К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОНСТРУКТОРОВ В ОБУЧЕНИИ - Студенческий научный форум

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Личный портфель

К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОНСТРУКТОРОВ В ОБУЧЕНИИ

Лаптев А.С. 1
1Тобольский педагогический институт им. Д.И. Менделеева (филиал) ТюмГУ
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой интенсификации производства. Благодаря робототехническим конструкторам, роботы стали еще ближе к пользователям, так как теперь их может сконструировать и собрать даже школьник. Еще одна особенность, которая является главной в использовании робототехнических сборных платформ, - моделирование роботов, которые в дальнейшем могут быть в разы больше своих копий.

Стремительное развитие робототехники ведет за собой и появление новых областей в образовании, а именно – образовательная робототехника. Основная направленность в данной области – инженерно-техническая (создание моделей роботов). Для этого используются робототехнические конструкторы. К концу 2017 года, из-за высокому ассортимента, у покупателей возникают трудности при покупке конструкторов различных брендов.

Данная работа содержит в себе сравнительную характеристику робототехнических конструкторов по основным критериям (характеристики микроконтроллера, данные о датчиках и двигателях, программное обеспечение), рекомендации по выбору моделей конструкторов под разные возрастные группы, а также данные об осведомленности молодежи о современных робототехнических системах, основанные на социологическом опросе молодежи Курганской, Тюменской, Московской областей и города Москвы.

Сравнительная характеристика робототехнических конструкторов по производителям.

 

LEGO MINDSTORMS Education

ТРИК

RoboRobo ROBOKIT

VEX

Характеристики микроконтроллера:

Тип архитектуры ЦПУ

ARM 9

ARM9 + DSP

PIC16F887

TIVA ARM Cortex M4

Наличие математического сопроцессора

Да

Да

Да

Да

Частота ЦПУ, МГц

300

375

20

80

Возможность последовательного соединения ЦПБ

Да

Нет

Нет

Нет

Их кол-во

4

     

Поддержка беспроводной связи:

Bluetooth

Да

Нет

Нет

Нет

ИК-передача данных

 

Нет

Нет

Нет

Wi-Fi

Да

Да

Нет

Нет

Возможность беспроводной связи с ПК

Да

Да

Нет

Нет

Возможность беспроводной связи с другими ЦПБ

Да

Да

Нет

Нет

Интерфейсы:

Наличие дисплея

Да

Да

Нет

Да

Тип дисплея

ЖК

TFT

 

LCD

Физический размер, мм

37х28

38x49

 

30x45

Разрешение дисплея, пиксели

178х128

320x240

   

Возможность подключения внешнего дисплея

   

Да

 
 

LEGO MINDSTORMS Education

ТРИК

RoboRobo ROBOKIT

VEX

Наличие USB интерфейса

Да

Да

Нет

Да

Его тип

А

А

 

Микро

Поддержка сетевого соединения по порту RJ45

     

Да

Наличие встроенного динамика

Да

Да

Нет

Да

Наличие цифровой индикации работы или выполнение программы

Да

Да

Да

 

Наличие камеры

 

Да

   

Тип разъема для проводной связи с ПК

MiniUSB

 

USB

MicroUSB

Тип портов подключения моторов и датчиков

RJ-11

 

3 pin

RJ-11

Кол-во портов вывода

4

4

8

12

Кол-во портов ввода

4

 

7

12

Память системы:

Оперативная память

64 Мб

256 Мб

 

32 Кб

Постоянная пользовательская память

16 Мб

16 Мб

 

256 Кб

Доступные пользователю

5 Мб

     

Возможность расширения памяти

Да

Да

   

Поддержка карт памяти

Да

Да

   

Поддержка USB флешек

 

Да

   
 

LEGO MINDSTORMS Education

ТРИК

RoboRobo ROBOKIT

VEX

Автономное использование моделей/микрокомпьютера:

Возможность автономного програм-ия

Да

     

Возможность автономных регистрации данных

Да

     

Встроенный менеджер устройств

Да

   

Да

Загрузка данных и программ в ПК

Да

     

Возможность обновления прошивки

Да

 

Да

Да

Возможность загрузки дополнительных приложений

Да

   

Да

Энергообеспечение:

Питание от батарей

Да

 

