Как организовать кружок робототехники



    UPD: Опубликовали новую версию руководства.

    Как и обещали, делимся нашим опытом по организации занятий. Здесь мы опишем общие принципы: где их организовывать, что для этого нужно, как набирать детей, как с ними лучше управляться. Так же сделаем небольшой обзор доступных железок для робототехники.



    Поиск помещения


    Самый простой и комфортный вариант — пойти в какой-нибудь частный кружок. Там все за вас сделают, вам останется лишь преподавать. Зарплата — около 400 р. в час (в Екатеринбурге). Обычно хороших преподавателей у них не хватает, поэтому, даже если вы придете с улицы, велик шанс, что вам будут рады.

    Второй вариант — в какой-нибудь общеобразовательной школе. Сейчас все они в обязательном порядке оборудованы компьютерными классами. Существуют различные варианты, как оформить занятия. Например, сейчас есть дисциплина “Технология”, можно в рамках нее занятия проводить, можно оформить как спецкурс или кружок — какую именно форму выбрать нужно решать в частном порядке. Зарплаты в школах — порядка 200 р. (опять же, в Екб.). Главная неприятность состоит в следующем: чтобы официально устроиться нужно походить за справками, а в процессе обучения оформлять всякие учебные планы и отчетность, тут вам будет очень полезна помощь руководства школы и других преподавателей. Вообще лояльность руководства очень важна, они должны вам полностью доверять и содействовать.

    Третий вариант — различные учреждения допобразования (дворцы пионеров, дворцы детского творчества, станции юных техников и т.д.). В общем-то то же, что в школах, только зарплаты там почему-то в разы меньше, и компьютерные классы есть далеко не везде, однако с бюрократией проблем меньше.

    Еще вариант — организовать что-то в собственном офисе, в основном для детей сотрудников.

    Нашли место, что дальше


    Дальше нужно разведать базу потенциальных учеников, для этого узнать, сколько учеников в старших классах окрестных школ, какой у них уровень. Например, в сельских школах достаточно типична ситуация, когда уровень учеников очень низок, и все они после после 9-го класса поступают в ПТУ, поэтому 10-11 классов нет вообще, а уровень девятого класса едва дотягивает до уровня 6-го класса хороших школ; в таких условиях вам будет очень сложно что-то организовать.

    Затем, если учеников достаточно, нужно позвать их в кружок. Иногда достаточно развесить по школе объявления. Мы также практикуем пробные занятия: на уроки информатики приносим необходимые железки, и даем с ними поиграться. Таким образом, идет более качественный отбор и по интересам, и по способностям.

    Каким образом учить


    Мо-ти-ва-ци-я. Это самое главное. Дети должны уткнуться в монитор и беспокоить вас, только когда проблемы возникают. В этом случае от вас не требуется каких-то педагогических способностей, достаточно лишь уметь объяснять; вам даже не нужно будет убеждать их в необходимости изучения каких-то фундаментальных вещей, как только они потребуются для достижения цели, дети сами начнут упрашивать рассказать о них. Так занятия вам становятся не менее интересны, чем детям.

    На начальном этапе главным мотивом школьников является естественный интерес к технике — магия преобразования строчек на экране в механическое движение. В этом главное свойство образовательной робототехники — это единственная техническая область, которая действительно интересна детям. На первом же уроке в самом начале нужно показать им что-то интересное, чтобы они этим загорелись.
    Со временем первичный интерес угасает, основной метод поддержания его — участие в соревнованиях. Если у детей появляется азарт, то они уже обо всем забывают.

    Менее распространенный вариант — делать что-то, имеющее практическое применение, например, элементы умного дома, и внедрять это.

    Поначалу у детей обязательно должно быть пособие, по которому они могли бы самостоятельно все сделать. Связано это с тем, что скорость освоения у всех разная, все будут находиться на разных этапах, а заниматься со всеми индивидуально по-началу будет тяжело. Когда они освоят базовые вещи, начнется творчество. Тогда уже можно будет иногда читать общие лекции и вести индивидуальные проекты. Высший пилотаж — научить их пользоваться гуглом, и выяснять все самостоятельно.

    Обычно дети занимаются парами, в одном классе — до 14 человек.

