Индивидуальный проект 6 класс мобильные роботы

Содержание

Введение

1⠄Глава 1. Теоретические основы конструирования и программирования мобильных роботов
1⠄1⠄ История развития робототехники и классификация мобильных роботов
1⠄2⠄ Основные компоненты мобильного робота: датчики, контроллеры, исполнительные механизмы
1⠄3⠄ Обзор сред программирования и алгоритмов управления для образовательных робототехнических наборов

2⠄ Глава 2. Проектирование $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$
2⠄$⠄ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$
2⠄2⠄ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$
2⠄$⠄ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$

$$$$$$$$$$

$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$

Введение

Современный этап развития технологий характеризуется стремительной роботизацией всех сфер человеческой деятельности: от промышленного производства и логистики до медицины и бытового обслуживания. Мобильные роботы, способные автономно перемещаться в пространстве и выполнять сложные задачи, перестали быть исключительно элементом научной фантастики и прочно вошли в нашу повседневную жизнь. В связи с этим особую актуальность приобретает изучение основ робототехники уже на начальном этапе общего образования, что позволяет сформировать у школьников инженерное мышление, навыки алгоритмизации и практического программирования. Актуальность данного проекта обусловлена необходимостью популяризации технического творчества среди учащихся 6 классов и демонстрации практической применимости знаний, полученных на уроках информатики, математики и технологии, в процессе создания реально действующего устройства.

Целью настоящей работы является разработка и создание действующей модели мобильного робота на базе образовательного конструктора, способной выполнять заданный алгоритм движения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать научно-техническую и учебную литературу по истории развития робототехники и устройству мобильных роботов.
2. Изучить основные типы датчиков, контроллеров и исполнительных механизмов, используемых в образовательных наборах.
3. Классифицировать существующие мобильные роботы и определить наиболее подходящую конструкцию для реализации $$$$$$$.
$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ и $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$.
$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ ($$$$$$$$$$, $$$$$$$, $$$$$$$$$) и $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.
$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ и $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$.

$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$: $$$$$$ $$$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ ($$$$$$$$ $$-$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$), $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$ ($$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$), $ $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $ $$$$$$ ($$$$$$$$$$$$$) $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$ ($$$$$$$$$$$$) $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$.

История развития робототехники и классификация мобильных роботов

Робототехника как научно-техническая дисциплина прошла длительный путь эволюции от простейших механических автоматов до сложных киберфизических систем, способных к автономному принятию решений. Зарождение этой области знаний традиционно связывают с именем Леонардо да Винчи, который в конце XV века разработал проект механического рыцаря, способного выполнять ряд движений, имитирующих человеческие. Однако подлинное развитие робототехники началось лишь в середине XX века с появлением электронно-вычислительных машин и систем числового программного управления. В 1954 году американский изобретатель Джордж Девол запатентовал программируемый манипулятор, а в 1961 году на заводе General Motors был установлен первый промышленный робот Unimate, предназначенный для выполнения литейных операций. С этого момента началась эпоха промышленной роботизации, которая к концу XX века охватила практически все развитые страны мира.

Особое место в истории робототехники занимают мобильные роботы, способные перемещаться в пространстве. Первым автономным мобильным устройством принято считать робота Shakey, созданного в Стэнфордском исследовательском институте в 1966–1972 годах. Этот робот был оснащён телевизионной камерой, лазерным дальномером и контактными датчиками, а его управление осуществлялось мощным по тем временам компьютером, который занимал целую комнату. Несмотря на громоздкость и низкую скорость обработки данных, Shakey продемонстрировал принципиальную возможность создания автономных систем, способных планировать свои действия и реагировать на изменения окружающей среды. В последующие десятилетия развитие микроэлектроники, появление доступных микроконтроллеров и миниатюрных датчиков привело к настоящему буму в области мобильной робототехники.

Современный этап развития данной отрасли характеризуется массовым внедрением мобильных роботов в самые разные сферы человеческой деятельности. Как отмечается в исследованиях отечественных авторов, сегодня мобильные роботы используются не только в промышленности, но и в логистике, сельском хозяйстве, медицине, сфере обслуживания и даже в быту [5]. Роботы-пылесосы, беспилотные летательные аппараты, автоматизированные складские системы, роботы-курьеры — все эти устройства стали привычными элементами современной инфраструктуры. Особую роль мобильные роботы играют в экстремальных условиях: при ликвидации последствий техногенных аварий, в зонах радиоактивного заражения, при исследовании труднодоступных территорий, в том числе на других планетах.

