Программа дополнительного образования детей "Роботроник АРМ"

Муниципальное автономное образовательное учреждение дополнительного образования

«Технополис»

ПРИНЯТА                                                                         УТВЕРЖДАЮ

на заседании МС                                                               Директор МАОУ ДО «Технополис»

Протокол № 2                                                                    

от 24.03.2021 г.                                                                 ______________/Т.Г.Андроник

Приказ от 30.03.2021 г.

№ ТЕХ-12-50/1

Дополнительная общеобразовательная (общеразвивающая) программа продвинутого уровня

«Роботроник АРМ»

Срок реализации: 1 год

Возраст обучающихся: 13-17 лет  Автор программы:  Романюк Сергей Ильич, 

педагог дополнительного образования

Сургут, 2021

АННОТАЦИЯ ПРОРАММЫ

Дополнительная общеобразовательная программа «Роботроник АРМ» разработана с целью профессиональной ориентации учащихся. Предполагает знакомство с профессией военного инженера, устройством и работой механизмов и устройств, робототехническими устройствами, основами устройства и программирования платформы, работа в программах моделирования с графическими и текстовыми редакторами. 

По результатам обучения ребята будут иметь представление о направлениях робототехники в аварийно-спасательных мероприятиях, иметь представление о работе с программами 3D моделирования, 3D печати, программирования платформы Arduino с целью проектной деятельности. Дистанционно управлять робототехническими устройствами с помощью телеметрии. 

Результатом обучения по программе должно быть участие в ежегодных соревнованиях «Инженерные кадры России» Создание проектов на платформе Arduino, с использованием программ мощностей Хайтек цеха. Разработка проектов, устройств, механизмов, используемых при ликвидации ЧС, повседневной работе силовых ведомств. 

ПАСПОРТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ  (ОБЩЕРАЗВИВАЮЩЕЙ) ПРОГРАММЫ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Современное общество переживает этап экономического роста. Высокие темпы развития и промышленного роста не представляются без возникновения новых технологий и профессий. Одновременно мир вступил в новый этап развития вооруженных сил. Где на помощь военным специалистам приходят робототехнические устройства, позволяющие скрытно проводить наблюдение за противником, ликвидировать опасные для жизни и здоровья военнослужащего устройства и механизмы. Эти механизмы можно отнести к продукции двойного предназначения и успешно применять подразделениями МЧС при ликвидации ЧС. Развитие военной робототехники, технический прогресс и связанные с ним открытия в области науки и техники - основная причина возникновения новых военных профессий.

Приобщение детей к процессу технического творчества и конструирования в настоящее время происходит с самого раннего возраста с помощью комплектов образовательных наборов лего. С детского сада дети не только приобщаются к работе с наборами, а также подсознательно знакомятся с понятиями коллективной работы, приобретают навыки анализа и обсуждения, выражения своих мыслей, эмоций достижений и поражений, развивают мелкую моторику рук. Используемые в настоящее время программы обучения школьников стартового уровня «Роботроник СТАРТ», базового уровня «Роботроник ПРОФИ» позволяют вывести наших обучающихся на определенный уровень знаний и интереса к робототехнике. Создание программы промышленной робототехники «Роботроник ПРОМ» направленно на дальнейшее поддержание интереса к робототехнике, развитие детей с добавлением новых направлений, разделов по изучению и программированию платформы Arduino, знакомство с промышленной робототехникой, знакомство и изучение работы 3D принтеров, фрезера и лазерного резака, обзор программ по управлению данными устройствами. Программа Роботроник АРМ, является логическим продолжением всех нижеперечисленных программ и пользуясь приобретенными знаниями и умениями позволит перейти обучающимся на следующий уровень. Данная программа разрабатывается для удовлетворения потребности части детей, желающих обучаться в учебных заведениях Министерства обороны, Министерства по делам ГО и ЧС, МВД, Росгвардии. 

Программа разработана в соответствии с нормативными документами: 

-                     Федеральный закон от 29 декабря 2012 г. № 273- ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»; - Приказ Минпросвещения России от 09 ноября 2018 г. № 196 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»; 

-                     Концепция развития дополнительного образования детей от 4 сентября 2014 г. № 1726-р; - Приказ департамента образования и молодежной политики ХМАО-Югры «Об утверждении правил персонифицированного финансирования дополнительного образования детей в ХМАО-Югре» № 1224 от 04.08.2016 года; 

-                     Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 04.07.2014 № 41 «Об утверждении СанПиН 2.4.4.3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей»; 

-                     Методические рекомендации по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы) Министерства образования и науки, 2015г. 

