Использование элементов компьютерной графики по курсу робототехники
За последние несколько лет (примерно с 2008-2009 года) в около 80% школ в нашей республики стали заниматься робототехникой. Начало внедрению робототехники способствовало появление роботехнических конструкторов, таких как Lego Mindstorms, Roborobo, Arduino и т. д. При этом, как отмечено нами на II Всероссийской научно-практической конференции "Образовательная робототехника в дополнительном образовании детей: опыт, проблемы, перспективы" (г. Якутск, 2014 г.), в большинстве школ Робототехника преподается в виде элективных курсов или кружков. компас лего робототехника конструирование
Основной целью курса Робототехники являются: углубленное изучение основ механики и программирования автоматизированных устройств на основе роботехнических конструкторов. Преимуществом курса является повышенная мотивация учащихся, на начальных этапах воспринимающих обучение как игру. При этом важно использовать это преимущество при усложнении работы. Учитывая это, наиболее успешные учителя, планируют обучение по курсу в виде проектной деятельности.
При разработке программы обучения по курсу учитываются формирование таких компетенций как целеполагание, планирование, анализ, рефлексия, самооценка учебно-познавательной деятельности, навыки поиска и анализа информации, работы в группе. Также для преподавания Робототехники, компанией Lego предлагаются методические пособия в составе комплектов Lego Education.
Существенной проблемой курса большинством педагогов названо отсутствие общих типовых стандартов преподавания курса. А также сложности сочетания репродуктивной и творческой деятельности у большинства учащихся. Таким образом, во многих школах преподавание курса сводится к простому копированию конструкторских решений с последующей разработкой программ управления. Результатом успешного обучения при этом служит участие школьников в соревнованиях разного уровня по робототехнике с выполнением простых упражнений как движение по траектории, выталкивание кеглей и т. д. При большой конкуренции на соревнованиях высокого уровня, таких как РобоФест, для победы нужно не только правильно собрать и запрограммировать модель, но использовать нестандартное, творческое конструктивное решение. Для этого, на наш взгляд, необходимо повышение творческой активности на занятиях робототехники. Этого можно добиться глубоким изучением основ конструирования с использованием механики и компьютерной графики.
При анализе большинства программ обучения по робототехнике можно выделить три основных тематических раздела:
- 1. Конструирование механизмов. При этом изучаются механические передачи, редукторы, шестерни, привода и маятники. Собираются колесные, гусеничные и шагающие модели. 2. Электрика и электроника в робототехнике. Изучается работа электродвигателей и датчиков, применяемых в робототехнике. 3. Программирование роботов. Изучаются основные алгоритмические конструкции в применении к управлению роботами.
В среднем на курс отводится 17-36 ч. учебного времени из которого первому разделу отводится не более 2-4 часов. Обучение при этом производится в таких программах как Lego Digital Designer, SR 3D Builder, LeoCad, LDraw. Это системы виртуального конструирования, позволяющие моделировать сборки с использованием готовых 3D деталей Lego. Применение виртуальных 3D конструкторов сводится к фиксированию процесса сборки модели для последующего повторения. Каждая из программ имеет свои особенности, но официально компания Lego рекомендует Lego Digital Designer. Lego Digital Designer программа для создания различных 3D-объектов на основе виртуальных деталей конструктора LEGO. Программа содержит более 700 деталей различных наборов включая Lego Mindstorms NXT2, EV3, Pervorobot а также готовые конструкции в качестве руководства по сборке или для доработки. Готовые работы возможно экспортировать в графических форматах или в виде анимации.
Работая в Lego Digital Designer, учащиеся получают начальные навыки компьютерного моделирования, близко соприкасаясь с инженерной графикой. Однако в дальнейшем развития данных навыков по курсу робототехники они не получают. В то же время развитие чертежных навыков, в частности по основам инженерной и компьютерной графике, по курсу "Робототехника" безусловно требует расширения.
Одним из способов такого развития мы считаем изучение основ инженерной компьютерной графики с применением САПР.
В нашем колледже моделирование деталей конструктора Lego проводилось в проектной деятельности учащихся с использованием пакета Компас 3D. При этом студентами выполнялось моделирование деталей конструктора в соответствии с размерами с соблюдением фасок и свойств материалов. Отдельно выполнялась сборка и конструирование движения механизмов. Особое внимание также уделялось моделированию пользовательских деталей с возможностью изготовления их на устройствах 3D печати.
Для моделирования основных деталей использовались стандартные размеры элементов конструктора опубликованные на сайте www. cailliau. org, www. i. stack. imgur. com. В приводимых размерах встречаются противоречия, обусловленные различиями в деталях разных версий конструктора.