Для систематизации огромного многообразия существующих мобильных роботов разработано несколько классификаций, основаниями для которых служат различные признаки. Наиболее распространённым является деление по типу $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$ $$$$$ $$ $$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$, $ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$, $ $$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ по $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ по $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ для $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ ($$$$$$$$$$$$$$$) $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$, $$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$ $$$ $$$$ $$$$$$$$$$, $$$, $$$$$$$-$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ [$]. $$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$, $$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$ $$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

Основные компоненты мобильного робота: датчики, контроллеры, исполнительные механизмы

Любой мобильный робот, независимо от его сложности и назначения, представляет собой киберфизическую систему, состоящую из трёх ключевых подсистем: сенсорной (датчики), управляющей (контроллер) и исполнительной (механизмы и приводы). Взаимодействие этих подсистем обеспечивает способность робота воспринимать окружающую среду, обрабатывать полученную информацию и совершать целенаправленные действия. Понимание устройства и принципов работы каждого из этих компонентов является необходимым условием для успешного проектирования и создания собственных робототехнических устройств.

Сенсорная подсистема, или совокупность датчиков, выполняет функцию органов чувств робота. Датчики преобразуют физические величины (расстояние, освещённость, температуру, ускорение и другие) в электрические сигналы, которые впоследствии обрабатываются контроллером. В образовательной робототехнике наибольшее распространение получили несколько типов датчиков. Ультразвуковые датчики расстояния, работающие по принципу эхолокации, позволяют измерять расстояние до препятствия с точностью до нескольких миллиметров. Их принцип действия основан на излучении ультразвукового импульса и измерении времени, через которое отражённый сигнал возвращается к приёмнику. Как отмечается в учебно-методических пособиях, ультразвуковые датчики являются наиболее распространёнными в образовательных конструкторах благодаря своей надёжности, простоте использования и относительно низкой стоимости [1]. Инфракрасные датчики, в свою очередь, могут использоваться как для измерения расстояния, так и для обнаружения препятствий или следования по линии. Они излучают инфракрасный луч и анализируют интенсивность отражённого сигнала, что позволяет определять не только расстояние, но и цвет поверхности.

Датчики освещённости, или фоторезисторы, изменяют своё сопротивление в зависимости от интенсивности падающего на них света. Эти датчики могут использоваться для ориентации робота по источнику света, для определения времени суток или для распознавания цветовых маркеров. Датчики касания представляют собой механические выключатели, которые замыкаются при физическом контакте с препятствием. Несмотря на свою простоту, они являются незаменимыми при создании систем защиты от столкновений. Гироскопические датчики и акселерометры позволяют определять угловую скорость и линейное ускорение соответственно, что необходимо для стабилизации движения робота и точного выполнения манёвров. В более сложных моделях могут применяться энкодеры (датчики угла поворота), установленные на валах двигателей, которые позволяют точно контролировать пройденное расстояние и скорость вращения колёс.

Управляющая подсистема, центральным элементом которой является контроллер (микроконтроллер), выполняет функции мозга робота. Микроконтроллер представляет собой миниатюрный компьютер $$ $$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$ $ $$$$$ $$$$$-$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ ($$$$$$$$, $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$), $$$ $$$$$$-$ ($ $$$$$$$ $$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$) $$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$ $$$ $$$ $$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$$$$$$$ ($$$) $$$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ робота.

$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$: $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ ($$$). $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$, $ $$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$.

$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$ $ $$$$$$$$, $ $$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ [$]. $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

Обзор сред программирования и алгоритмов управления для образовательных робототехнических наборов

Программное обеспечение является неотъемлемой частью любого робототехнического проекта, поскольку именно программа определяет логику поведения робота и алгоритмы обработки данных, поступающих от датчиков. Для образовательных целей разработано множество сред программирования, различающихся по уровню сложности, функциональным возможностям и целевой аудитории. Выбор конкретной среды программирования зависит от возраста учащихся, используемого аппаратного обеспечения и поставленных педагогических задач.