    Чему именно учить


    Hard way: учите тому, чем сами увлекаетесь. Например, наш товарищ мастерил себе умную сигнализацию на даче, а потом вместе со школьниками делал такую же сигнализацию в их школе (позже подготовим пост с рассказом). Для этого вам самостоятельно придется написать пособие. Никаких особенных скилов для этого иметь не нужно, если вы умеете писать хорошую техдокументацию, то и пособие вы без проблем напишите, по сути это одно и то же. Если вы выбрали данный путь, вам, возможно, помогут хорошие материалы на adafruit.com.

    Вариант попроще — купите специальные детские конструкторы. Перед выбором пройдитесь по окрестным кружкам, посмотрите, на чем там занимаются, чтобы можно было потом с ними соревноваться (см. раздел про мотивацию).

    Обзор железок


    Поначалу мы собирались сделать полное описание всего, что есть, однако задача оказалась слишком объемной, поэтому для начала мы сделаем общий обзор того, с чем сталкивались.

    Тема железок по уровню холиварности может соперничать с темой различных ОС, боюсь, избежать этого все равно не удастся, но мы попробуем.

    Lego

    Очень дорогое (минимальный комплект — 17К), самое распространенное (почти монополист), с самой развитой инфраструктурой (куча курсов, масштабные конкурсы), самое простое в освоении.

    Основной недостаток — закрытость и оторванность от реальности. В конструкторе используются патентованные соединения, которые нигде больше не применяются (патенты, правда, недавно истекли, но на практическом использовании это пока не сказалось), собственные язык программирования и среда разработки (хотя другие языки в принципе поддерживаются, ими по факту никто не пользуется), даже связь между электронными компонентами идет по собственным протоколам.

    Вообще идеологически Лего очень похоже на Майкрософт, некоторые Майкрософт не любят.

    Легоподобные конструкторы на аналогах Arduino

    Fischertechnik, Huna, возможно, еще какие-то есть, о которых мы не знаем. Цена ниже, качество тоже немного ниже, инфраструктура сильно менее развита. Зато электроника вся стандартна, можно отдельно что-то закупать, больше простор для творчества.

    Отдельно упомянем Multiplo — опенсорсный конструктор. К сожалению России до сих под никто не озаботился его производством или поставками, только по интернету заказывать.

    Мобильные платформы на базе ардуино

    Готовые самоездящие машинки с датчиками, которые и собирать почти не нужно, вот, например. В зависимости от конфигурации могут ездить по каким-то заданным траекториям, толкать друг друга, еще что-то делать. Стоимость одной штуки — от трех с половиной тысяч. Работа с ними состоит исключительно из программирования.

    Raspberri Pi и аналоги

    На борту у Raspberry почти десктопный Линукс, благодаря этому поддерживаются все популярные языки программирования (мэйнстримом является python), можно пускать параллельные процессы, запускать их по крону, подключать разные девайсы по USB, запускать разные софтины, например, для обработки изображение, есть веб-сервер, короче, полный комплект радости ИТшника из коробки. Из недостатков — большое энергопотребление (до 5 ватт), более высокая цена, чем у ардуино.

    Свой курс мы сделали на Raspberry, однако сейчас больше смотрим в сторону опенсорсных аналогов, например, BeagleBone — более мощный, меньше ненужных вещей, типа разных аудио- и видеовыходов.

    Конструкторов, в качестве мозгов которых в базе шла бы Raspberry, мы не знаем, приходится самому что-то выдумывать.

    Есть еще разные очень дорогие конструкторы (гораздо более дорогие, чем Лего), но мы их не рассматривали.

    Вообще по нашему мнению наиболее перспективно — Multiplo с каким-нибудь опенсорсным аналогом Raspberry или Arduino на борту. Мы пытаемся развивать именно это направление, ищем себе союзников.

    Будем рады, если присутствующие поделятся своим опытом на счет железок, может, у кого-то он даже богаче, чем у нас. Да и на счет остального тоже.
    MakeItLab 75,08
    Компания
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 22
    • 0
      А был ли опыт организации технических кружков в учреждениях среднего и высшего профессионального образования? Я работаю в радиотехническом колледже Екатеринбурга и у нас беда с такими кружками. Их всего три! И в нашем колледже готовы платить за это по 180 рублей за академический час (т.е. 360 руб/пара).
      Еще мне не до конца понятно откуда брать финансирование на организацию кружка? Я имею ввиду на закупку оборудования. Готовы ли школы все это закупать?
      • 0
        В нашей схеме конкурса — в выдаваемый преподавателю робототехники грант — входит часть на покупку «железа» (учебных наборов для преподавания).