Одной из наиболее интересных возможностей КОМПАС-3D является параметрический ввод деталей, фрагментов или чертежей, позволяющий использовать переменные и математические функции в качестве параметров детали. Выполнив детали в Компас 3D, мы заменили некоторые их параметры на переменные и математические функции для взаимосвязанных значений. Таким образом мы получили возможность изменив один ключевой параметры детали, полностью изменить ее форму. Так параметрический ввод был использован для прямой однорядной планки, крестового вала, шестерни. Возможность параметризации в программе Компас позволяет использовать в сборках гибкие детали, размеры которых можно изменить в переменных не нарушая функциональных связей в конструкции. Этот принцип использован при формировании библиотек деталей. Таким образом, используя инструменты менеджера библиотек Компас, возможно создание пользовательской библиотеки деталей или фрагментов.
Важным при параметризации является правильная последовательность операций Компас. Так при моделировании простой планки мы использовали следующие этапы:
- 1) выполнение трубки отверстия (операция вращения по заданному эскизу); 2) прямоугольный одномерный массив трубки вдоль планки через заданный зазор (количество шагов задали переменной К); 3) выполнение тела планки операцией выдавливания из эскиза по заданным размерам (высота выдавливания задается функцией f(x)=K*7,4, где 7,4 мм - ширина зазора между центрами трубок.
Сложнее выполняется зубчатая шестерня:
- 1) выполнили внешний диаметр шестерни, задав размер переменной D 2) выполнили внутреннее кольцо шестерни задав размеры функцией f(x)=D-5 для внешнего края и f(x)=D-7 для внутреннего и выполнили его выдавливание 3) выполнили эскиз зуба использовав вспомогательную окружность размером D-5,2 и нижнюю сторону зуба присоединили операцией касание из панели параметризации 4) завершаем построение зуба операциями выдавливания и фаски 5) затем выполняем радиальный массив зуба с центром на оси координат и количеством шагов в виде функции f1(x)=D*3,14/4 6) тело шестерни состоит из внутреннего диска с диаметром D-7 и ступицы с отверстием стандартных размеров
Используя выполненные детали, студенты выполняли виртуальные сборки в Компас. Основным условием выполнения сборки была функциональность модели, что обеспечивалось правильным сопряжением деталей. На практике студенты столкнулись с такими трудностями как невозможность выполнения дубликатов сборок с заданными параметрами. Так были вопросы "Почему нельзя выполнить зеркальный дубликат блока колеса, если левое и правое колесо идентично?" и т. д. Ответом вероятно можно считать изменение свойств сопряжения элементов сборки имеющего полярность. Еще одним требованием выполнения сборочной модели было выполнение разноса деталей. Функции разноса включены в модуль сборочных моделей Компас. В разнесенном виде можно точно увидеть весь порядок сборки.
Вариантом конструирования пользовательских деталей для Lego была разработка корпуса робота. С учетом наличия сборочной модели, моделирование корпуса заняло примерно 2 часа учебного времени. При этой работе сложностью было точно рассчитать форму в соответствии со сборкой. В перспективе предполагалось изготовление пользовательских деталей на 3D принтере. Для этого изготавливаемые детали должны быть экспортированы в универсальный формат ACIS (*.sat).
Существенным фактором мотивации при выполнении такой работы, очевидно является возможность совмещения компьютерного моделирования и практической работы с реальными деталями. Потенциал развития данной темы бес сомнения не исчерпывается на этом. В программе Компас также возможно моделирование сборочных узлов конструктора с заданными параметрами. Используя при этом собственные детали в сочетании с готовыми. Это могут быть редукторы с заданным передаточным числом, червячные, фрикционные или ременные передачи, храповые механизмы и т. д. Использованием систем проектирования при этом, дает возможность не только наглядно-практического изучения механических конструкций, но и получение навыков инженерного документирования подобных разработок.
Библиографический список
- 1. Большаков В. П. Создание трехмерных моделей и конструкторской документации в системе КОМПАС-3D. БХВ-Петербург, 2010 2. Образовательный сайт: http://www. kompas-edu. ru 3. Сайт АСКОН: http://www. ascon. ru 4. Конвертация файлов КОМПАС-3D в формат AutoCAD: www. sapr-journal. ru/uroki-autocad. 5. Программы LEGO. http://www. lego-le. ru/mir-lego/programmi-lego. html 6. Lego: Dimensions. General Considerations www. cailliau. org 7. LEGO® Answers beta http://bricks. stackexchange. com
Похожие статьи
-
Виды компьютерной графики, Фрактальная графика, Трехмерная графика - Компьютерная графика
Фрактальная графика Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая...
-
Фрактальная графика Фрактальная графика основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая...
-
Кодирование цвета Кодируется цвет графических изображений с помощью бит. Количество бит, с помощью которых закодирован цвет называют битовой глубиной...
-
Растровая графика оперирует с изображениями в виде растров. Неформально можно сказать, что растр - это описание изображения на плоскости путем разбиения...
-
Библиотеки стaндapтных элементов, Создание сборок - Система твердотельного моделирования SolidWorks
SolidWorks пpедостaвляет возможности создaния библиотек стaндapтных твеpдотельных моделей. Пpи этом необходимо создaть упpaвляющую тaблицу с пapaметpaми...
-
Моделирование представляет собой один из основных методов познания, является формой отражения действительности и заключается в выяснении или...