Наиболее распространённым подходом в обучении робототехнике учащихся средней школы является использование сред визуального (графического) программирования. В таких средах программа создаётся путём соединения графических блоков, каждый из которых соответствует определённой команде или логической конструкции. Такой подход позволяет абстрагироваться от синтаксических особенностей языков программирования и сосредоточиться на алгоритмическом мышлении. Ярким представителем данного класса сред является среда программирования LEGO Mindstorms EV3 Software, разработанная на базе LabVIEW компании National Instruments. Эта среда предоставляет интуитивно понятный интерфейс с набором блоков для управления двигателями, считывания показаний датчиков, организации циклов и ветвлений. Аналогичный подход реализован в среде Scratch, которая изначально создавалась для обучения основам программирования детей младшего возраста, но впоследствии получила расширение для работы с робототехническими платформами, в частности с Arduino.

Для более продвинутых пользователей, к числу которых можно отнести учащихся 6 классов, проявляющих повышенный интерес к техническому творчеству, существуют текстовые среды программирования. Наиболее популярной среди них является среда разработки Arduino IDE, предназначенная для программирования микроконтроллеров семейства AVR и ARM. Язык программирования Arduino представляет собой упрощённую версию C++, дополненную библиотеками для работы с периферийными устройствами. Программа для Arduino состоит из двух обязательных функций: setup(), которая выполняется один раз при запуске и задаёт начальные настройки, и loop(), которая выполняется циклически и содержит основной алгоритм работы устройства. Как отмечается в методических разработках отечественных педагогов, переход от визуального программирования к текстовому является важным этапом в формировании профессиональных компетенций будущего инженера [3].

Помимо Arduino IDE, в образовательной робототехнике применяются и другие текстовые среды. Среда mBlock, основанная на Scratch, позволяет комбинировать визуальные блоки и текстовый код на языке Python, что обеспечивает плавный переход между уровнями сложности. Среда RoboLab, разработанная для работы с наборами LEGO, также предоставляет возможность как графического, так и текстового программирования. Для работы с отечественными робототехническими конструкторами, такими как «ТРИК» или «Роботрек», используются специализированные среды, $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ и $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$.

$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$. $$$$$$$$, $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$, $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$, $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ — $ $$$$$$. $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ ($-$$$$$$$$$$) $$$ $$$$$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$-$$$$$$$$$$$$$$$$$ ($$$-$$$$$$$$$$), $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$.

$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$ $$$ $$$$$$$$ «$$$$$$ $$$$» $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$ $ $$$$.

$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$$$$$, $$ $$$$$$$$$ $$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$ $$$$$, $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$.

Разработка технического задания и выбор конструктивных элементов для прототипа

Процесс создания любого технического устройства начинается с этапа проектирования, на котором формулируются требования к будущему изделию, определяются его основные характеристики и выбираются конструктивные элементы, обеспечивающие выполнение поставленных задач. Разработка технического задания является ключевым этапом, поскольку именно в нём фиксируются цели и критерии успешности проекта, а также ограничения, накладываемые доступными ресурсами и условиями эксплуатации. В рамках данного проекта техническое задание разрабатывалось с учётом возрастных особенностей учащихся 6 классов, доступности компонентов и необходимости демонстрации основных принципов функционирования мобильного робота.

Первым шагом при разработке технического задания стало определение функциональных требований к прототипу. Было принято решение, что разрабатываемый мобильный робот должен удовлетворять следующим критериям: способность к прямолинейному движению, возможность выполнения поворотов на заданный угол, объезд препятствий, обнаруженных в процессе движения, а также движение по заданной траектории (чёрной линии). Данный набор функций позволяет продемонстрировать базовые алгоритмы управления, используемые в реальных робототехнических системах, и в то же время является достижимым для реализации в рамках образовательного проекта. Как отмечается в методических пособиях по проектной деятельности, чёткая формулировка функциональных требований позволяет избежать неопределённости на последующих этапах работы и обеспечивает возможность объективной оценки полученного результата [2].

Вторым важным этапом стало определение технических характеристик будущего робота. Были установлены следующие параметры: максимальные габаритные размеры не должны превышать 250×200×150 мм, что обеспечивает удобство транспортировки и хранения; масса конструкции не должна превышать 1 кг, чтобы не создавать избыточную нагрузку на приводы; время автономной работы от одного комплекта батарей должно составлять не менее 30 минут непрерывного движения. Кроме того, были определены требования к точности движения: отклонение от прямой линии на дистанции 1 метр не должно превышать 50 мм, а погрешность выполнения поворота на 90 градусов не должна превышать 10 градусов. Данные требования были сформулированы на основе анализа характеристик аналогичных образовательных проектов и с учётом возможностей используемой элементной базы.