Актуальность программы: развитие творческих способностей и формирование профессионального самоопределения подростков в процессе обучения. 

Данное направление востребовано и способствует поступательному развитию обучившихся по программам в направлении робототехники, ранней профессиональной ориентации и воспитанию инженерных кадров, а также для развития участников движения «Юнармия».

Направленность дополнительной общеобразовательной программы – техническая. 

Данная программа является авторской, наличие подобных среди существующих программ не найдено. 

Уровень программы – продвинутый. 

Обоснование соответствия программы продвинутому уровню

Реализация дополнительной образовательной программы предполагает: 

-             использование в процессе обучения методов мотивации и стимулирования к самопознанию и саморазвитию, поощрения усилий, направленных на высокие результаты, использование в обучении соревновательного аспекта; 

-             при поведении занятий широко используются интерактивные технологии, лицензионное программное обеспечение; 

-             подведение итогов (создание проекта) в соответствии с техническим заданием проводится методом защиты и коллективным обсуждением с голосованием; 

-             участие лучших проектов в конкурсах и выставках;

-             знакомство с профессией инженера и ранняя профессиональная ориентация. 

-             приобретение навыков управления квадрокоптером, иметь понятия разрешения на полет и правил его получения. 

Цель: развитие интеллектуального и творческого потенциала обучающихся в области специальной робототехники. 

Задачи: 

Обучающие: 

-                      познакомить с          использованием        роботов          в          вооруженных             силах, специальных подразделениях МЧС; 

-                      получить начальные знания работы с софтом и 3D моделированием простейших заготовок;

-                      научить работе на 3D принтере; 

-                      научить работать с линейкой платформы Arduino; 

-                      научить основами программирования; 

-                      познакомить с принципами работы датчиков и управление двигателями; 

-познакомить с работой промышленных станков и программами управления, участие в соревнованиях «Инженерные кадры России». 

Развивающие: 

-                      развить конструкторские навыки; 

-                      развивать воображение; 

-                      развить логическое мышление; 

-                      развить пространственное воображение. 

Воспитательные: 

-                      развить коммуникативную компетенцию: навыки сотрудничества в коллективе, малой группе, участие в беседе, обсуждении, отстаивании своей точки зрения. 

-                      развить самоорганизацию: воспитание трудолюбия, самостоятельность, умение доводить начатое дело до конца; 

-                      формировать и развить информационную компетенцию: навыки работы с различными источниками информации, умение самостоятельно искать, извлекать и отбирать необходимую для решения учебных задач информацию. 

Образовательная задача для обучающихся: создание робототехнических проектов на платформе Arduino. Создание проектов роботов специального назначения. 

ОРГАНИЗАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Срок реализации программы: 1 год (152 часа). 

Адресат программы: данная программа предназначена для учащихся в возрасте от 13 до 17 лет. 

Режим занятий: 2 занятия в неделю по 2 академических часа (1 академический час 40 минут).

Формы организации деятельности детей: групповая и индивидуальная. 

Формы занятий: комбинированное занятие, практикум, соревнование, выставка.

Форма обучения – очная (во время карантина или актированных дней программа реализуется дистанционно).  Количество обучающихся в группе: 10-15 человек. 

Условия реализации программы: 

-          условия набора детей в коллектив: принимаются обучающиеся успешно прошедшие обучение по программе «Роботроник ПРОМ». 

-          условия формирования групп: дети в возрасте от 13 до 17 лет. 

Планируемые результаты: 

После обучения по программе обучающиеся будут знать/уметь -самостоятельно работать с платформами Arduino, Понимать:

-          программировать простейшие устройства и разрабатывать проекты.

-          иметь представление о симуляторах, правилах и порядке управления квадрокоптером. Получат общее представление о применении робототехники в Вооруженных силах и спасательных подразделениях МЧС. Выйдут на базовый уровень обучения в хайтек квантуме. Смогут самостоятельно развиваться в данном направлении, продолжать дальнейшее обучение в Хайтек квантуме. Принимать командное участие в соревнованиях «Инженерные кадры России». RoboSkills. 

Материально-техническая база для реализации программы: 

Компьютеры (10-15 шт.), проектор, интерактивная доска, оборудование хайтек цеха: 3D принтер, лазерный станок, фрезеровальный станок, наборы Arduino, наборы LEGO MINDSTORMS EV3. 