        А по поводу кружков для студентов — полностью согласен — это тоже было бы очень полезно. Навык сборки автоматизированного стенда для своего диплома/проекта — это было бы круто.

        • +1
          Я так понял, что у вас есть опыт организации подобных кружков в школах и мне интересно что делать тем, кто не может получить грант от частных лиц. Идут ли школы на закупку оборудования?
          Кстати, если интересно мое мнение по поводу железа, то я считаю, что с точки зрения развития творческих способностей в области робототехники нужен советский конструктор, ардуина, несколько двигателей/сенсоров/светодиодов/еще чего-то плюс описание нескольких готовых конструкций и все.
          То есть здорово было бы придумать набор запчастей из которых можно было бы собирать действительно разных роботов, а не просто ардуину на колесах. Из одного и того же набора и манипулятор, и тортл-бота, и станок с ЧПУ, и что бы то ни было. Lego это позволяет, но все части в ней какие-то проприетарные. А из остальных китов можно собрать только то, что заложили разработчики.
          • 0
            Multiplo — как раз то, о чем вы говорите, по сути это и есть советский железный конструктор.
        • 0
          В школах чаще всего родители на железки скидываются.
        • 0
          Для организации нужен спонсор — крупная компания, которая имеет свое влияние в Вашем городе, районе, области. Такие компании иногда устраивают конкурсы и выдают гранты. Вот именно сегодня я такой компании подавал грант на выделение 15 млн. руб на открытие крупной нау-тех площадки.
          • 0
            Выбивать деньгу у родителей — дохлый номер, даже не пробуйте! Во первых это скажется на их благосостоянии, так как робототехника — не дешевое хобби, во вторых в школах и так деньги дерут на всякие сборы. Пожалейте родителей. Такие кружки обязательно должны быть бесплатными.
            • 0
              Вы можете выбить деньги у местной Администрации (у Муниципального Казенного Учреждения) чтобы те, например через отдел образования выделили вам сумму на открытие такого кружка. По началу лучше сразу закупить наборы Lego (нет, я не фанат таких видов робототехники) и вовлечь детей от 5 — 11 классов, а таких поверьте наберется на 2-4 группы. Руководство увидит актуальность такого направления, и будут выделять хорошие деньги на развитие (как они думают — своего ОУ) вашего кружка. Почему Lego? — потому как собрал — разобрал — убрал. Детали все на месте. Докупать не надо. По крайней мере до следующего реального финансирования.
              • 0
                По началу лучше сразу закупить наборы Lego

                Вы уж меня извините, конечно, но вероятность «закупить» даже пару наборов LEGO за 17K на средства полученные от местной администрации ничтожно мала, а вот идея попытать счастья у спонсора дельная
                • 0
                  Существуют программы образовательные. Я работаю в сфере ИТ (и большинство полезной и важной инфы проходит через нас) в том числе образовательные упраления, администрации. Я знаю что на образование трятятся миллионы. Предложите школе организовать кружок Lego-робототехники. Закупите хотя бы 10 наборов и лицензию на ПО. Объясните директору что мол у вас в школе есть уже готовый под это дело — кабинет — информатики, и что вам лишь остается купить наборы к нему (объясните что наборы не расходные — то есть на следующий год не нужно их снова покупать (в отличии от Arduino)) и установить ПО на ПК класса. Детей соберете за раз — ведь все любят конструктор. Дети смогут участвовать в соревнованиях многих. А там и спонсора привлечете.
          • 0
            Использую обычную FPGA плату (Altera DE1, стартовый набор). Но это скорее просто программирование нежели робототехника.
            • +1
              Вожу детей на аналогичный кружок в Минске. Старшему 10, младшему 6, обоим очень нравится.
              • +1
                Делаем простейшего робота

                Сделать робота можно, используя лишь одну микросхему драйвера моторов и пару фотоэлементов. В зависимости от способа соединения моторов, микросхемы и фотоэлементов робот будет двигаться на свет или, наоборот, прятаться в темноту, бежать вперед в поисках света или пятиться, как крот, назад. Если добавить в схему робота пару ярких светодиодов, то можно добиться, чтобы он бегал за рукой и даже следовал по темной или светлой линии.