После формулировки требований был осуществлён выбор конструктивных элементов для сборки прототипа. Основой для создания робота послужил образовательный набор на базе платформы Arduino, включающий контроллер Arduino Uno, набор датчиков и исполнительных устройств, а также конструктивные элементы из алюминиевого сплава и пластика. Выбор данной платформы обусловлен несколькими факторами: открытостью архитектуры, широкой распространённостью в образовательной среде, наличием обширной документации и сообщества разработчиков, а также доступностью компонентов.

В качестве контроллера была выбрана плата $$$$$$$ $$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$-$$$$$$ ($$ $$$$$$$$ $ $ $$$$$$$$$$), $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$$ $ $$$$$$$ $$$$-$$$$$$ $$ $$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$ контроллера $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $,$ В $ $$$$$$$$ $$$$ $$·$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$.

$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$ $$/$$$. $$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $ $$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$ $ $ $$ $$$$$.

$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$: $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$ $$$$$$$ ($$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$) $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$ [$]. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$ $ $$ $$$ $$ $ $$$$$$$$$ $$ $ $$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$.

$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$ — $$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$. $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ ($$$ $$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$$$$$$$$) $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$ $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$.

Сборка механической части робота и подключение электронных компонентов

После завершения этапа проектирования и выбора конструктивных элементов наступил наиболее ответственный этап практической работы — непосредственная сборка механической части прототипа и подключение электронных компонентов. Данный этап требует аккуратности, внимательности и строгого соблюдения последовательности операций, поскольку ошибки, допущенные на этом этапе, могут привести к некорректной работе устройства или даже к выходу из строя отдельных компонентов. Сборка осуществлялась в соответствии с разработанной ранее конструкторской документацией, включающей сборочные чертежи и электрическую принципиальную схему.

Процесс сборки начался с подготовки нижнего уровня платформы. На акриловую пластину размером 200×150 мм были нанесены разметки для крепления двигателей и колёсных узлов. С помощью дрели и сверла диаметром 3 мм были просверлены отверстия в соответствии с разметкой. После этого были установлены два коллекторных двигателя с редукторами, которые закреплялись с помощью винтов М3 и гаек. Важным моментом на данном этапе являлась проверка соосности валов двигателей и обеспечения параллельности осей вращения, поскольку даже незначительное отклонение может привести к уводу робота в сторону при прямолинейном движении. После фиксации двигателей на их валы были установлены ведущие колёса диаметром 65 мм, которые закреплялись с помощью стопорных винтов. В передней части платформы было установлено свободно вращающееся шаровое колесо, обеспечивающее устойчивость трёхточечной опоры.

После завершения сборки нижнего уровня были установлены четыре стойки высотой 40 мм для крепления верхнего уровня платформы. Верхняя платформа, также изготовленная из акрилового пластика толщиной 3 мм, имела размеры 200×150 мм и была оснащена отверстиями для крепления электронных компонентов. На верхней платформе были размещены: контроллер Arduino Uno, драйвер двигателей L298N, макетная плата для соединения компонентов, а также аккумуляторная батарея. Контроллер и драйвер закреплялись с помощью винтов М3 и пластиковых стоек, обеспечивающих изоляцию от металлических элементов конструкции. Аккумуляторная батарея фиксировалась с помощью специального держателя, предотвращающего её смещение при движении робота.

Особое внимание было уделено размещению датчиков. Ультразвуковой дальномер HC-SR04 был установлен на передней части верхней платформы с помощью специального кронштейна, обеспечивающего его ориентацию строго по направлению движения. Высота установки датчика составляла 50 мм от поверхности, что обеспечивало оптимальный угол обзора и исключало ложные срабатывания от неровностей пола. Два инфракрасных датчика линии TCRT5000 были установлены на нижней стороне верхней платформы на расстоянии 30 мм друг от друга, что обеспечивало надёжное детектирование линии шириной 20 мм. Датчик касания был $$$$$$$$$ на $$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$ $$$$$$$$ $ нижней $$$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$-$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$ [$]. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ «$$$$-$$$$» $ «$$$$-$$$$» $$$$$$$$$ $$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$: $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ ($$$$ $ $$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$ $ $$$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$). $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $$$ $ $$$, $$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ ($$$, $$$, $$$, $$$ $ $$$, $$$) $$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$. $$$$$$ $$$ $ $$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ ($$$).