Программное обеспечение. 

Квадрокоптеры.  Симулятор. 

Сроки и формы проведения промежуточной и итоговой аттестации 

Для отслеживания результативности образовательного процесса используются следующие виды контроля: входной контроль (вводное тестирование) - сентябрь; текущий контроль (осуществляться по результатам выполнения учащимися практических заданий); промежуточный контроль (выполнение творческих заданий, самостоятельных работ) - декабрь; итоговый контроль (защита проектов, выставка работ, участие в конкурсах, соревнованиях) - май. 

Сроки и формы проведения промежуточной и итоговой аттестации 2 раза в год в конце

первого и второго полугодия. 

Методическое обеспечение 

Методическое обеспечение дополнительной общеобразовательной программы осуществляется посредством активного внедрения в образовательный процесс комплекса дидактических материалов: компьютерные презентации, раздаточный материал, практические работы репродуктивного и продуктивного уровней. УМК к программе в электронном виде расположен на сайте МАОУ ДО «Технополис» http://technopolis.admsurgut.ru/.

Квалификация        педагогического       персонала,     реализующего           дополнительную общеобразовательную (общеразвивающую) программу «Роботроник АРМ»: высшее образование (образование педагога соответствует профилю программы), первая квалификационная категория. 

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ (ОБЩЕРАЗВИВАЮЩЕЙ)

ПРОГРАММЫ РОБОТРОНИК - АРМ

КАЛЕНДАРНЫЙ УЧЕБНЫЙ ГРАФИК

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ: 

Раздел 1. «Введение» (4часа)

Тема 1.1. Организационные вопросы. Инструктаж по ТБ, ПБ, АТБ. Проведение входного контроля. Обзор курса РОТРОНИК «АРМ» Теория Порядок проведения занятий. Проведение входного контроля. Проведение инструктажей по технике безопасности, противопожарной безопасности и анти террористической безопасности. Напоминание о соблюдении правил дорожного движения. Проведение обзора курса. Рассмотрение используемых средств обучения, порядка дистанционного обучения в актированные дни и дни карантина. 

Тема 1.2. Первичный инструктаж. 3аконы робототехники. Знакомство с возможностями базового конструктора LEGOMINDSTORMS EV3 для прототипирования механизмов. Практика Проведение первичного инструктажа. Обсуждение законов робототехники. Изучение состава базового набора LEGOMINDSTORMS EV3. Назначение электронных компонентов и их характеристики. Обзор дополнительных датчиков и их назначение. Порядок сдачи наборов после занятий. 

Раздел 2. «Применение роботов в армии, в подразделениях, ликвидирующих аварии, катастрофы, чрезвычайные ситуации в  разных странах мира» (16 часов)

Тема 2.1. Обзор военных роботов различных государств Теория Обзор военных роботов. Направления и этапы развития робототехники в различных государствах. 

Тема 2.2. Назначение и классификация военных роботов и роботизированных устройств. Теория Классификация военных роботов по среде использования, способам управления, целям. 

Тема 2.3. Использование роботов в воздушном и космическом пространстве. Теория Беспилотные летательные аппараты, квадрокоптеры. Первые роботы в космосе. Факторы воздействующие на робота в космическом пространстве. 

Тема 2.4. Использование роботов при выполнении боевых задач под водой. Практика. Обзор подводных аварий. Факторы воздействующие на подводного робота. Классификация подводных роботов. 

Тема 2.5. Использование роботов при выполнении боевых задач на суше. Практика Обзор роботов саперов, современной военной инженерной техники 

Тема 2.6. Назначение и классификация роботов спасателей. Практика Роботы используемы при проведении спасательных операций МЧС Классификация и применение. 

Тема 2.7. Дистанционное управление роботом посредством телеметрии. Практика Телеметрия. Принципы работы. Применение оборудования. Правила 12 использования, ограничения, правила безопасности. Обзор использования телеметрии в соревнованиях профессионального мастерства. 

Тема 2.8. Разработка сценария соревнования роботов спасателей Практика. Сценарий. Проведение военных соревнований. Всемирные армейские игры. Основные константы соревнований спасателей. Цели и задачи соревнований спасателей. Применение соревновательных навыков в спасательных операциях 

Раздел 3. «Основы робототехники специального назначения» (28 часов)

Тема 3.1. Управление роботом. Теория Безопасное управление роботом. Симуляторы. 

Тема 3.2. Программы и оборудование используемое в управлении при помощи телеметрии, радио и проводном управлении. Практика Различия передачи сигнала посредством телеметрии, радио и проводной связи. Сравнения. Особенности. 

Тема 3.3. Ходовые качества и принципы передвижения роботов. кабеленаматывающие устройства. Практика Особенности различных ходовых качеств движения робота. Принцип работы кабеленаматывающих устройств. 

Тема 3.4. Шагающие механизмы. Практика Принципы построения шагающих механизмов. Правила, шагающих механизмов на 2,4,6,8 опор. 

Тема 3.5. Гусеничные механизмы. Практика Виды гусеничных механизмов, использование в роботизированных устройствах. Достоинства и недостатки. 

Тема 3.6. Спиралевидные механизмы. Теория Принцип передвижения на спиралевидных механизмах. Устройство, достоинства и недостатки. 

Тема 3.7. Факторы пожара и их воздействие на робота при ликвидации ЧС. Теория Основные факторы пожара их воздействие на людей и технику. Учет в проектировании и создании роботов спасателей. Универсальные и специализированные пожарные роботы. 

Тема 3.8. Разработка концепции робота спасателя при работе в завалах. Практика Завал, его формирование. Цели работы робота в завалах. Обнаружение, доставка и транспортировка необходимого в завал. 

Тема 3.9. Обследование объектов с воздуха, при различных ЧС. Теория Разведка из воздуха. Спутники, беспилотные аппараты, квадрокоптеры. Геолокация, координатная сетка. 

Тема 3.10. Доставка средств связи и предметов первой помощи с помощью квадрокоптера. Практика Устройства по отгрузке средств первой помощи. Клещи, лебедка, сброс. 

Тема 3.11. Приемы поиска пропавших в лесу с помощью квадрокоптера. Практика Использование инфракрасных камер, районирование и зонирование по квадратам, поиск по секторам и спирали. 

Тема 3.12. Роботы разрушители. Их применение, виды разрушающих механизмов. Практика Назначение, виды, применение роботов разрушителей. Требования к механизмам их виды. 

Тема 3.13. Подводные роботы спасатели. Практика Назначение, применение подводных роботов, Знакомство с соревнованиями по подводным роботам. Глубины и влияние на работу аппаратов, батискафы. 

Тема 3.14. Роботы в аварийно-спасательных работах. Моделирование ситуации. Теория Виды аварийно спасательных работ. Многофункциональные, специализированные и узконаправленные роботы спасатели. 

Раздел 4. «Платформа Arduino. Использование в робототехнике» (40 часов)

Тема 4.1. Знакомство с платформой Arduino. Теория Понятие «Микроконтроллер». Arduino. Виды микроконтроллеров. Другие продукты Arduino. 

Тема 4.2. Техника безопасности при работе с электрооборудованием. Работа с 13 паяльником. Теория Знакомство с инструкцией по технике безопасности при работе с электрооборудованием. Паяльные принадлежности. Паяльная станция. Правила пайки, распайки. Уборки рабочего стола. Тема 4.3. Электронные компоненты. Практика Электричество, напряжение и ток. Резистор, диод, светодиод, транзистор, тиристор. Трансформатор. 

Тема 4.4. Массивы и пьезоэлементы. Практика Что такое массив. Массивы символов.

пьезоэлементы. 

Тема 4.5. Наша первая схема. Макетирование. Практика Сборка электрических схем с использованием макетных лат с гнездами без пайки. Светофор. 

Тема 4.6. Макетирование, проект мигающий светодиод. Практика Проект мигающий светодиод на макетной плате. 

Тема 4.7. Сборка лазерной сигнализации. Практика Проект Лазерная сигнализация. 

Тема 4.8. Инфракрасный детектор. Практика Проект Инфракрасный детектор. 

Тема 4.9. Датчики. Сенсоры. Теория Что такое датчики, сенсоры, аналоговый и цифровой сигналы. Практика Считывание сигналов. Определение уровня. 

Тема 4.10. Кнопка — датчик нажатия. Практика Работа тактовой кнопки, делаем кнопочный выключатель. 

Тема 4.11. Переменные резисторы. Практика Преобразование сигнала, делитель напряжения, деление напряжения на ходу, потенциометр. Фоторезистор. 

Тема 4.12. Микросхемы Практика назначение микросхем, работа с индикаторами. Считаем до 99 при помощи драйвера. Выводим произвольное число. 