                Принцип поведения робота основывается на «фоторецепции» и является типичным для целого класса BEAM-роботов. В живой природе, которой будет подражать наш робот, фоторецепция — одно из основных фотобиологических явлений, в котором свет выступает как источник информации.

                В качестве первого опыта обратимся к устройству BEAM-робота, двигающегося вперед, когда на него падает луч света, и останавливающегося, когда свет перестает его освещать. Поведение такого робота называется фотокинезисом — ненаправленным увеличением или уменьшением подвижности в ответ на изменения уровня освещённости.

                В устройстве робота кроме микросхемы драйвера моторов L293D будет использоваться только один фотоэлемент и один электромотор. В качестве фотоэлемента можно применить не только фототранзистор, но и фотодиод или фоторезистор.
                В конструкции робота мы используем фототранзистор n-p-n структуры в качестве фотосенсора. Фототранзисторы на сегодняшний день являются, пожалуй, одним из самых распространенных видов оптоэлектронных приборов и отличаются хорошей чувствительностью и вполне приемлемой ценой.

                На рисунке приведены монтажная и принципиальная схемы робота, и если вы еще не очень хорошо знакомы с условными обозначениями, то, исходя из двух схем, несложно понять принцип обозначения и соединения элементов. Провод, соединяющий различные части схемы с «землей» (отрицательным полюсом источника питания), обычно не изображают полностью, а на схеме рисуют небольшую черточку, обозначающую, что это место соединяется с «землей». Иногда рядом с такой черточкой пишут три буквы «GND», что означает «землю» (ground). Vcc обозначает соединение с положительным полюсом источника питания. Вместо букв Vcc часто пишут +5V, показывая тем самым напряжение источника питания.

                Принцип действия схемы робота очень простой. Когда на фототранзистор PTR1 упадет луч света, то на входе INPUT1 микросхемы драйвера двигателей появится положительный сигнал, мотор M1 начнет вращаться. Когда фототранзистор перестанут освещать, сигнал на входе INPUT1 исчезнет, мотор перестанет вращаться и робот остановится.

                Чтобы скомпенсировать проходящий через фототранзистор ток, в схему введен резистор R1, номинал которого можно выбрать около 200 Ом. От номинала резистора R1 будет зависеть не только нормальная работа фототранзистора, но и чувствительность робота. Если сопротивление резистора будет большим, то робот будет реагировать только на очень яркий свет, если небольшим — чувствительность будет более высокой. В любом случае не следует использовать резистор с сопротивлением менее 100 Ом, чтобы предохранить фототранзистор от перегрева и выхода из строя.