Да

 

Тип и кол-во

6 АА

 

4-16 АА

 

Питание от аккумуляторной батареи

Да

Да

 

Да

Тип батареи

Li-On

Li Po

   

Емкость mA/ч

2200

2200-4200

 

2000

Характеристики входного напряжения

-10 B, 700 mA

11,1 В

 

9,6 В

Характеристики выходного напряжения

-7,4 B

11,1 В

 

7,2 В

Индикация зарядки

Да

Да

 

Да

 

LEGO MINDSTORMS Education

ТРИК

RoboRobo ROBOKIT

VEX

Двигатели:

Моторы постоянного тока

Нет

2-3

4х2

Нет

Серводвигатели с управлением по углу

 

2

2

 

Серводвигатели с управлением по скорости (непрерывного вращения)

3

   

4

Датчики поворота вала мотора

Да

     

Тип датчика

Цифровой, встроен в мотор

     

Диапазон измерения

Град, обороты

     

Датчики:

Датчики в отдельном корпусе

5

5-9

9

5

Датчики расстояния

1

2

 

1

Принцип измерения

Ультразвук

Ультразвук, ИК-датчик

 

Ультразвук

Диапазон измерения

3-255 см

100-800 мм, от 20-4000 мм

   

Датчик цвета:

1

   

1

Кол-во определяемых цветов

7 и «нет цвета»

   

RGB (256x256x256)

Датчик освещенности

1 (он же цвета)

2

Да

Да

Датчик измерения угла поворота (гироскоп)

1

Да

 

Да

Датчик измерения угловой скорости (акселерометр)

1

Да

   
 

LEGO MINDSTORMS Education

ТРИК

RoboRobo ROBOKIT

VEX

Датчик касания

2

1-2

4

2

Датчик звука

Да

1

Да

 

Программное обеспечение:

Поставляется вместе с набором

   

Да

 

Поддерживаемое ПО

LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software

TRIK Studio

 

Mod Kit

Поддержка ОС

Windows, MacOS, iOS, Android

Windows, Linux, Android

 

Windows

Стоимость:

Стандартный набор / расширенный набор, тыс. рублей

21/60

30/90

15/40

30/70

 

FISCHERTECHNIK

HUNA

ScratchDuino

О.Н. Амперка

Характеристики микроконтроллера:

Тип архитектуры ЦПУ

ARM 9

AVR

AVR

AVR

Частота ЦПУ, МГц

200

16

16

16

Возможность последовательного соединения ЦПБ

Да

Да

Да

 

Их кол-во

8

     

Поддержка беспроводной связи:

Bluetooth

Да

 

Да

 

ИК-передача данных

 

Да

   

Возможность беспроводной связи с ПК

   

Да

 
 

FISCHERTECHNIK

HUNA

ScratchDuino

О.Н. Амперка

Возможность беспроводной связи с датчиками и моторами

 

Да

   

Возможность беспроводной связи с другими ЦПБ

Да

     

Интерфейсы:

Наличие дисплея

Да

Нет

Нет

Нет

Тип дисплея

ЖК

     

Физический размер, мм

20х28

     

Разрешение дисплея, пиксели

64х128

     

Возможность подключения внешнего дисплея

     

Да

Наличие цифровой индикации работы или выполнение программы

 

Да

Да

Да

Тип разъема для проводной связи с ПК

MiniUSB

USB

USB B

USB

Тип портов подключения моторов и датчиков

Штекер (мама)

3 pin

Свой разъем

1 pin/3 pin

Кол-во портов вывода

8

8

Нет

14

Кол-во портов ввода

8

6

5

14+6

Память системы:

Оперативная память

8 Мб

 

2 Кб

2 Кб

Постоянная пользовательская память

2 Мб

32 Кб

32 Кб

32 Кб

 

FISCHERTECHNIK

HUNA

ScratchDuino

О.Н. Амперка

Доступные пользователю

 

30 Кб

30 Кб

30 Кб

Автономное использование моделей/микрокомпьютера:

Возможность обновления прошивки

Да

     

Возможность загрузки дополнительных приложений

   

Да

 

Энергообеспечение:

Питание от батарей

 

Да

Да

Да

Тип и кол-во

 

