Изградете своя собствена ръка за роботи
Този урок изследва дизайна на рамото на робота. Учениците проектират и изграждат работеща роботизирана ръка от набор от ежедневни предмети с цел ръката да може да вземе чаша. Студентите работят в екипи от „инженери“, за да проектират и изработят своя собствена роботизирана ръка от ежедневни предмети.
- Научете концепциите за дизайн.
- Научете работата в екип.
- Научете техники за решаване на проблеми.
- Научете за прости машини.
Възрастови нива: 8 - 18
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали
- Картонени ленти
- Чаша (за тестване) - може да искате да тествате няколко вида чаши - пластмасови, стиропор или хартия или просто да тествате една.
Алтернативни материали
- Свързващи скоби
- Кламери
- Месингови крепежни елементи
- Гумени ленти
- щипки
- Popsicle пръчици
- Тел
- Риболовна линия
- Низ
- лента
- Хартия
- Къси/Голф моливи
материали
- Купа (включена в екипните материали)
Алтернативни материали за изпитване
- Опитайте някои предмети с по -голямо тегло (т.е. бутилка вода или добавете елементи към празната чаша), за да накарате екипите да тестват повдигане на предмет, по -тежък от чашата.
Процес
Екипите тестват дизайна си, като повдигат чашата на височина най -малко 6 ”от повърхността (маса, под и т.н.)
Роботите, които работят в производствени условия, са известни като „индустриални роботи“. Индустриалните роботи изпълняват задачи като сортиране, заваряване, боядисване, сглобяване на продукти, опаковане, етикетиране и проверка на качеството. Посетете IEEE Уебсайт на роботи и вижте няколко видеоклипа на Unimate първият индустриален робот, създаван някога.
Титан: Най -силната роботизирана ръка в света
Design Challenge
Вие сте екип от инженери, които работят заедно, използвайки процеса на инженерно проектиране, за да проектират рамо на робот, което да отговаря на критериите и ограниченията на предизвикателството.
Критерии
- Дължина на ръката: минимум 18 ”
- Повдигнете чашата на височина най -малко 6 ”от повърхността (маса, под)
Ограничения
- Използвайте само предоставените материали
- Проектирайте решение в предвиденото време
-
Разбийте класа на екипи от 2-4.
- Раздайте работния лист „Въпроси за упражнения за роботи с ръка“, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите. Ако времето позволява, прегледайте „Приложения в реалния свят“, преди да започнете предизвикателството за проектиране.
- Преди да инструктирате учениците да започнат мозъчна атака и да скицират своите дизайни, помолете ги да обмислят следното:
● Как можете да контролирате движението на ръката от разстояние?
● Как бихте могли да използвате въдицата?
● Помислете за силата на захващане на различните видове чаши.
● Погледнете на един боклук като един възможен пример. - Предоставете на всеки екип своите материали.
- Обяснете, че учениците трябва да проектират ръка на робот от ежедневни предмети. Ръката на робота трябва да бъде най -малко 18 ”и да повдига чаша на височина най -малко 6” от повърхността (маса, под).
- Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час).
- Използвайте таймер или онлайн хронометър (функция за обратно броене), за да сте сигурни, че сте навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Давайте на учениците редовни „проверки на времето“, за да останат на задачата. Ако се борят, задавайте въпроси, които ще ги доведат до по -бързо решение.
- Учениците се срещат и разработват план за своята ръка на робота. Те се договарят за материалите, които ще им трябват, пишат/рисуват своя план и представят плана си пред класа. Екипите могат да търгуват неограничени материали с други екипи, за да разработят своя списък с идеални части.
- Екипите изграждат своя дизайн.
- Тествайте дизайна на рамото на робота и запишете височината, която всеки дизайн успя успешно да повдигне чашата.
- Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте разделите „Приложения в реалния свят“ и „Копаене по -дълбоко“.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
- Използвали ли сте всички предоставени Ви материали? Защо или защо не?
