Ονοματεπώνυμο Εκπαιδευτικών: Καρυπίδου Παρασκευή – ΠΕ19, Ρεγκόπουλος Βασίλειος – ΠΕ70
Σχολική Μονάδα: 1ο Δ.Σ. Διαβατών Θεσσαλονίκης
Στοιχεία συμμετεχόντων μαθητών
Δ2, 1 αγόρι, σύνολο: 1
Ε1, 1 αγόρι, σύνολο: 1
Ε2, 1 αγόρι, σύνολο: 1
ΣΤ1, 2 αγόρια, σύνολο: 2
ΣΤ2, 1 αγόρι, σύνολο: 1
Χρονική Περίοδος Υλοποίησης: Δεκέμβριος 2015 – Μάρτιος 2016
Περιγραφή του έργου
Το έναυσμα για την υλοποίηση του project ήταν η συμμετοχή σε διαγωνισμό εκπαιδευτικής ρομποτικής. Στο σχολείο λειτουργεί όμιλος εκπαιδευτικής ρομποτικής και η συμμετοχή σε διαγωνισμό αποτελεί μεγάλο κίνητρο για ενασχόληση με διάθεση. Η ιδέα του project ήταν των μαθητών, οι οποίοι με την εμπειρία που αποκόμισαν το περασμένο σχολικό έτος, είχαν την απαιτούμενη ωριμότητα για γρήγορη προσαρμογή στα δεδομένα. Χαρακτηριστική ήταν η ικανότητα αυτό-οργάνωσης της ομάδας.
Χρησιμοποιήθηκε κυρίως, το πακέτο εκπαιδευτικής ρομποτικής Lego Wedo και πολλά τουβλάκια Lego. Ξεκινήσαμε με την ιδέα και υλοποίηση της μακέτας, η οποία δημιουργεί αισθητικά και οπτικά την κατάλληλη αίσθηση στο θεατή, έτσι ώστε η ρομποτική κατασκευή να λειτουργεί, προσομοιώνοντας το πραγματικό περιβάλλον. Παράλληλα, οι μαθητές προσπαθούσαν να βρουν τους τρόπους υλοποίησης της ρομποτικής κατασκευής, η οποία έπρεπε να έχει κάποιο βαθμό ευφυΐας, ώστε να διεκδικήσει καλή θέση στο διαγωνισμό. Ο προγραμματισμός έγινε στο λογισμικό Scratch 1.4, στον οποίο υπάρχει τόσο η προσομοίωση του πραγματικού περιβάλλοντος, όσο και το αμφίδρομο της εφαρμογής με τον προσομοιωτή.
Οι μαθητές σχεδιάζοντας, κατασκευάζοντας και προγραμματίζοντας είχαν τη δυνατότητα να αναπτύξουν πολλαπλές δεξιότητες, ενώ ταυτόχρονα είχαν την αίσθηση ότι παίζουν. Γενικά, η ενασχόληση με ένα project εκπαιδευτικής ρομποτικής δίνει τη δυνατότητα για ομαδική εργασία και για επίλυση προβλημάτων, όπου εμπλέκονται τα στάδια της ανάλυσης, της σχεδίασης, της υλοποίησης, της δοκιμής, του πειραματισμού και της αξιολόγησης. Ταυτόχρονα, η προσπάθεια σχεδιασμού ενός καινοτόμου project κινητοποιεί τόσο τη δημιουργικότητα, όσο και την αναλυτική, συνθετική και κριτική τους σκέψη.
Το θέμα
Η κατασκευή αφορά σε ένα τηλεχειριζόμενο ρομποτικό βραχίονα για τη μετακίνηση αντικειμένων εντός και εκτός της ατράκτου (cargo bay) του διαστημικού λεωφορείου (space shuttle). Ο βραχίονας υλοποιεί κίνηση με 3 βαθμούς ελευθερίας (οριζόντια περιστροφή, κατακόρυφη κίνηση και κίνηση αρπάγης) με μόνο 2 κινητήρες. Ο τηλεχειρισμός γίνεται με 2 joysticks που υλοποιούνται με αντίστοιχους αισθητήρες κλίσης. Η κατασκευή αποτελεί προσομοίωση του ρομποτικού βραχίονα (Canadarm) του διαστημικού λεωφορείου της NASA.
