Проект

 

Embed or link this publication

Description

Жердевой Валентины 10 класс

Popular Pages


p. 1

УЧЕБНЫЙ КОМПЛЕКС АВТОРСКОЙ ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКОЙ ШКОЛЫ-ЛИЦЕЯ №61 Е.Б.ЯКИРА Секция: Секция радиотехники и компьютерных технологий Проект «Акылдуу бала» интерактивный робот для детей дошкольного и младшего школьного возраста Выполнила: ученица 11 «Б» класса Жердева Валентина Руководитель: Клепачёва Е.А., учитель информатики УК АФМШЛ№61, руководитель кружка «Робототехники» Бишкек - 2017 г. -1-

[close]

p. 2

Оглавление I. ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................................- 3 1. Роботы в образовании, зачем они нужны?...........................................................................................- 3 2. Может ли робот заменить учителя?......................................................................................................- 3 II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ..............................................................................................................................- 4 3. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ: .................................................................................................................................- 4 4. АКТУАЛЬНОСТЬ, ЗНАЧИМОСТЬ, НОВИЗНА:...............................................................................- 5 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ ..........................................................................................- 5 7. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ...........................................................................................................................- 8 8. ОПИСАНИЕ, УСТРОЙСТВО, УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОБОТА: .......................................................................................................................................................- 10 9. ПРОГРАММНЫЙ КОД ДЛЯ РОБОТА НА ЯЗЫКЕ Arduino IDE: ................................................- 13 IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................- 15 - ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ Робота .........................................................................................- 16 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ПРОЕКТА: ............................................................................- 16 ПЕРСПЕКТИВЫ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОЕКТА:................................................................................- 16 V. ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКИ: ................................................................................................................- 17 - -2-

[close]

p. 3

I. ВВЕДЕНИЕ 1. Роботы в образовании, зачем они нужны? Сегодня во всём мире уделяется большое внимание созданию различных роботов – помощников в той или иной области или в той или иной отрасли производства, науки и техники. И, разумеется, всё больше внимания уделяется сфере образования. Ни для кого не секрет, что роботы в сфере образования очень эффективны. Существуют парты с интерактивными возможностями, система удалённого присутствия (телеприсутствия) ребёнка на уроке. Это когда вместо ребёнка с ограниченными возможностями школу посещает робот, а ребёнок, управляя им из дома может получать знания не выходя их дома, перемещая его из класса в класс, и даже общаться с одноклассниками. Опыт применения данной разработки уже имеет американский школьник Девон Кэрроу — в 2013 году он стал первым, кто начал использовать такую разработку, которая называется VGo. Существуют и системы удалённого присутствия. В Южной Корее данная разработка пришла на смену преподавателям английского языка и может обучать целые аудитории. Устройство Engkey заключено в овальный пластиковый корпус, высота которого почти достигает метра. С жидкокристаллического дисплея в верхней части аппарата на учеников «смотрит» фотография женщины, но оператором выступает живой человек, который ведет урок. Современное образование стоит перед лицом глобальных вызовов, побуждающих к изменениям существующих образовательных систем и по- новому определяющих его цели, результат и инфраструктуру. В своей работе я исходила из того, что в настоящее время образование молодого поколения немыслимо без обращения к инновационным технологиям. Всепоглощающая компьютеризация, бесконечное количество данных, хранимых в «облаках», сотовые телефоны, планшеты, лаптопы – любые технологические новинки – активно используются не только взрослыми, но и детьми, начиная с дошкольного возраста. 2. Может ли робот заменить учителя? Вопрос, скажем прямо, не новый. Размышления, дискуссии и гипотезы на эту тему звучат достаточно часто. Автоматизация и роботизация всё активнее внедряются во все сферы жизни человека. Сложно представить, что всего каких-то двадцать лет назад мы даже не догадывались о возможности разговаривать по телефону с любой точкой планеты, видя лицо собеседника при -3-

[close]

p. 4

этом. Конечно, такие идеи витали в воздухе, как и идеи, что робот сможет заменить человека во многих отраслях и процессах. Не оставалось без внимания и образование, где роботы взаимодействуют с людьми. Вспомним хотя бы отечественный кинематограф: «Приключения Электроника», «Гостья из будущего» и др. Попытки создания учителя-робота предпринимались неоднократно. Преуспели в этом японские ученые, разработавшие робота-учителя по имени Сая – преподавателя урока науки и техники в начальной школе, наделенного даже шестью основными эмоциями - радость, страх, печаль, гнев, отвращение, удивление и способность улыбаться. Таким образом, предпринимались попытки решить проблему нехватки учителей в отдаленной сельской местности. Но даже в ходе этого эксперимента ученые пришли к выводу о невозможности замены учителя роботом, хотя многие из школьных процессов могут быть автоматизированы весьма успешно и положительным образом повлиять на развитие образования. Например, автоматизация оценивания, которая сможет ограничить субъективизм. Руководствуясь всем этим, и зная, что в нашей республике ещё нет аналогов (роботов, говорящих на кыргызском языке) я решила создать не полноценного роботаучителя, а его помощника. Ни для кого не секрет, что дети дошкольного и младшего школьного возраста лучше обучаются в процессе игры. И многие воспитателя и учителя используют различных персонажей. Мой Акыл – тоже персонаж, современный, интерактивный, легко управляемый. Именно поэтому, работая над этим проектом, я ставила перед собой определённую, конкретную цель и задачи для достижения поставленной цели. II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 3. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ: Цель работы: - Создание интерактивного робота-помощника, предназначенного как для обучения детей дошкольного и младшего школьного возраста в детских садах, в школе, дома, так и для того, чтобы обучать детей с аутизмом, страдающих от дефицита социального взаимодействия. Задачи: 1. Определиться с функционалом проекта. Для себя я решила, что мой робот будет выполнять следующие функции: Основные функции робота:  устный счёт от 1 до 10 и обратно;  знает алфавит; -4-

[close]

p. 5

 исполняет считалочки, песенки, стишки  умеет складывать и вычитать (таблица сложения и вычитания до 10);  разговаривает на двух языках : русском и кыргызском;  танцует 2. Управление роботом должно производиться при помощи любого телефона с ОС Android 3. Должна существовать функция распознавания голоса. 4. Может управляться как голосом, так и кнопками на телефоне. 5. Не должен пугать детей (внешний вид) 4. АКТУАЛЬНОСТЬ, ЗНАЧИМОСТЬ, НОВИЗНА: Тема данной работы является актуальной, так как развитие робототехники происходит постоянно. С момента своего появления полвека назад, роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации. Значимость: Робот предназначен как для обучения детей дошкольного и младшего школьного возраста в детских садах, в школе, дома, так и для того, чтобы обучать детей с аутизмом, страдающих от дефицита социального взаимодействия. Дети легко входят в контакт с ним и с удовольствием повторяют за ним и всё, что он говорит и даже делает (движения). Новизна: Это первый и пока что единственный робот который говорит на кыргызском языке. 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ Я провела опрос среди учащихся 1-4 классов нашей школы. Было опрошено 53 человека, 22 мальчика и 21 девочек. Проведя анализ анкетирования, я выяснила что: 1) Большинству ребят нравятся роботы; 1. Нравятся ли тебе роботы? -5-

[close]

p. 6

8 45 Да Нет 2. 2) Ребята считают, что роботы в основном применяются в науке и в военной сфере, но при этом девочки ещё отдали свои голоса в пользу сферы образования; 3. Где, по-твоему, применяются роботы? 12 мальчики 10 девочки 8 6 4 2 0 -6-

[close]

p. 7

3) Большинство из опрошенных ребят не знают, как создаются роботы; 4. Знаешь ли ты, как создаются роботы? 9 Да Нет 44 4) И конечно, очевидно, что узнают они о роботах, в основном, через кино и мультфильмы, но многие так и не смогли вспомнить знакомых роботов. 5. Знаешь ли ты книги, фильмы, мультфильмы про роботов? 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% девочки мальчики Ну и конечно, абсолютно все ребята считают, что роботы нужны в современном мире, они нам помогают справиться со сложными задачами, а еще они нас развлекают и приносят радость в нашу жизнь. -7-

[close]

p. 8

7. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА Позиция Характеристики Плата Arduino Mega Процессор: ATmega2560 Количество цифровых входов/выходов 54 Количество аналоговых входов 16 Объём Flash-памяти (кб) 256 Тактовая частота (МГц) 16 Сервопривод SG90 Импульс: 1,2 кг (4,8 в) Скорость: 0.12 сек. (4,8 в) Кол-во 1 2 Звуковой модуль Поддерживает SD карты 1Гб (отлично работал на 2Гб). 1 SPI flash 64MB max Формат файлов 4 Bit ADCPM (.AD4 + .WAV) Напряжение: DC2.7~3.5V Модуль Bluetooth 3.0 высокочастотный приемник с чувствитель- ностью –90 дБ встроенный RISK память 8 Mбит RAM и 2 Mбит Flash кварцевый генератор 16 МГц; 1 Динамик 1 Мотор Напряжение – 6 В Ток – 120мА Скорость – 48 м -8- 1

[close]

p. 9

Двухканальный драйвер двигателя l298n Модуль Для Arduino 1602 Голубой с Подсветкой ЖКДисплей 16x2 Hd44780-символьный ЖК IIC I2C W + адаптер UNO Nano 1 Сервопривод MG90S Аккумулятор Момент удержания: 8.5 кгс*см (4.8 В), 10 кгс*см (6 В) Скорость: 0.2 с/60° (4.8 В), 0.16 с/60° (6 В). Напряжение: 4.8-7.2 В Рабочий диапазон: 0°-180° (импульсы 1-2 мс соответственнно) Напряжение - 7.4 В Ток - 600 мА 1 1 Ультрозвуковой дальномер Напряжение питания: 5V DC Ток покоя: <2mA Эффективный угол: <15° Диапазон измерения расстояния: 2–400 cm Разрешение: 0.3 cm 1 -9-

[close]

p. 10

8. ОПИСАНИЕ, УСТРОЙСТВО, УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОБОТА: Робот установлен на 4-х колёсной платформе. Колёсами управляют 4 мотора, подключённых к двухканальному драйверу двигателя l298n. Благодаря этому наш робот может двигаться вперёд, назад и поворачивать вправо и влево. На передней части платформы установлен ультразвуковой дальномер. Принцип его работы: Сенсор излучает короткий ультразвуковой импульс (в момент времени 0), который отражается от объекта и принимается сенсором. Расстояние рассчитывается исходя из времени до получения эха и скорости звука в воздухе. Диаграмма направленности: В нашем роботе он необходим для того, чтобы при обнаружении препятствия посредством этого датчика, робот мог отъехать назад. На платформе установлена программируемая плата Arduino Mega 2560 , т.к. у неё много цифровых и аналоговых входов и выходов, т.о. на имеет возможность подключения большого количества всевозможных датчиков и др. приборов. - 10 -

[close]

p. 11

Arduino Mega 2560 - это устройство на основе микроконтроллера ATmega2560 (datasheet). В его состав входит все необходимое для удобной работы с микроконтроллером: 54 цифровых входа/выхода (из которых 15 могут использоваться в качестве ШИМ-выходов), 16 аналоговых входов, 4 UART (аппаратных приемопередатчика для реализации последовательных интерфейсов), кварцевый резонатор на 16 МГц, разъем USB, разъем питания, разъем ICSP для внутрисхемного программирования и кнопка сброса. Для начала работы с устройством достаточно просто подать питание от AC/DC-адаптера или батарейки, либо подключить его к компьютеру посредством USB-кабеля. Arduino Mega совместим с большинством плат расширения, разработанных для Arduino Duemilanove и Diecimila. Mega 2560 - это обновленная версия Arduino Mega. Ардуино Mega 2560 отличается от всех предыдущих плат тем, что в нем для преобразования интерфейсов USB-UART вместо микросхемы FTDI используется микроконтроллер ATmega16U2 (ATmega8U2 в версиях платы R1 и R2). На плате Mega 2560 версии R2 добавлен резистор, подтягивающий к земле линию HWB микроконтроллера 8U2. Подобная мера позволяет упростить процесс обновления прошивки и переход устройства в режим DFU. На основном каркасе закреплены 3 сервопривода: 2 сервопривода SG90 приводят в движение руки, 1 сервопривод MG90S приводит в движение голову. На звуковом модуле установлена 2-х гиговая flash карта с записанными на неё заранее звуковыми файлами, которые воспроизводятся через динамик по командам. - 11 -

[close]

p. 12

Для использования робота необходимо только лишь наличие телефона с ОС Android. На телефон устанавливается приложение, созданное мною на Java специально для этого робота. Она содержит кнопки и возможность определения и распознания голоса. Выглядит она следующим образом: Поэтому управление очень простое, с ним может справиться абсолютно любой пользователь, и особенно дети. - 12 -

[close]

p. 13

9. ПРОГРАММНЫЙ КОД ДЛЯ РОБОТА НА ЯЗЫКЕ Arduino IDE: Программный код на Arduino IDE состоит из 2886 командных строк. В своей работе я представлю только фрагменты кода основной программы, т.к. эта разработка является моей личной, авторской. - 13 -

[close]

p. 14

- 14 -

[close]

p. 15

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Мне удалость достичь поставленной цели в своей работе. У меня получился не просто помощник для учителей, воспитателей, родителей, но и друг детей, ведь, как показывает практика, передача знаний не самое важное в образовании. Важно общение! Разумеется, интернет ресурсы, инструменты автоматизации и роботизации для образования будут активно развиваться, но это всё, конечно же, не заменит процессов общения, сотворчества учеников и учителей, совместной деятельности и развития. Выполнив данный проект, я достигла своей цели: создала своего собственного робота помощника, говорящего на двух языках - кыргызском и русском, не имеющего аналогов в мире! Он очень нравится детям, его используют на уроках в нашей школе. Фото1. Робот Акыл на уроках в школе. Данный проект принимал участие в телевизионной передаче «ЧИЛИСТЕН» на телеканале НТС и вышел в финал. Фото2. Участники передачи чилистен на телеканале НТС, г.Бишкек вместе с членами фюри. Фото3. Награда Созданный мною робот решает также проблемы обучения детей аутистов, т.к. они с лёгкостью идут на контакт с роботом. Работа в этом направлении показала, что уже через 30 минут общения с роботом дети повторяют за ним песенки, считалочки и в целом очень позитивно воспринимают его. Фото4. На фото ребёнок с синдромом Ка́ннера (аутизм), его мама и психолог. - 15 -

[close]

Comments

no comments yet