- Кой елемент беше най -критичен за дизайна на вашата роботизирана ръка?
- Как работата в екип помогна в процеса на проектиране?
- Имаше ли недостатъци при проектирането като екип?
- Какво научихте от дизайна, разработен от други екипи?
- Назовете три индустрии, които използват роботи в производството:
Модификация на времето
Урокът може да бъде направен само за 1 клас за по -големите ученици. Въпреки това, за да помогнете на учениците да не се чувстват прибързани и да осигурят успех на учениците (особено за по -малките ученици), разделете урока на два периода, като дадете на учениците повече време за мозъчна атака, тестване на идеи и финализиране на техния дизайн. Проведете тестването и разбора през следващия учебен период.
- Инженери: Изобретатели и решаващи проблеми на света. Двадесет и пет основни специалности са признати в инженерството (виж инфографиката).
- Инженерни навици на ума (EHM): Шест уникални начина, по които инженерите мислят.
- Процес на инженерно проектиране: Процесните инженери използват за решаване на проблеми.
- Критерии: Условия, на които дизайнът трябва да отговаря като общия му размер и т.н.
- Ограничения: Ограничения относно материала, времето, размера на екипа и др.
- Прототип: Работен модел на тестваното решение.
- Повторение: Тестът и редизайнът са една итерация. Повторете (множество повторения).
- Индустриален робот: Изпълнява задачи като сортиране, заваряване, боядисване, сглобяване на продукти, опаковане, етикетиране и проверка на качеството.
- Невъобрази: Първият индустриален робот, построен някога.
Интернет връзки
Препоръчителна четене
- Изкуствен интелект за манекени (ISBN: 978-1119467656)
- Съвременна роботика: механика, планиране и контрол (ISBN: 978-1107156302)
- Роботика: Всичко, което трябва да знаете (ISBN: 978-1523731510)
Писателска дейност
Напишете есе (или параграф в зависимост от възрастта) за това как изобретението на роботи и роботика е повлияло на производството.
Привеждане в съответствие с учебните програми
Забележка: Всички планове за уроци от тази поредица са подравнени с Национални стандарти за научно образование които са изготвени от Националния научноизследователски съвет и одобрени от Националната асоциация на учителите по естествени науки, и ако е приложимо, също и към Стандартите за технологична грамотност на Международната асоциация по технологично образование или Националните съвети на учителите по математика за принципите и стандартите за училищна математика.
Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14)
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки
В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за
- Движения и сили
- Прехвърляне на енергия
Национални стандарти за научно образование 9-12 клас (на възраст 14-18)
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки
В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за
- Движения и сили
- Взаимодействия на енергия и материя
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Способности за технологичен дизайн
- Разбиране за науката и технологиите
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
Природата на технологиите
- Стандарт 3: Студентите ще развият разбиране за връзките между технологиите и връзките между технологиите и други области на обучение.
Технология и общество
- Стандарт 7: Учениците ще развият разбиране за влиянието на технологиите върху историята.
Дизайн
- Стандарт 9: Студентите ще развият разбиране за инженерния дизайн.
- Стандарт 10: Студентите ще развият разбиране за ролята на отстраняване на неизправности, изследвания и разработки, изобретения и иновации и експериментиране при решаването на проблеми.
Способности за един технологичен свят
- Стандарт 11: Учениците ще развият способности да прилагат процеса на проектиране.
Проектираният свят
- Стандарт 19: Студентите ще развият разбиране и ще могат да избират и използват производствени технологии.
Използвали ли сте всички предоставени Ви материали? Защо или защо не?
Кой елемент беше най -критичен за дизайна на вашата роботизирана ръка?
Как работата в екип от четирима помогна в процеса на проектиране?
Имаше ли недостатъци при проектирането като екип?
Какво научихте от дизайна, разработен от други екипи?
Назовете три индустрии, които използват роботи в производството: