Аэропорт

В работе над проектом принимали участие

шк 1410

шк 1099 ЦАО

шк 17 ЮЗАО

шк 1989 ЮВАО

шк 31 ВАО

Руководители

  методист ЦИТУО

методист ЦИТУО

АЭРОПОРТ

 

Содержание проекта

Учащимся предлагается разработать и создать проект аэропорта будущего, в котором основные функции будут исполнять роботы: они будут осуществлять контроль пассажиров и багажа, транспортировку их к самолёту, погрузку в самолёт и, наконец, рулёжку самолёта к взлётной полосе.

Учебные цели

При выполнении проекта ученики смогут:

  Познакомиться с процессами функционирования современного аэропорта и проблемами обеспечения безопасности пассажиров и грузов;

  Оценить возможность роботизации отдельных процессов;

  Совершенствовать свои навыки и умения конструирования роботов, решающих различные производственные задачи, и разработки программ их функционирования;

  Моделировать различные ситуации в работе аэропорта.

Предметы и ЗУНы

ИНФОРМАТИКА

·  Объекты и процессы;

·  Модели объектов и процессов;

·  Алгоритмы с ветвлением и конечными циклами;

·  Знакомство с системами управления.

ГЕОГРАФИЯ

·  Методы транспортировки;

·  Перевозка пассажиров и грузов;

·  Картография.

ФИЗИКА

·  Принципы работы различных датчиков;

·  Виды движения и преобразование одних видов в другие;

·  Исполнительные устройства современных роботов.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ

·  Свойства материалов.

Начинаем работу

Тема проекта

Проект посвящён вопросам создания аэропорта, в котором все основные операции будут выполнять роботы. Он рассчитан на учеников, которые уже получили навыки конструирования роботов и выполнили задания из сборника ТК 1 и ТК 2 (набор 9723).

Выполнение проекта

Планы занятий в классах включают знакомство с работой аэропорта и основными операциями, выполняемыми на различных его участках и в зонах. Рекомендуется обратить внимание учащихся на такие функции, как:

·  Регистрация пассажиров;

·  Контроль прохождения пассажиров в зону ожидания посадки в самолёт;

·  Контроль (просвечивание) багажа на наличие запрещённых к провозу предметов;

·  Доставку пассажиров и багажа к самолёту и их размещение в самолёте;

·  Движение самолёта по рулёжной дорожке к взлётной полосе.

Ученикам предлагается оценить, выполнение каких из них можно «поручить» роботам.

Далее им предлагается методом «мозгового штурма» построить информационную модель создаваемого аэропорта. Роль учителя в этом процессе сводится к контролю соблюдения правил игры:

·  Свободное высказывание мнений; отсутствие критики предложений;

·  Ограничение тематики дебатов рамками темы.

Вводная информация

Современный аэропорт представляет собой сложное инженерное сооружение, целью функционирования которого является обеспечение перевозок людей и грузов авиатранспортом с максимальными удобствами для людей и с соблюдением необходимых мер безопасности.

Целый ряд функций, которые сейчас выполняются людьми, вполне возможно поручить автоматическим устройствам.

С целью получения представлений о проектируемом объекте, его функциях и возможном облике используют метод «мозгового штурма», или «мозговой атаки».

В ходе мозговой атаки её участники свободно высказывают свои мнения по вопросу исследования, дополняют и развивают ранее высказанные предложения. Запрещается выступать с критикой поступивших предложений, но разрешается высказывать альтернативные предложения. Все поступившие предложения фиксируются одним из участников игры – секретарём.

В конце игры руководитель подводит итоги и даёт оценку возможности реализации высказанных идей с учётом ограниченных возможностей конструктора и других факторов

Работа над проектом

Общая продолжительность работы над проектом зависит от многих факторов:

·  Возрастной категории учащихся;

·  Степени подготовленности их к работе над проектом;

·  Индивидуальных факторов и т. д.

Ориентировочная длительность работы над проектом – не менее 6-8 занятий, реальное время – 1 четверть.

С учётом того, что при работе над проектом учащимся необходимы некоторые базовые знания информатики и навыки работы с компьютером, работу над проектом рекомендуется поручать ученикам 7-9 классов.