4-6-10 АА

6-20 V

6-20 V

Питание от аккумуляторной батареи

Да

     

Тип батареи

Ni Mh

     

Емкость mA/ч

1500

     

Характеристики входного напряжения

8,4 B, 700 mA

     

Характеристики выходного напряжения

8,4

     

Индикация зарядки

Да

     

Двигатели:

Моторы постоянного тока

Нет

2

2

2

Серводвигатели с управлением по углу

 

2

 

1

Серводвигатели с управлением по скорости

3

     

Датчики поворота вала мотора

Да

     
 

FISCHERTECHNIK

HUNA

ScratchDuino

О.Н. Амперка

Тип датчика

Встроен в мотор

     

Диапазон измерения

1-32767

     

Датчики:

Датчики в отдельном корпусе

2+

8

7

3

Датчики расстояния

   

1

 

Принцип измерения

   

ИК датчик

 

Датчик освещенности

2

1-4

4

2

Датчик измерения угла поворота (гироскоп)

     

1

Датчик температуры

1

     

Датчик касания

2

2

2

 

Датчик звука

 

1

   

Программное обеспечение:

Поставляется вместе с набором

Да

Да

Да

Да

Название

RoboPro 3

MRT 1.2

Scratch

ARDUIO IDE

Поддерживаемое ПО

C-Compiler

AVR

AVR

AVR

Поддержка ОС

Windows

Windows

Windows, Android, iOS

Windows, MacOS, Linux, Android, iOS

Стоимость:

Стандартный набор / расширенный набор, тыс. рублей

15/32

15/35

10/20

15/15

Таким образом, проанализировав робототехнические конструкторы, можно сделать определенные выводы.

Разнообразие робототехнических конструкторов позволяет четко понять и выбрать подходящую для определенных критериев (возраст, сложность, мобильность и др.) модель.

Исходя из данных таблицы, можно с уверенностью сказать, что самым лучшим решением является выбор конструктора LEGO (модели для всех уровней). У конструкторов LEGO имеется сильный микроконтроллер (высокая частота процессора, поддержка основных видов беспроводной связи, наличие удобного интерфейса, высокая автономность работы), стандартный набор датчиков и двигателей, а также высокие возможности программирования.

Не сильно уступая, следом идут такие конструкторы, как ТРИК, образовательный набор «Амперка». Конструктор ТРИК обладает сильным микроконтроллером, удобным интерфейсом и значительным набором стандартных компонентов. «Амперка» отличается высоким уровнем программной поддержки.

Далее выделяются конструкторы ScratchDuino и FISCHERTECHNIK с многофункциональными системами и высоким уровнем оценки удобства общего интерфейса программирования.

Исходя из основных показателей и учитывая стоимость базовых наборов конструкторов, можно выделить следующие уровни (по классам):

  • Начальный уровень – 1-4 классы: сборка основных (базовых) моделей роботов, основы программирования, программирование через микроконтроллер (LEGO, HUNA, ScratchDuino, RoboRobo Kids);

  • Средний уровень – 4-7 классы: сборка усложненных моделей роботов, визуальное программирование высокого уровня (LEGO, FISCHERTECHNIK, VEX, HUNA);

  • Старший уровень – 8-11 классы: сборка полностью автономных моделей роботов, программы, написанные на языках программирования (Образовательный набор «Амперка», RoboRobokit, Arduino);

  • Профессиональный уровень – начиная с 8 класса: сборка моделей роботов на основе профессиональных контроллеров и датчиков, программирование на языках программирования (ТРИК, VEX, LEGO, HUNA).

Как видно из уровневого разделения робототехнических систем, некоторые конструкторы могут использоваться во всех возрастных группах, только с разной нагрузкой, а это значит, что они становятся более доступными и удобными для использования (не потребуется переходить на другие платформы и изучать иные системы программирования). Хотя, при работе с разными системами, развивается навык приспособленности.

Анализ опроса молодежи.

Для получения сведений о знаниях молодежи в области робототехники, был проведен опрос среди учащейся в вузах молодежи Курганской, Тюменской, Московской областей и города Москвы. Количество опрошенных – 77 человек.

