Робототехника

Основы робототехники.

Техника безопасности для детей на уроке. Общие сведения о роботах. Виды роботов. Состав и структура роботов.

Механика.

Понятие простейших механизмов. Рычаг. Три типа рычагов. Модели рычагов. Колеса и оси. Понятие силы трения. Эксперименты с колесами и разными поверхностями. Колесо как рычаг. Наклонная плоскость. Винты. Шестерни. Зубчатая передача. Коробка передач. Механические передачи движения. Червячная. Цепная. Ременная. Кривошипно-шатунный механизм.

Электрические элементы цепей.

Понятие электрических элементов. Изучение основных деталей роботов на электронном конструкторе. Лампа. Мотор. Выключатель. Светодиод. Резистор. Конденсатор. Применение различных деталей при создании роботов. Обозначение деталей на схемах. Виды источников питания для роботов. Безопасность при работе с накопителями энергии. Конструирование электрических элементов в цепи. Проводники и изоляторы. Безопасное соединение деталей. Беспаечная макетная плата. Клеммы. Практическая работа «Сборка роботов с помощью подключения деталей в электрические цепи».

Моделирование электронных схем.

Составление и моделирование различных электронных схем на компьютере. Проектирование простейших схем роботов до сборки вручную. Практическая работа «Моделирование различных схем поведения роботов».

Устройства управления роботами.

Виды устройств управления роботами. Изучение основ беспроводного дистанционного управления роботов. Управление световыми, звуковыми эффектами и движениями роботов. Сравнение типов схем включения цепи. Сборка роботов на пульте управления по приведенным схемам. Составление программ для моделирования движения роботов. Практическая работа «Создание роботов на дистанционном управлении».

Основы робототехники.

Техника безопасности. Знакомство с понятием роботы. Виды роботов и их предназначение.

Механика.

Техника безопасности на занятиях и при работе с механизмами. Понятие «конструирование». Способы описания конструкции, их достоинства и недостатки. Условные обозначения деталей конструктора. Понятия «прочность» и «устойчивость конструкции». Конструкция и её элементы, основные свойства конструкции. Силы, действующие на сжатие и растяжение элементов конструкции. Простейшие механизмы. Рычаг. Типы рычагов. Модели рычагов. Золотое правило механики. Блоки и их виды. Применение блоков в технике. Конструирование передаточного механизма на основе блоков. Наклонная плоскость. Закон Ньютона. Силы трения. Виды трения. Коэффициент трения. Подъемник. Эксперименты с колесами и разными поверхностями. Колесо как рычаг. Различные применения наклонных плоскостей. Винты, как наклонные плоскости. Резьбовые крепежные изделия. Шестерни. Терминология шестерен. Назначение зубчатых колес, их виды. Передаточное число. Применение шестерен в технике. Зубчатые передачи. Цепная передача. Сила и крутящий момент. Расчет крутящего момента. Коробка передач. Моторы. Различные виды привода. Коленчатый вал. Ременная передача. Червячная передача. Автоматизация ранее собранных моделей. Кулаки и кривошипы. Кривошипная система. Крутящий момент. Моделирование животных. Конструкции с использованием принципов кривошипной и кулачковой передачи движения. Энергия. Понятие энергии и ее формы. Экономия энергии. Модели на солнечных батареях.

Электрические цепи.

Применение различных радиодеталей при создании роботов. Изучение основных радиодеталей. Обозначение радиодеталей на схемах. Понятие электрического тока. Источники электрического тока. Электрические заряды и электрическое поле. Закон Ома. Сила тока. Сопротивление. Напряжение. Переменный и постоянный ток. Электрическая цепь и ее составные части. Электробезопасность. Последовательное и параллельное соединение радиодеталей в электрическую цепь.

Микросхема L293DNE.

Изучение и применение драйвера двигателей L293. Диод. Фотодиод. Тиристор. Транзистор. Фототранзистор. Фоторезистор. Светодиод. Конденсатор. Понятие и виды резисторов. Катушка индуктивности. Практическая работа «Сборка робота-машинки, едущей на свет и по черной полосе».

Моделирование и проектирование логических схем.

Составление и моделирование различных радиоэлектронных схем. Создание схем из логических элементов (И, ИЛИ, НЕ). Моделирование процессора и микросхемы. Моделирование платы робота. Практическая работа «Моделирование логических схем для создания роботов».

Основы робототехники.

Техника безопасности для детей на уроке. Общие сведения о роботах. Виды роботов. Состав и структура роботов.

Основы электроники. Повторение

Изучение основных радиодеталей. Обозначение радиодеталей на схемах. Электрические заряды и электрическое поле. Электрический ток. Электрические цепи. Макетная плата. Закон Ома. Сила тока. Сопротивление. Напряжение. Диод. Светодиод. Транзистор. Изучение и применение драйвера двигателей L293. Фоторезистор.

Логические микросхемы

Цифровая и аналоговая схемотехника. Двоичный код. Логические вентили. Базисные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ». Моделирование и проектирование логических схем. Создание схем из логических элементов (И, ИЛИ, НЕ).

Микроконтроллеры

Автоматизированные системы управления роботами. Программное управление. Адаптивное управление. Интеллектуальное управление (методы искусственного интеллекта, управление при участии человека). Виды устройств управления роботами. Микроконтроллеры. Программа для микроконтроллера. Датчики. Особенности и возможности платы Arduino. Порты для подключения схем и устройств.