Συστατικά στοιχεία της κατασκευής
- Η Περιστρεφόμενη Πλατφόρμα είναι μια βάση που εκτελεί οριζόντια περιστροφή (δεξιά – αριστερά) με χρήση ενός κινητήρα.
- Ο Βραχίονας είναι ένα αρθρωτό σύστημα γραναζιών και τμημάτων που υλοποιεί την κατακόρυφη κίνηση μιας αρπάγης και αποτελείται από κινητήρα και σύστημα μετάδοσης κίνησης.
- Δύο Joysticks που υλοποιούν τον “απομακρυσμένο” έλεγχο των κινητήρων της κατασκευής. Είναι τοποθετημένα, το ένα σε γωνία 90¬ο ως προς το άλλο, έτσι ώστε το ένα να υλοποιεί οριζόντια κίνηση και το άλλο κατακόρυφη.
Αυτοματισμοί – Μηχανικά μέρη
- Χρησιμοποιούνται δύο αισθητήρες κλίσης που υλοποιούν τα αντίστοιχα δύο joysticks. Κάθε joystick περιλαμβάνει λάστιχα επαναφοράς στην οριζόντια θέση.
- Χρησιμοποιείται ένας κινητήρας για την οριζόντια κίνηση της περιστρεφόμενης πλατφόρμας. Ο κινητήρας μεταδίδει την κίνηση σε κατακόρυφο άξονα (90ο) με μειωτήρα στροφών μέσω ενός κιβωτίου γραναζιών. Η πλατφόρμα περιστρέφει τον ρομποτικό βραχίονα και έχει πεδίο περιστροφής 360ο.
- Χρησιμοποιείται ένας κινητήρας για την κατακόρυφη κίνηση του βραχίονα και την κίνηση της αρπάγης. Η μετάδοση της κίνησης στην αρπάγη γίνεται με μειωτήρα στροφών και 4 διαδοχικά γρανάζια. Στα δύο τελευταία γρανάζια προσαρμόζεται η αρπάγη με τέτοιο τρόπο, ώστε, όποτε παρεμποδίζεται η κίνηση του βραχίονα, να ενεργοποιείται η κίνηση της αρπάγης. Με τον τρόπο αυτό, ο ίδιος κινητήρας δίνει κίνηση 2 βαθμών ελευθερίας: α) κατακόρυφη κίνηση του βραχίονα (πάνω – κάτω) και β) κίνηση της αρπάγης (άνοιγμα – κλείσιμο). Η κίνηση προς τα κάτω του βραχίονα παρεμποδίζεται όταν αυτός φτάσει στην οριζόντια θέση, οπότε στη θέση αυτή το άνοιγμα της αρπάγης. Αντιστρέφοντας την κίνηση προς τα επάνω κλείνει η αρπάγη και όταν σταματήσει η κίνησή της (στην κλειστή θέση, grip) τότε ενεργοποιείται μέσω των γραναζιών η προς τα επάνω κίνηση του βραχίονα (lift up).
Αμφίδρομο με Scratch
Χρησιμοποιούνται δύο Η/Υ για τον έλεγχο δύο κινητήρων και δύο αισθητήρων. Έχει υλοποιηθεί λογισμικό σε Scratch που προσομοιώνει το φόρτωμα ενός αντικειμένου από την άτρακτο (cargo bay) του διαστημικού λεωφορείου και την αποδέσμευσή του στο διάστημα (έξω από την άτρακτο). Η προσομοίωση γίνεται με δύο θέσεις θέασης: α) κάτοψη της ατράκτου (top view) και β) πλάγια θέαση (side view). Από θέση top view δείχνεται η οριζόντια περιστροφή της πλατφόρμας και από θέση side view δείχνεται η κατακόρυφη κίνηση του βραχίονα. Η προσομοίωση μπορεί να εκτελείται είτε με το πληκτρολόγιο, είτε με συνδυασμό πληκτρολογίου και αυτοματισμών.