-
FrontPage - Разработка интернет-магазина компьютерной техники
FrontPage -- устаревший WYSIWYG-редактор HTML, входивший в состав пакета приложений Microsoft Office. Данное приложение при разработке страниц веб-узла...
-
Средства для обработки компьютерной графики - Основы преобразования изображений и видео
Программные средства создания растровых изображений. Среди программ, предназначенных для создания компьютерной двумерной живописи, самыми популярными...
-
Назначение и состав компьютерной системы 1С:Библиотека 1С Библиотека -- первая программа, созданная для автоматизации всех видов деятельности библиотек...
-
Фрактал - это рисунок, который состоит из подобных между собой элементов. Существует большое количество графических изображений, которые являются...
-
Стремительное развитие технологий в последнее десятилетие привело к такому же быстрому росту в области компьютерной техники и программного обеспечения....
-
Цель Работы - научиться использовать элемент управления ListBox а также основные методы класса СListBox. Использование возможности контроля правильности...
-
Цель Работы - изучить основные способы работы с пользовательским типом данных "класс", его объектами, методами и способы доступа к ним. - Теоретические...
-
Для написания АИС использовались следующие языки программирования, программные средства и библиотеки: - Язык программирования PHP 5.4; -...
-
Adobe Dreamweaver Adobe Dreamweaver - это HTML-редактор от компании Adobe, который на сегодняшний день очень известный. Первая его версия была выпущена в...
-
Под термином графика обычно понимается визуальное (то есть воспринимаемое зрением) представление каких-либо реальных или воображаемых объектов. Графика...
-
Автоматизация криминальных учетов. Основным направлением использования компьютерной техники в расследовании и предотвращении преступлений являются:...
-
Выбор и расчет передаточной функции микропроцессора Микропроцессор S7-300 - это микропроцессоры, предназначенные для решения широкого круга задач...
-
Помимо этапа разработки ПО, также немаловажным являются этапы накопления и передачи знаний, а также взаимодействия членов проектной команды. На...
-
За четыре месяца текущего года с помощью системы "Папилон" в поисковом режиме ЭКО УВД Приморского края было установлено совпадение отпечатков пальцев рук...
-
При установке Linux будет предоставлена информация о требуемом дисковом пространстве при различной конфигурации системы. Отдельно устанавливаемые...
-
Массовое использование ПК в автономном и сетевом режиме, включая выход в глобальную сеть Интернет, породило проблему заражения их компьютерными вирусами....
-
Данная компания является ведущем производителем оборудования и выпуска квалифицированных специалистов в мире. Это одна из самых оцененных компаний в...
-
Направления использования мультимедийных средств - Мультимедиа в обучении
Рациональное сочетание традиционных образовательных средств с современными информационными и компьютерными технологиями (ИКТ) является одним из возможных...
-
Выполнения проекта монтажа охранной сигнализации состоит из множества операций, которые складываются в этапы работ проекта. Схематично структура этапов...
-
В результате выполнения курсовой работы была спроектирована работа модуля для построения маршрутов. Для детального понимания системы маршрутизации мы...
-
Что лучше: вектор или растр? - Компьютерная графика
Однозначного ответа на этот вопрос нет. Лучшее качество отображения цветов и текстуры обеспечивают растровые изображения, но вместе с тем они занимают...
-
Алгоритм работы. В результате работы АИС генерируются три xml документа - два со структурой сравниваемых баз данных и один с результатами сравнения. В...
-
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И СВЯЗИ В последнее время в России наблюдается рост спроса на АС, объединяющие...
-
Базы данных - это определенная совокупность информационных данных, отображающих в максимально возможной полноте состояние тех или иных объектов или...
-
Трехмерная графика - Компьютерная графика и ее аппаратная реализация (обзор видеокарт)
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических...
-
Особенности использования мобильных устройств в образовании Термин "мобильное обучение" (м-обучение) mobile learning (m-learning) относится к...
-
Обозначение элементов моделирования При экспресс-анализе для описания бизнес-процессов и построении их моделей, использовался программный продукт...
-
Средства визуализации работают со следующими видами данных: - одномерные данные - одномерные массивы, временные ряды и т. п. - двумерные данные -...
-
Изучив литературу по программам трехмерной графики и анимации становится ясно, что именно в программах Autodesk 3ds Max и Google SketchUp присутствует...
-
Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) -- полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трехмерной графики и...
-
Существуют две группы определений ОС: "совокупность программ, управляющих оборудованием" и "совокупность программ, управляющих другими программами". Обе...
-
РАСТРОВАЯ ГРАФИКА - Adobe Photoshop
Растровый графика пиксель photoshop Растровая графика -- это изображения, составленные из пикселов -- маленьких цветных квадратиков, размещенных в...
-
Впервые последовательное описание конструирования нейронных с Етей из элементов было предложено в книге А. Н. Горбаня [65]. Однако за прошедшее время...
-
Компьютерный вирус - это небольшая программа, написанная в машинных кодах, которая способна внедряться в другие программы, сама себя копировать и...
Использование элементов компьютерной графики по курсу робототехники