По результатам мозгового штурма учитель определяет состав роботизированных участков, зон, устройств аэропорта, которые предполагается включить в состав модели. Один из возможных вариантов такого разбиения:

·  Зона контроля и досмотра пассажиров и багажа, включающая линию доставки пассажиров (эскалатор) со счетчиком количества пассажиров и линию досмотра багажа (транспортёр) с детектором «подозрительных» чемоданов.

·  Автокар (автобус) с капсулами для багажа и пассажиров и подъёмным устройством для погрузки капсул в самолёт;

·  Самолёт с отделением для размещения съёмных капсул для багажа и грузов;

·  Здания, сооружения и территория аэропорта.

Класс разбивается на бригады численностью по 3-4 человека, каждая из которых отвечает за разработку одной из частей проекта. В случае, если какая-либо часть оказывается сложной для реализация силами одной бригады, возможно подключение к работе над ней нескольких бригад.

В процессе работы над проектом учащиеся обмениваются информацией друг с другом и учителем, выясняя и уточняя детали проекта. Задача учителя на этом этапе – подтолкнуть учащихся к поиску вариантов, обеспечивающих решение задачи, направляя их мысль в нужном направлении. Можно предложить им, например, для поиска прототипов устройств воспользоваться сборниками технологических карт из конструкторов 9723 (Город и транспортные средства), 9665 (Инженерная механика), 9645 (Машины и механизмы с электроприводом) и др.

В процессе проектирования и создания модели, возможно, окажется необходимым обеспечить взаимный обмен информацией между отдельными компьютерами RCX. Этот обмен можно обеспечить двумя способами: через инфракрасный порт компьютеров RCX либо подключением одного из выходов А-С одного из компьютеров ко входному порту (1-3) другого компьютера.

Ниже приводится описание одного из возможных вариантов модели аэропорта и даются программы работы его составных частей.

Описание проекта

Модель аэропорта включает три объекта:

·  Самолёт;

·  Автокар;

·  Зону контроля пассажиров и досмотра багажа (терминал).

О функциях каждого из этих объектов говорилось выше.

Модель работает следующим образом.

Работа модели начинается с открытием терминала. При нажатии кнопки Run первого из компьютеров RCX терминала (о составе компьютерной системы терминала и взаимодействии компьютеров между собой – см. ниже):

·  Над воротами терминала зажигается зелёный сигнал светофора;

·  Ворота сдвигаются в сторону, открывая доступ пассажирам в зону контроля и досмотра;

·  Включаются эскалатор и транспортёр багажа;

·  Счётчик (датчик освещенности) начинает подсчёт количества пассажиров, ступивших на эскалатор;

·  Детектор «подозрительных» предметов (датчик освещённости, настроенный на перепад освещенности таким образом, чтобы реагировать на «подозрительный» - жёлтый - цвет чемодана) «просвечивает» проплывающие мимо чемоданы;

·  Пассажиры с эскалатора попадают в пассажирский отсек капсулы, а багаж – в багажный отсек.

·  Когда количество пассажиров сравняется с заданной вместимостью самолёта:

·  Выдаётся звуковой сигнал об окончании посадки в самолёт;

·  Загорается красный сигнал светофора над воротами терминала;

·  Ворота терминала закрываются;

·  Эскалатор и транспортёр через некоторый промежуток времени (необходимый для того, чтобы пассажиры и груз закончили погрузку в автокар) останавливаются;

·  Терминал прекращает свою работу.

·  При обнаружении «подозрительного» чемодана:

·  Выдаётся звуковой сигнал тревоги;

·  Над воротами загорается красный сигнал светофора; ворота закрываются;

·  Эскалатор продолжает движение, вывозя пассажиров из опасной зоны;

По окончании погрузки пассажиров и багажа автокар отъезжает от терминала и подъезжает к самолёту; его подъёмный механизм производит погрузку капсулы в самолёт.

После загрузки капсулы самолёт включает габаритные огни и начинает движение по рулёжной дорожке. В конце дорожки он останавливается.

На этом работа модели заканчивается.

Компьютерная система терминала

В ходе выполнения задания ученики должны будут:

1. Собрать электронный автомобиль с двумя моторами, который едет вдоль извилистой черной линии

2. Запрограммировать его таким образом, чтобы он отслеживал положение черной линии и двигался вдоль ее, а наткнувшись на препятствие:

издавал звуковой сигнал,

поворачивался,

возвращался назад по той же линии.

3. Определить среднюю скорость движения автомобиля.

Вариант алгоритма находится у учителя.