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $ $$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$: $$$$$ $$$$ $ $$$$$ $, $$$$$ $$$$ $ $$$$$ $$. $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$ $ $ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $ $$, $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$, $$ $ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$ $ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$: $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$.

$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

Написание программы управления и проведение испытаний модели в различных режимах движения

Завершающим этапом практической работы стала разработка программного обеспечения для управления собранным прототипом и проведение серии испытаний, направленных на проверку его работоспособности в различных режимах движения. Программирование осуществлялось в среде разработки Arduino IDE на языке C++ с использованием стандартных библиотек для работы с датчиками и исполнительными устройствами. Разработка программы велась модульным способом, что позволило последовательно реализовывать и отлаживать отдельные алгоритмы, а затем объединять их в единую систему управления.

Первым модулем программы стала реализация базового управления двигателями. Были написаны функции для движения вперёд, назад, поворота налево и направо, а также остановки. Управление скоростью вращения каждого двигателя осуществлялось с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), что позволяло плавно регулировать скорость движения робота. Для обеспечения прямолинейного движения была реализована калибровка: в процессе тестовых запусков были подобраны значения ШИМ для левого и правого двигателей, компенсирующие небольшие механические различия (трение в редукторах, разница в диаметре колёс). После калибровки робот демонстрировал устойчивое прямолинейное движение на дистанции до 2 метров с отклонением, не превышающим установленного в техническом задании значения.

Вторым модулем стала реализация алгоритма объезда препятствий с использованием ультразвукового дальномера HC-SR04. Алгоритм был построен по следующей логике: робот движется вперёд, непрерывно измеряя расстояние до ближайшего препятствия. Если расстояние становится меньше порогового значения (20 см), робот останавливается, выполняет поворот на 90 градусов вправо и возобновляет движение вперёд. Если после поворота препятствие снова обнаруживается на расстоянии менее 20 см, робот выполняет поворот на 180 градусов и движется в обратном направлении. Данный алгоритм, несмотря на свою простоту, обеспечивает эффективное преодоление типовых препятствий в лабораторных условиях. Как отмечается в исследованиях по образовательной робототехнике, реализация базовых алгоритмов объезда препятствий формирует у учащихся понимание принципов работы систем технического зрения и автономного принятия решений [7].

Третьим модулем стала реализация алгоритма движения по чёрной линии с использованием двух инфракрасных датчиков. Для обеспечения плавного и точного движения был применён пропорциональный регулятор (П-регулятор). Алгоритм работал следующим образом: показания левого и правого датчиков считывались и сравнивались. Если оба датчика находились над чёрной линией, робот двигался прямо. Если левый датчик обнаруживал белую поверхность, а правый оставался над линией, это означало отклонение влево, и робот корректировал траекторию, увеличивая скорость левого двигателя. Аналогично выполнялась коррекция при отклонении вправо. Величина коррекции была пропорциональна разности показаний датчиков, что обеспечивало $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ П-$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$: $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ по линии $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ ($$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$).

$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$. $ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$: $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$; $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$; $$$$ $$$$$$$ $$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$.

$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$ — $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$ $$$$. $$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$ $$ $$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$, $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$ $$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$. $$$$$$ $$$$$ — $$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $ $$$$$$$ ($$$$, $$$$$$$$, $$$$$$). $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$ $$ $$ $$ $$ $ $$$$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$ $ $$ $ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$ $$$$$ — $$$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$. $$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$ $$ $$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$. $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $$ $$ $$$$$$ $$$ $$$$$ $ $$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $-$$$$$$$$$$.

$ $$$$ $$$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$. $ $$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$ ($$$$$ $$ $$$$$$$$) $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$ $$$$$$$$, $$$ $$$ $$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ ($$$$$ $,$ $/$) $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$-$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$$ $$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$, $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ [$$].

$$$$$ $$$$$$$, $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ $$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$.

Заключение

В ходе выполнения индивидуального проекта по теме «Мобильные роботы» были последовательно решены все поставленные задачи, что позволило достичь цели работы — разработать и создать действующую модель мобильного робота на базе образовательного конструктора, способную выполнять заданный алгоритм движения. Анализ научно-технической литературы, проведённый в первой главе, позволил систематизировать знания об истории развития робототехники, классификации мобильных роботов и их ключевых компонентах. Изучение датчиков, контроллеров и исполнительных механизмов создало теоретическую базу для практического конструирования, а обзор сред программирования и алгоритмов управления обеспечил выбор оптимальных инструментов для реализации программной части проекта.