Вопросы:


    • 18-20;

    • 21-25;

    • укажите ваш возраст:


    • М.;

    • Ж.;

    • укажите ваш пол:


    • встречался(-ась), полностью понимаю, что это;

    • слышал(-а), но не знаю, что это;

    • никогда не слышал(-а);

    • другое;

    • встречались ли вы с понятием робототехника?


    • да, использую. Знаю, что это за системы;

    • да, использую. Не уверен(-а), что знаю, какие;

    • нет, не использую;

    • другое;

    • используете ли вы в своей жизни роботизированные системы?


    • да, слышал(-а), работал(-а) с ними

    • да, слышал(-а), не работал(-а) с ними

    • нет, не слышал(-а)

    • другое.

    • слышали ли вы о робототехнических конструкторах (Lego Mindstorms (NXT), Амперка (Arduino), ТРИК и др.)?

Возрастная категория была выбрана на основе данных о возрасте поступающих в вузы (18-20) и оканчивающих их (21-25). При поступлении в институт, знания в определенных областях наук могут быть не полны, а после выпуска, должны быть на высоком уровне.

Встречались ли вы с понятием робототехника?

Возрастная категория

Встречался(-ась), полностью понимаю, что это

Слышал(-а), но не знаю, что это

Никогда не слышал(-а)

18-20 лет

30

27

2

21-25 лет

16

2

0

Анализируя эти данные, видно, что студенты, учащиеся на старших курсах и выпускающиеся, в большинстве точно знают, что такое робототехника.

Используете ли вы в своей жизни роботизированные системы? Данный вопрос позволяет выяснить, осознают ли студенты, где и как именно применяется робототехника в жизни.

Да, использую. Знаю, что это за системы

Да, использую. Не уверен(-а), что знаю, какие

Нет, не использую

14

38

21

Понимая, что такое робототехника, большинство не совсем осознает, где применяются роботизированные системы.

Возрастные критерии позволяют проанализировать знания студентов и в знании о роботизированных конструкторах. Вопрос: слышали ли вы о робототехнических конструкторах (Lego Mindstorms (NXT), Амперка (Arduino), ТРИК и др.)?

Возрастная категория

Да, слышал(-а), работал(-а) с ними

Да, слышал(-а), не работал(-а) с ними

Нет, не слышал(-а)

18-20 лет

15

21

23

21-25 лет

10

5

3

Также можно увидеть, что к концу обучения в вузе, студенты получают знания о робототехнических конструкторах, а некоторые даже приобретают опыт работы с ними.

Половая характеристика ответов позволяет определить, кто более заинтересован такой областью знаний, как робототехника.

Пол

Встречался(-ась), полностью понимаю, что это

Слышал(-а), но не знаю, что это

Никогда не слышал(-а)

М

16

6

0

Ж

30

23

2

Мужчины более заинтересованы робототехникой, нежели женщины, хотя результаты знаний женщин в области робототехники нельзя назвать плохими. Более половины студенток знакомы с понятием робототехника.

Можно сделать вывод, что молодежь старше 21 года более осведомлена о современных робототехнических системах и конструкторах, а также заинтересованность мужчин выше, чем женщин.

Список использованных источников и литературы.

  1. Гурьев А., Петров И., Грудин А., Мустафин С., Кондратьев Я. Сравнительный анализ и обзор робототехнических конструкторов и платформ. М. ЦПМ, 2015. – 6 с.

  2. Попов Е.П. Робототехника [Текст] / Е.П. Попов, Е.И. Юревич. М. Машиностроение, 2014. - 288 с.

  3. Шахинпур М.И. Курс робототехники: материал технической информации [Текст] / М. Шахинпур; пер. с англ. С. С. Дмитриева; под ред. С.Л. Зенкевича. М. Мир, 2012. - 527 с.

  4. Рудомилов И. Статистика студентов 2012: города, возраст, пол // podebrady.ru : курсы чешского языка при Карловом университете. 2012. URL: https://goo.gl/djiDZW (дата обращения: 24.12.2017).

  5. Социологический опрос // docs.google.com : электронные документы Google. URL: https://goo.gl/FUjTCF (дата обращения: 24.12.2017).

  6. Результаты социологического опроса // docs.google.com : электронные документы Google. URL: https://goo.gl/ScqgJW (дата обращения: 24.12.2017).

Просмотров работы: 607