Программирование

Основы программирования. Компиляция и загрузка программы. Понятие алгоритма и команды. Среда программирования Ardublock. Интерфейс. Виды блоков. Цифровой порт в режиме вывода. Особенности программ для микроконтроллеров. Цикл. Правила подключения схем и устройств. Широтно-импульсная модуляция. Цифровой порт в режиме ввода. Логические операции. Передача данных на компьютер. Отправка данных с компьютера на микроконтроллер. Переменные. Подключение пьезодинамика. Генератор случайных чисел. Семисегментный индикатор. Подпрограммы. Массивы. Функция millis.

Аналоговый вход

Аналоговый вход. Аналого-цифровой преобразователь. Резистивный делитель напряжения. Подключение потенциометра. Датчик яркости освещения. Датчики расстояния.

Электромоторы

Электромоторы, как основа подвижных роботов. Способы подключения электромоторов. Драйвер двигателя. Сервомоторы. Виды и преимущества сервомоторов.

Повторение

Основы электротехники. Электрический ток. Напряжение. Сопротивление. Цифровые и аналоговые устройства. Двоичный код. Программирование, понятие алгоритма. Микроконтроллеры и датчики. Устройство платы Arduino, назначение портов.

Программирование

Среда программирования Arduino IDE. Сохранение программы. Язык программирования Processing/Wiring. Синтаксис. Оператор и аргумент. Структура программы. Базовые команды управления цифровыми портами. Широтно-импульсная модуляция. Переменные. Типы переменных. Операции с числовыми переменными. Условный оператор. Логические операции. Передача данных на компьютер. Строковый и символьный типы данных. Отправка данных с компьютера на микроконтроллер. Генератор случайных чисел. Цикл. Виды циклов. Операторы цикла со счетчиком. Операторы цикла с условием. Массивы. Подпрограммы. Подпрограммы с параметрами. Функции. Прерывания. Прерывание по событию. Прерывание по таймеру.

Подключение устройств

Семисегментный индикатор. Датчик расстояния. Аналоговый вход. Аналого-цифровой преобразователь. Резистивный делитель напряжения. Подключение потенциометра. Датчик яркости освещения. Электромоторы. Драйвер двигателя. Сервомоторы. Энкодер. Жидкокристаллический экран.

Микроконтроллеры

Автоматизированные системы управления роботами. Программное управление. Адаптивное управление. Интеллектуальное управление (методы искусственного интеллекта, управление при участии человека). Виды устройств управления роботами. Микроконтроллеры. Программа для микроконтроллера. Датчики. Особенности и возможности платы Arduino. Порты для подключения схем и устройств.

Дистанционное управление.

Виды дистанционного управления. Передача информации между двумя микроконтроллерами. Инфракрасный приёмник. Приём и передача данных по инфракрасной связи. Особенности радиоуправления, Распространение радиоволн. Свойства радиоволн. Колебательный контур. Резонанс. Приемник. Передатчик. Принципы работы систем радиоуправления. Bluetooth. Профили Bluetooth. Подключение модуля Bluetooth.

Повторение

Структура программы. Функции. Использование сторонних библиотек. Функция millis().

Увеличение входов и выходов Ардуино

Раздельное питание. Мембранная и кнопочная клавиатура. Кодовый замок. Сдвиговый регистр. Виды, назначение, подключение, программа. Каскадное подключение сдвиговых регистров. Многоразрядный семисегментный индикатор. Сбор данных с помощью входного сдвигового регистра. Светодиодная матрица. Драйвер светодиодов.

Прерывания

Виды прерываний, назначение и использование. Аппаратные прерывания. Организация аппаратных прерываний на Ардуино. Таймеры в Ардуино. Прерывания по таймеру. Сторожевой таймер Часы реального времени.

Интерфейсы и обмен данными

Параллельная и последовательная передача данных. Понятия: интерфейс, шина, протокол. Модули последовательной связи. UART - универсальный асинхронный приёмопередатчик. Передача данных на компьютер. Последовательный порт SPI. Подключение входного и выходного сдвиговых регистров по SPI. Подключение LCD по SPI. Последовательный интерфейс RS485. Интерфейс I2C. Подключение периферийных устройств.

Память Ардуино

Параллельная и последовательная передача данных. Понятия: интерфейс, шина, протокол. Виды памяти, назначение. EEPROM, назначение, чтение и запись в память. Подключение внешней EEPROM по I2C.

Повторение

Протоколы передачи данных.

Беспроводная связь

Типы беспроводной связи. Выбор модуля. Инфракрасная связь. Ик-модули, выбор, подключение, программирование Радио. Радиомодули. Bluetooth. Типы модулей, подключение, протокол передачи данных. Программирование. Wi-fi — модули. Типы модулей, назначение, подключение, передача данных.

Организация беспроводной сети

Простейшая сеть. Уровни согласования. установка соединения на нижних уровнях. организация беспроводного управления на базе Ардуино. Более сложные сети. Сетевые топологии и сетевые адреса. Аппаратные и сетевые адреса. Клиенты, серверы и протоколы управления связью. Бес сеансовые сети. Сеансы и сообщения. Широковещательные сообщения. Запросы для радиомодулей XBee. Направленные сообщения.

Интерфейс пользователя. Processing IDE

Понятие интерфейса пользователя. Processing. Назначение, структура программы. Связывание с Ардуино. Получение данных с Ардуино. Отправка данных на Ардуино. Обмен данными. Графический интерфейс. Отображение данных: в текстовом виде, в виде графика, цветом. Клавиатура и мышь. Организация управления системой на базе Ардуино из графического интерфейса на на Processing.

Автоматизированные системы

Понятие автоматизированных систем. Системы с обратной связью. Этапы проектирования автоматизированных систем. Опрос заказчика и техническое задание. Структурная схема. Выбор модулей. Принципиальная схема, подключение элементов. Разработка алгоритмов и программ. Тестирование и отладка. Жизненный цикл автоматизированных систем.