Тема 4.13. Жидкокристаллические экраны. Практика Работа тестовых дисплеев. Вывод приветствия: библиотека, класс, объект. Выведение надписи на русском языке. 

Тема 4.14. Разновидности двигателей: постоянные, шаговые, сервоприводы. Практика особенности двигателей, управление двигателем с Arduino. Шаговый поворотник. Сервоприводы. 

Тема 4.15. Подключение двигателя. Практика Разновидности двигателей, постоянные, шаговые, серво. Подключение. Управление двигателем. Программирование количество оборотов. 

Раздел 5. «Квадрокоптеры, правила использования, управление симулятором» (14 часов)

Тема 5.1. Закон о квадрокоптерах № 60. ФЗ от 19 марта 1997 года. Теория Закон о правилах регистрации и использования квадрокоптеров. 

Тема 5.2. Квадрокоптер. Виды. Классификация Назначение. Практика Устройство, виды, классификация квадрокоптеров. Оборудование устанавливаемое на квадрокоптер. Тактикотехнические характеристики. 

Тема 5.3. Устройство квадрокоптера, правила управления. Практика Основные блоки, состав. Правила получения разрешения на управление квадрокоптером, Знакомство с симулятором по управлению квадрокоптером. 

Тема 5.4. Управление квадрокоптером. Практика Управление симулятором квадрокоптера. Проведение соревнований на точность, скорость, доставки оборудования квадрокоптером. Преодоление препятствий и движение по заданной траектории. 

Раздел 6. Проектная деятельность по конструированию, сборке робота и управлению посредством телеметрии. (20 часов)

Тема 6.1. Изучение положений о проведении соревнований ИКаР, RoboSkills Теория Разбор и изучение правил соревнований ИКаР, RoboSkills сезона 2020. 

Тема 6.2. Разработка проекта робота спасателя на базе (Arduino).14 Практика Проектная деятельность. Проектная деятельность. Работа с интернет контентом, литературой и оборудованием. 

Тема 6.3. Реализация проекта. Практика Проектная деятельность. Проектная деятельность. Работа с интернет контентом, литературой и оборудованием 

Тема 6.4. Защита проекта, обсуждение положительных моментов и возникающих проблем при реализации проекта. Практика Проектная деятельность. Знакомство с работами других участников групп, обсуждение достоинств и недостатков. 

Раздел 7. Разработка игры, описание правил, создание моделей и тактического замысла. Реализация замысла. (30 часов)

Тема 7.1. Понятие тактики в военном и спасательном деле. Теория Тактика. Тактическая задумка, учения, отработка. Подготовка и проведение тактических учений. Тактика проведения спасательной операции. 

Тема 7.2. Военные игры. Практика Разработка, сценария. Проведение игр с роботами по выполнению поставленных задач. 

Тема 7.3. Тактический замысел. Практика Проведении игры по разработке тактического замысла проведения соревнований. 

Тема 7.4. Взаимодействие нескольких роботов при ликвидации аварии или ЧС. Практика Отработка взаимодействия нескольких роботов с разными видами выполняемых операций. Сборочный цех. 

Тема 7.5. Факторы пожара. Робот пожарный. Практика Роботы пожарные. Виды, способы подачи ОТВ, управление, расчет производительности. 

Тема 7.6. Использование программ векторной графики, 3D моделирования при реализации проекта. Практика Работа в программах векторной графики CorelDRAW. 

Тема 7.7. Демонстрация игры. Практика Демонстрация игры, взаимодействие между группами. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Литература для педагога: 

1.                  Колпаков С. Г., Мячиков А. Д. Классификация роботов по использованию, передвижению и          компонентам             //          Молодой        ученый.          —        2017.   —        №3.     —        С.             241-244.          —        URL https://moluch.ru/archive/137/36438/  

2.                  Конструируем роботов на Arduino Первые шаги Дж. Бейктал; перевод с английского О.А. Трефилоой.М.: Лаборатория знаний, 2016. -320с. 

3.                  Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер . с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2016. 336 с.: ил. 

4.                  Основы программирования микроконтроллеров / Артем Бачинин, Василий Панкратов, Виктор Накоряков –ООО «Амперка», 2013-207с. 

Интернет ресурс 

Классификация роботов по использованию, передвижению и компонентам15 https://moluch.ru/archive/137/36438/ Военные роботы и их разработчики. Часть 2 https://habr.com/ru/post/408731