połóż je na równej płaszczyźnie obok siebie. Sprawdź czy trzpienie silników znajdują się w tej samej osi.

pojazd_silniki_os

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

pojazd_mocowanie_brain_3

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. Pamiętaj że czujnik odległości umieszczamy dopiero gdy cały uchwyt jest zmontowany, pinami do góry.

Zamontuj czujnik odległości przy pomocy śrubki 20 mm.

pojazd_czujnik_odlegloesci_4

Zamontuj klocek „uśmiech” na frontowej ściance korpusu przy pomocy śrubek 12 mm. (Wcześniej można tenże klocek pokolorować czarnym markerem, aby bardziej się odznaczał na „twarzy” robota).

pojazd_usmiech_4

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.

pojazd_mocowanie_boki_3

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

pojazd_mocowanie_dol_4

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

pojazd_mocowanie_przod_4

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

pojazd_mocowanie_powerbank_3

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.

kolo_2018

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.

pojazd_mocowaniekol_4

Montaż pojazdu jest zakończony!

Pojazd_P

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.