Как известно, компьютеры RCX имеют ограниченные возможности по подключению датчиков и исполнительных устройств. Это не позволяет организовать работу терминала с помощью одного RCX. Поэтому в реализованной модели терминала использовались два RCX: один из них управлял воротами, светофором и выдавал сигнал остановки эскалатора и транспортёра, другой же управляет работой, соответственно, транспортёра и эскалатора.

Для обмена информацией между первым и вторым RCX использовался инфракрасный порт RCX и программные модули «ждать сообщение» и «отправить сообщение». Обмен информацией заключался в посылке кодированного сигнала от одного компьютера другому. Распознавание сообщений происходило по номеру кода.

Как известно, компьютеры RCX имеют весьма ограниченные возможности по подключению датчиков и исполнительных устройств. Это не позволяет организовать работу терминала с помощью одного RCX. Поэтому в реализованной модели терминала использовались три RCX: один из них управлял воротами, светофором и выдавал сигнал остановки эскалатора и транспортёра, два других же управляли работой, соответственно, транспортёра и эскалатора.

Для обмена информацией между первым и вторым RCX использовался инфракрасный порт RCX и программные модули «ждать сообщение» и «отправить сообщение». Обмен информацией заключался в посылке кодированного сигнала от одного компьютера другому. Распознавание сообщений происходило по номеру кода.

Поскольку возможности RCX не позволяют организовать обмен сообщениями более чем с одним компьютером, связь между третьим RCX и первым осуществлялась путем соединения одного из выходов RCX-3 с входом RCX-1, причём сигнал от RCX-3 воспринимался компьютером RCX-1 как сигнал от датчика освещённости.

Указание для учителя

Ворота с электронным управлением.

Учебные цели.

В ходе выполнения этого задания ученики будут:

1. Собирать модель ворот с автоматическим управлением и светофором.

2. Использовать свои знания по программированию в режиме «Конструктор».

3. Рассчитывать различные варианты для заданных переменных.

Комментарий.

1. При выполнении этого задания ученики будут собирать модель, руководствуясь инструкцией.

2. От учащихся потребуется использовать свои знания в программировании в режиме «Конструктор». Ниже представлен один из возможных вариантов решения данной задачи.

Указание для учащегося

Ворота с электронным управлением и светофором.

Вы будете разрабатывать пропускную систему пассажиров.

1.  Изготовьте модель ворот с электронным управлением и светофором, контролирующим движение.

2.  Загрузите программу ROBOLAB.

3.  В режиме «Конструирование» запрограммируйте работу ворот.

4.  Напишите, как вы будете это делать, или распечатайте вашу программу.

5.  Поэкспериментируйте с различными уровнями мощности. Определите время открытия и закрытия ворот. Запишите ваши результаты:

а)  Уровень мощности 1______;

б) Уровень мощности 2_______;

в)  Уровень мощности 3_______;

6.  Подберите подходящее время для работы ворот.

7.  Измените программу так, чтобы горел зеленый свет, когда вороты открыты, и красный, когда они закрыты.

8.  Присоедините к модели датчик касания и измените программу так, чтобы воротами можно было управлять.

9.  Измените программу, так чтобы воротами можно было управлять с другого RCX.

Указание для учителя

Транспортер (эскалатор) для пассажиров с подсчетом их количества.

 

Учебные цели.

В ходе выполнения этого задания ученики будут

1. Собирать модель транспортера.

2. Использовать свои знания по программированию в режиме «Конструктор».

3. Рассчитывать различные варианты для заданных переменных.

Комментарий.

При выполнении этого задания ученики будут собирать модель, руководствуясь инструкцией.

От учащихся потребуется использовать свои знания в программировании в режиме «Конструктор». Ниже представлен один из возможных вариантов решения.

Указание для учащегося

Модель транспортера пассажиров.

Вы будете разрабатывать систему транспортировки пассажиров с подсчетом числа пассажиров.

10. Изготовьте модель транспортера

11. Загрузите программу ROBOLAB.

12. В режиме «Конструирование» запрограммируйте работу транспортера.

13. Напишите, как вы будете это делать, или распечатайте вашу программу.

14. Поэкспериментируйте с различными уровнями мощности. Определите время движения пассажира. Запишите ваши результаты:

а)  Уровень мощности 1____;

б) Уровень мощности 2____;

в)  Уровень мощности 3____;

Подберите подходящую скорость работы транспортера.

15. Подсоедините к модели фотодатчик и измените программу так, чтобы она подсчитывала число пассажиров и останавливала работу транспортера, если число пассажиров больше n.

16. Измените программу, так чтобы транспортером  можно было управлять с другого RCX.

Указание для учителя

Транспортер для перевоза багажа.

 

Учебные цели.

В ходе выполнения этого задания ученики будут

1. Собирать модель транспортера.

2. Использовать свои знания по программированию в режиме «Конструктор».

3. Рассчитывать различные варианты для заданных переменных.

Комментарий.

При выполнении этого задания ученики будут собирать модель, руководствуясь инструкцией.

От учащихся потребуется использовать свои знания в программировании в режиме «Конструктор». Ниже представлен один из возможных вариантов решения.

 

Указание для учащегося

Модель транспортера для багажа.

Вы будете разрабатывать систему транспортировки.

17. Изготовьте модель транспортера.

18. Загрузите программу ROBOLAB.

19. В режиме «Конструирование» запрограммируйте работу транспортера.

20. Напишите, как вы будете это делать, или распечатайте вашу программу.

21. Поэкспериментируйте с различными уровнями мощности. Определите время движения пассажира. Запишите ваши результаты:

а)  Уровень мощности 1____;

б) Уровень мощности 2____;

в)  Уровень мощности 3____;

Подберите подходящую скорость работы транспортера.

22. В режиме «Конструирование» запрограммируйте работу контролирующего устройства.

23.  Напишите, как вы будете это делать, или распечатайте вашу программу.

24.  Дополните систему транспортировки системой контроля багажа.

25.  Измените программу так, чтобы транспортером  можно было управлять с другого RCX и  в случае появления «бомбы» передавался звуковой сигнал.

Указание для учителя

Самолет, движущийся по заданной траектории

 

Учебные цели

В ходе выполнения задания ученики будут:

·  Собирать модель пассажирского самолета, которая может двигаться вдоль определенной линии.

·  ·Программировать в режиме “Конструирования” программу управления движением модели вдоль черной линии определенной геометрии, движения модели с ускорением.

·  Определять возможные углы поворота, которые может выполнять модель.

·  Решать задачи, в которых нужно мыслить логически.

Комментарий:

·  При выполнении этого задания учащиеся будут руководствоваться

·  рисунком 1 .

·  Для этой модели необходимы два мотора, поэтому один мотор

·  нужно одолжить на время у другой группы.

·  Для испытания модели понадобится лист ватмана и черный маркер.

·  В качестве дополнительного задания учащиеся могут дополнить программу, так чтобы во время движения самолета звучала музыка.

Образцы ответов в рабочих бланках 

3. Одно из возможных решений составления программы.

Программа написана по заданию до *.

4. Ответы варьируются.

5.Прямая линия.

Дополнительные материалы:

лист ватмана, маркер черного цвета.

Указание для учащегося

Самолет, движущийся по заданной траектории

·  Собираем модель самолета, контролируем посадку пассажиров и проектируем путь, по которому он должен перемещаться.

· 

Рис 2

 

· 

Рис 1

Соберите модель самолета, и капсулы для пассажиров как показано на рисунке1.

·  Проверьте, что моторы присоединены к Портам А и С, световые датчики к Портам 1 и 3, датчик косания к Порту 2, две лампочки к Портам А и В и лампочка на хвосте к

·   Загрузите программу ROBOLAB.

·   Составьте программу управления движением модели в режиме “Конструирования” так, чтобы она фиксировала посадку капсулы, давала три звуковых сигнала и ехала по черной линии до взлетной полосы*, далее в течении 2с шла на ускорение, потом за 2с тормозила и останавливалась. Напишите вашу программу:____________________________________________________________

·   

·  Теперь опытным путем определите возможные углы поворота, которые может выполнять ваша модель. Запишите, что происходит, когда движение ее осуществляется по:

  а. Окружности_____________________________________________________

  б. Прямоугольнику_________________________________________________

  в. Треугольнику____________________________________________________

  г. Восьмиугольнику_________________________________________________

·  Какая конфигурация линии наиболее удачная для движения самолета? ______________________________________________________________________

·  Теперь начертите черным маркером линию на листе ватмана и протестируйте модель.

Дополнительное задание

  Дополните программу таким образом, чтобы во время движения самолета

  Звучала приятная музыка