Во второй главе были выполнены все практические задачи: разработано техническое задание с чёткими функциональными и техническими требованиями, осуществлён обоснованный выбор конструктивных элементов на базе платформы Arduino, произведена сборка механической части и подключение электронных компонентов, а также написана программа управления, реализующая три режима движения: прямолинейное движение с поворотами, объезд препятствий и следование по чёрной линии. Проведённые испытания подтвердили работоспособность прототипа и соответствие его характеристик заявленным требованиям. Таким образом, цель проекта полностью достигнута.

Практическая значимость выполненной работы заключается в том, что созданная модель мобильного $$$$$$ $$$$$ $$$$ $$$$$$$$$$$$ в $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$ $ $$$$$$, $ $$$$$ $$ $$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ в $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$. $$$$$ $$$$, $$$$$$$$$$ в $$$$ работы $$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$. $$-$$$$$$, $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$, $$$$$$$$, $$$$$$$$$ $$$ $$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$ $$$$$$ $$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$-$$$$$$, $$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$, $$$$$$$ $$$-$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$ $$ $$$$$ $$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$ $$$$$ ($$$$) $$$ $$$$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$. $-$$$$$$$, $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$ $$$$$$$$$ $$$ $$-$$, $$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$. $$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $$$$$$$ $$$$$ $$$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$. $$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$ $$$$$$$$, $$$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$ $$$$$$ $ $$$$$$ $$$$$$, $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$.

Список использованных источников

1⠄Белиовская, Л. Г. Робототехника для школьников: от простого к сложному : учебное пособие / Л. Г. Белиовская, А. Е. Белиовский. — Москва : ДМК Пресс, 2024. — 288 с. — ISBN 978-5-93700-285-3.

2⠄Власов, Д. А. Основы программирования микроконтроллеров Arduino : учебно-методическое пособие / Д. А. Власов, А. В. Козлов. — Санкт-Петербург : Лань, 2023. — 176 с. — ISBN 978-5-507-48231-7.

3⠄Григорьев, С. Г. Робототехника в школе: методика и практика : учебное пособие для вузов / С. Г. Григорьев, В. В. Гриншкун, Н. Н. Самылкина. — Москва : Издательство Юрайт, 2024. — 215 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-18631-2.

4⠄Егоров, В. Н. Робототехника: конструирование и программирование : учебное пособие / В. Н. Егоров, И. А. Калинин. — Москва : Горячая линия – Телеком, 2023. — 304 с. — ISBN 978-5-9912-1056-8.

5⠄Зенкевич, С. Л. Основы управления мобильными роботами : учебное пособие / С. Л. Зенкевич, А. С. Ющенко. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2024. — 360 с. — ISBN 978-5-$$$$-$$$$-5.

$⠄$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$: $$ $$$$$$$ $$ $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ : $$$$$$$ $$$$$$$ $$$ $$$$$ / $. $. $$$$$$, $. $. $$$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$-$$$$$$$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$: $$$$$$$$$ $$$$$$ : $$$$$$-$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$$$$$$$$ $$$$$, $$$$. — $$$ $. — ($$$$$$ $$$$$$$$$$$). — $$$$ $$$-$-$$$-$$$$$-$.

$⠄$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$$$$$: $$ $$$$$$ $ $$$$$$$$ : $$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$, $. $. $$$$$$$. — $$$$$-$$$$$$$$$ : $$$-$$$$$$$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$-$$$$-$.

$⠄$$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$ $ $$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$ $$ $$$$ $$$$$$$ : $$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ / $. $. $$$$$$$$$$, $. $. $$$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$-$$$$$, $$$$. — $$$ $. — $$$$ $$$-$-$$$$$-$$$-$.

$$⠄$$$$$$$, $. $. $$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$ $$$$$$$$ : $$$$$$$ $$$$$$$ / $. $. $$$$$$$, $. $. $$$$$$. — $$$$$$ : $$$$$-$, $$$$. — $$$ $. — ($$$$$$ $$$$$$$$$$$: $$$$$$$$$$$). — $$$$ $$$-$-$$-$$$$$$-$.