14 февраля 2016г.
Робототехника как направление образовательной деятельности получила свое развитие недавно. В большинстве образовательных учреждений это направление реализуется в рамках дополнительного образования, кружков и факультативов. В Оренбургском президентском кадетском училище робототехника преподается в курсе технологии в 6 и 7 классах. Кроме этого, выделяются дополнительные часы в системе дополнительного образования.
Несмотря на популяризацию изучения робототехники, ей по–прежнему не хватает образовательных ресурсов. С одной стороны, развивается материально-техническая база, выпускаются различные виды конструкторов, которые постоянно дополняются ресурсными наборами. С другой стороны, отсутствует методическое обеспечение. Преподавание ведется по авторским, самостоятельно разрабатываемым педагогами программам. В такой ситуации росту качества преподавания способствует обмен опытом на конференциях, а участие в конкурсах позволяет выявлять лучшие на текущий момент технические решения, корректировать содержание обучения на основе новых целей и задач.
С перечнем конкурсов по робототехнике можно ознакомиться на постоянно обновляемом интернет- ресурсе по адресу:http://edurobots.ru/katalog-meropriyatiya-mira-robototexniki/
В перечень состязаний входят как уже устоявшиеся по регламенту проведения, присутствующие практически в любом конкурсе испытания (например, «Линия», «Лестница»), так и принципиально новые, нестандартные задания. Большинство конкурсов предполагает состязание в конструировании робота на свободную тему без определенного задания – так называемая творческая категория.
Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) – это наука, которая изучает развитие техники как особого взаимодействия природы и человека. Выявление и использование противоречий, одновременного «наличия- отсутствия» некоторого взаимодействия – характерная черта ТРИЗ.
Первые постулаты этой теории сформулировал Альтшуллер Г.С. в статье «О психологии изобретательского творчества», опубликованной в советском журнале «Вопросы психологии» №6, 1956 г. с. 37-49. Авторы – Г.С. Альтшуллер и Р.Б. Шапиро (г.Баку).
В этой статье авторы открыли новую науку, поделились результатами исследования творческого процесса, сформулировали основные принципы творческой работы и представили инструмент для практической работы.
«Схему» творческого процесса можно представить в следующем виде: Аналитическая стадия
Выбор задачи
Определение основного звена задачи Выявление решающего противоречия
Определение непосредственной причины противоречия Оперативная стадия
Исследование типичных приемов решения (прообразов)
В природе В технике
Поиски новых приемов решения путем изменений
В пределах системы Во внешней среде
В сопредельных системах
Синтетическая стадия
Введение функционально обусловленных изменений в систему
Введение функционально обусловленных изменений в методы использования системы Проверка применимости принципа к решению других технических задач
Оценка сделанного изобретения.
В процессе работы над роботом «Кирка» мы использовали ТРИЗ для улучшения конструкции робота, поэтому мы не прибегали к алгоритму решения изобретательской задачи в том виде, в котором его рассматривают в науке. Нами были использованы лишь элементы данной теории, но и это позволило максимально приблизиться к желаемому результату.
Формулировка задачи: «Стена» - это упражнение, в котором роботу необходимо пройти маршрут от входных ворот до выходных и преодолеть вертикальную стену, высота которой соизмерима с высотой робота. Правилами не оговаривается способ преодоления препятствия, запрещено только использовать липкие материалы. На старте робот должен полностью помещаться в стартовом квадрате 40х40 см.Максимальное время для выполнения задания - 60 секунд.
Составные части объекта: робот, предназначенный для движения должен иметь средства, позволяющие передвигаться – программируемые двигатели, колеса или гусеницы. Робот, перемещающийся в условиях наличия препятствий, должен иметь соответствующие датчики.
Техническое противоречие 1: если роботу необходимо определить наличие препятствия, то он должен быть снабжен датчиком касания.
Техническое противоречие 2: если у робота есть датчик касания, то при преодолении стены он конструктивно нецелесообразен.
Техническое противоречие 3: робот должен быть не больше, чем требуемые размеры.
Техническое противоречие 4: робот должен быть соизмерим со стеной.
Основным звеном в поиске решения задачи являет конструкция робота. В результате первичного анализа нами установлено, что робот должен быть выполнен с использование колесной базы – для повышения скорости движения, но не должен иметь датчик касания, который нужно заменить датчиком расстояния. Датчик касания имеет выступающие части, которые мешают роботу перебираться через стену. Решающим противоречием являются размеры робота. Причина противоречия – законы физики, которые должны позволить роботу одновременно быстро двигаться и преодолевать препятствие.
На оперативной стадии нами были выявлены прообразы – животные, благополучно преодолевающие препятствия: гусеница, богомол, тараканы. В технике соответствующими прообразами были выбраны шагающие роботы, робот-мельница, гусеничные роботы.
Рассмотрев свойство гусеницы меняться в размерах, свойство богомола – иметь лапы разной величины и свойство тараканов – падать в процессе движения (быстрое преодоление расстояния при движении вниз),мы соединили это в роботе «Кирка». Таким образом мы сконструировали робота, который при достижении стены меняется в размерах и способен в процессе преодоления препятствия менять свой центр тяжести. Конструкция получилась удачная, но требующая усовершенствования в пределах созданной системы. Эти усовершенствования связаны с доработкой программного обеспечения. Робот смог преодолеть препятствие за 5,6 секунды.
На синтетической стадии робот опять был изменен. В первую очередь были подобраны колеса нужного размера для оптимизации скоростных характеристик. Следующим этапом были внесены функциональные изменения в способность робота к преодолению стены. Робота необходимо было научить двигаться не только горизонтально, но и вертикально. Снабдить его возможностью определения крайней верхней точки стены. Распределение фаз работы двигателей – еще одна функциональная доработка системы.
Кадеты 8 курса Хисамуденов Дмитрий и Анашкин Андрей представили робота на соревнованиях по робототехнике на кубок политехнического музея в г.Москва в 2013 учебном году и заняли первое место. Робот выполнил упражнение за 4,2 секунды и показал рекордное время. Конструкция робота была взята на заметку и используется при решении задачи «Лестница».
Вывод: При работе с решением учебных технических задач по робототехнике эффективно использование технологии ТРИЗ в процессе проектирования и совершенствования робототехнических конструкций.
Список литературы
1. Альтшуллер Г.С. О психологии изобретательского творчества/ Г.С. Альтшуллер, Р.Б. Шапиро// Вопр. психологии. – 1956. - №6. – С. 37- 49.
2. Narbut N.N., Narbut A.Th. TRIZ History of the Instruments /TRIZ Master’sBook, 2005