                image

                старая затея!
              • +1
                Внезапно минобр решил об этом вспомнить
                • 0
                  Не знаю что решил вспомнить минобр но нам в учреждении озвучили такую концепцию: активно переходим на автономию (переход был прошлой осенью). Теперь все бюджетные занятия будут по госзаказу. Госзаказ гарантирован до 2016 года — а там ничего не обещаем.
                  Уже сейчас на следующий год урезали часы до 18 часов на педагога (один учебный час в основном 30 минут, поскольку дети от 10 лет). То есть около 10 календарных часов занятий я могу дать. Всё остальное — набирай платные группы, зарабатывай денюжку для организации. При чем ищи детей сам, сметы расчитывай сам, веди набор детей сам… А большая часть денег организации идёт, в которой между прочим есть бухгалтерия и рекламный отдел…
                  Короче на словах у государства одно а на деле другое… Ну или они просто забыли уточнить что оплачивать всю эту прелесть родителям придётся.
                • +1
                  Вы очень крутые. У нас для совсем маленьких есть littlebits, постарше SumoBots от Parallax и наборы Амперки.
                  • 0
                    Если будет возможность, напишите про ваш опыт преподавания робототехники, про наборы, будет интересно услышать.
                  • +1
                    Из моего личного 2,5летнего опыта в кружке робототехники (Дворец Молодёжи Екатеринбурга).
                    Насчет лего я первый год тоже ходил и бурчал что это плохо… Но постепенно стал пересматривать отношение, вот почему:
                    Лего стоит от 10000руб набор если поискать (сам лично покупал новый набор за 9900), комплектующие общаются по протоколу I2C который более чем распространён (есть даже переходники фирмы HiTechnic с леговского разъёма, которые позволяют подключить хоть что к порту лего, например ту же ардуино), если делать программы на языке Си (где можно читать/записывать данные в порт через I2C) можно использовать множество разных (нелеговских) датчиков. Выпускаются датчики совместимые с лего (в основном HiTechnic и смартбрик). И лего хорошо ещё в том смысле что собирать реально быстро, и плюс множество механики можно пройти (ну вот не видел я например дифференциал больше ни в одном другом конструкторе). Ну и языки типа Си действительно редко кто использует — но это проблема уже больше квалификации преподавателей. В общем чем больше копаешься тем больше возможностей. Ну и при большой цене уже третий учебный год заканчивается, живы ВСЕ кирпичи, моторы и датчики. Отломился только язычок на некоторых проводах, ну и штифты стали ломаться — там самый тонкий пластик, но штиф одни стоит 50коп. — не так уж и дорого менять. Так что долговечность вполне себе неплохая. И это младшие подростки, у которых вполне закномерно все постоянно слетает, падает, ударяется и т.д.
                    Arduino мне очень нравится, но наборы которые в продаже дорогие… Зная реальную цену комплектующих вообще жаба давит. Я все-таки хочу в следующем году сделать курс ардуино, купив только ардуино, датчики, и движки на китайских сайтах, но использовать для механики базу лего, а потом добавить к ним основу нарисованную в 3D и вырезанную на лазерном станке самими детьми. (В идеале надеюсь что руководство все-таки найдёт возможность ещё и 3D-принтер купить).
                    Для младших подростков (10-13 лет) а я занимаюсь именно с ними (хотя большинство любит работать со старшеклассниками либо с малышами) хорошим я считаю такой курс:
                    1 год — лего на среде Robolab. Осваиваем большую часть механики, программирование (ветвления, циклы, подпрограммы и т.д.), основы ТАУ (релейный регулятор, пропорциональный регулятор)
                    2 год — лего на среде RobotC (язык C++). Сложная механика (реечные передачи, дифференциалы, переключение передач, кривошипно-шатунный механизм и т.п.). Основы программирования в RobotC (снова ветвления, циклы, подпрограммы, параллельные задачи), ТАУ: пропорциональный регулятор (дополнительно 2х и 3х позиционный регулятор), ПД и ПИД регуляторы. В конце года ещё проходим наборы Tetrix, участвуем во многих соревнованиях, делаем проекты.
                    3 год — Arduino в среде Arduino IDE. Планируется в следующем году, пока готовлю программу, собираю идеи… Ну и сам осваиваю.
                    Сейчас подкапливаю новые вопросы и думаю ещё забегу несколько раз в хакспейс обсудить их, как время будет)) А то давненько уже не заходил))
                    • 0
                      Леонид, спасибо за комментарий, всегда интересно и полезно услышать человека с опытом. А по поводу хакспейса — конечно заходи в гости, и ребят приводи)
                      • 0
                        Multiplo, в отличии от Lego, можно собрать на коленке и объяснить на пальцах.
                        Что-то сломал — ну и ладно, все детали россыпью идут, в крайнем случае можно самому из фанеры выпилить. Кроме того, ребенок вырастит и ломать будет гораздо меньше, а в починке станет гораздо находчивее. У нас есть даже идея организовать соревнования на прочность роботов.
                        ШИМ — это не i2c, объяснить за 10 минут можно, показать на осциллографе. Серву можно разобрать и показать, из чего она сделана. С ардуиной тоже можно по всякому поиграться.
                        Быстрая скорость сборки означает, что простор для творчества гораздо меньше. В Мультипло вариантов, кажется, бесконечное количество, особенно если еще самому детали вырезать.
                        Мне кажется, Лего — это как визуальная среда программирования, хороша только для младшеклассников, старших по возможности нужно переводить на что-то более серьезное.

                        А на счет поставок компонентов за разумную цену — мы этот вопрос сейчас прорабатываем.
                      • +1
                        Еще одна история про запуск кружка — на тот раз в условиях крайнего Севера

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое