Pozadí

Designéři, inženýři a počítačoví vědci vytvářejí řešení, která řeší problémy každý den. V této lekci o přehlídkovém voze studenti použijí proces konstrukčního návrhu k řešení reálného problému. Studenti se seznámí s tím, jak navrhnout, postavit a naprogramovat autonomní robotický voz pro průvod, který se bude pohybovat bludištěm napodobujícím skutečné překážky na trase průvodu.

Co je to průvodní voz?

Průvod je velká nebo malá skupina lidí, kteří jdou společně a často jsou oblečeni v kostýmech, následováni pochodujícími kapelami a vozy. Průvodní voz je zdobená plošina, buď postavená na vozidle, nebo tažená za vozidlem. Průvody se často konají o svátcích nebo na počest někoho a obvykle se jedná o nějakou oslavu.

Opakování

Iterace je definována jako akt nebo proces opakování.  Pro naše účely je iterace systematická, cyklická návrhová smyčka, ve které jsou produkty plánovány, vyráběny, testovány a vylepšovány, dokud efektivně nevyřeší inženýrský problém. Iterace je součástí EDP, kde jsou výrobky prototypovány, testovány, vylepšovány a znovu prototypovány, dokud nesplní kritéria stanovená konstrukčním týmem. Opakovat znamená vylepšit design vašeho produktu.

V této lekci studenti přivedou k životu první návrh svého plováku, zapojí se do diskuse o návrhu a o tom, jak jej vylepšit. Provede úpravy, otestuje a znovu zpřesní, tento cyklus bude opakovat, případně iterovat, až bude s návrhem spokojen a splní požadavky projektu.

Proces konstrukčního návrhu

Studenti využijí Engineering Design Process (EDP) k navržení a sestavení průvodu. EDP je řada kroků, které inženýři sledují, aby přišli s řešením problémů. Řešení často zahrnuje návrh produktu, který splňuje určitá kritéria nebo plní určitý úkol.

EDP lze rozdělit do následujících kroků: DEFINOVAT → VÝVOJ ŘEŠENÍ → OPTIMALIZOVAT.

• Definování inženýrských problémů zahrnuje stanovení problému, který má být co nejjasněji vyřešen, pokud jde o kritéria úspěchu a omezení nebo limity.
• Navrhování řešení inženýrských problémů začíná vytvořením řady různých možných řešení a následným vyhodnocením potenciálních řešení, aby se zjistilo, která z nich nejlépe splňují kritéria a omezení daného problému.
• Optimalizace konstrukčního řešení zahrnuje proces, ve kterém jsou řešení systematicky testována a vylepšována a konečný návrh je vylepšen výměnou méně důležitých funkcí za ty, které jsou důležitější.

EDP má cyklickou nebo iterativní povahu. Je to proces výroby, testování a analýzy a rafinace produktu nebo procesu. Na základě výsledků testování se vytvářejí nové iterace, které se dále upravují, dokud není konstrukční tým s výsledky spokojen.

V této jednotce budou studenti používat EDP k vymýšlení, plánování a budování robotického přehlídkového plováku. Po počátečním sestavení skupiny otestují a zlepší svůj design plováku tak, aby splňoval konstrukční kritéria a omezení.

Co je Pseudokód?

Pseudokód je zkratka pro kódování, která kombinuje slovní a písemné popisy kódu.

Studenti mohou často „hádat a kontrolovat“ cestu k nalezení řešení. To však nevede k tomu, aby si vybudovali koncepční chápání konceptů kódování. Psaní pseudokódu pomáhá studentům posunout se od porozumění kódování na povrchové úrovni k koncepčnějšímu porozumění. Pseudokód vyžaduje, aby studenti koncepčně přemýšleli o svém kódovacím řešení dříve, než začnou kódovat. Učitelé by měli se studenty diskutovat o pseudokódu tím, že se jich zeptají:

• Čeho chce svým projektem dosáhnout?
• Jak rozdělíte záměr nebo cíl projektu do krátkých konkrétních prohlášení?

V tomto příkladu, pokud by studenti byli požádáni o vytvoření pseudokódu pro to, aby se robot pohyboval vpřed, detekoval zeď, odbočil vpravo a pak se znovu pohyboval vpřed, bylo by to následující:

1. Pohánějte robota dopředu, dokud nebude 50 mm od stěny
2. Zastavte robota
3. Otočte robota o 90 stupňů
4. Zastavte robota
5. Pohon vpřed 600 mm 

Jakmile je vytvořen pseudokód, studenti poté vytvoří kód, který poučí robota o tom, jak úspěšně dokončit každý krok svého pseudokódu.

Rozklad

Rozklad zahrnuje rozložení složitého problému na chování, které je lépe zvládnutelné a srozumitelnější. Rozdělení problému na menší části znamená, že každá část může být podrobněji prozkoumána a vyřešena s větší lehkostí. Pokud například student chce, aby se jeho robot pohyboval po čtverci, bude ho muset rozdělit na menší příkazy. Zpřesnění procesu rozkladu je pro studenty důležité k procvičení, protože zpočátku nemusí rozdělit příkazy na menší komponenty:

Sekvenování

Sekvenování je konkrétní pořadí, ve kterém je chování prováděno v algoritmu nebo sadě pokynů. Akce nebo událost vede k další uspořádané akci v sekvenci. Sekvenování je důležité, aby studenti mohli správně kódovat své roboty.

Aby bylo možné robotu přesně a přesně říci, jak se má pohybovat, je zapotřebí jak rozklad, tak sekvenování. Za prvé, problém, například jak se pohybovat v bludišti, se rozloží na menší přírůstky a chování. Poté, jakmile je toto chování identifikováno, musí být uspořádáno do správné sekvence. To je důležité, protože robot se bude pohybovat přesně tak, jak je kódováno.

Studenti naprogramují svůj přehlídkový vůz, aby prošli přehlídkovým bludištěm. Budou muset sekvenovat příkazy ve svém projektu tak, aby se jejich plovák pohyboval dopředu, dozadu, doleva a doprava ve správném pořadí pro navigaci v bludišti přehlídky.

Co je VEXcode GO?

VEXcode GO je kódovací prostředí, které se používá pro komunikaci s roboty VEX GO. Studenti používají rozhraní drag and drop k vytváření projektů VEXcode GO, které ovládají jejich činnosti robotů. Účel každého bloku lze identifikovat pomocí vizuálních podnětů, jako je jeho tvar, barva a štítek.  

V této jednotce budou použity následující bloky VEXcode GO:

[Jezdit po dobu] - pohybuje hnacím ústrojím vpřed nebo vzad o danou vzdálenost. Zvolte, kterým směrem se bude hnací ústrojí pohybovat, a nastavte, jak daleko se bude pohybovat, zadáním hodnoty do oválu.

[Otočit o] - otočí hnací ústrojí doleva nebo doprava o daný počet stupňů. Zvolte směr, kterým se bude hnací ústrojí otáčet, a nastavte, jak daleko se bude pohybovat zadáním počtu stupňů do oválu.

[Wait] - Počká určitou dobu, než se přesune do dalšího bloku.

[Comment] - umožňuje programátorům psát informace, které jim pomohou popsat jejich projekt. Komentáře nemění projekt ani bloky, které jej obklopují.

[Otočit po dobu] - roztočí motor v daném směru o danou vzdálenost od jeho aktuální polohy.

• Ve výchozím nastavení budou ostatní bloky čekat, dokud se motor nepohybuje. Můžete vybrat šipku pro rozbalení "a nečekejte" - to způsobí, že další bloky budou pokračovat v běhu, zatímco se motor nebo skupina motorů bude pohybovat.

Chcete-li začít používat VEXcode GO ve své třídě, stáhněte si aplikaci VEX Classroom App do zařízení učitele a poté postupujte podle kroků v článku Using the VEX Classroom App , kde se dozvíte, jak aktualizovat firmware GO Brain, přejmenovat a vyhledat GO Brains a sledujte baterie GO Brains ve vaší třídě. Pro více informací o VEXcode GO navštivte sekci VEXcode GO v knihovně VEX Robotics VEX Library.