나만의 로봇 팔 만들기

이 단원에서는 로봇 팔의 설계를 탐구합니다. 학생들은 팔로 컵을 집는 것을 목표로 일상 용품 세트로 작동하는 로봇 팔을 설계하고 제작합니다. 학생들은 "엔지니어" 팀에서 일하여 일상적인 품목에서 자신의 로봇 팔을 설계하고 제작합니다.

디자인 개념을 배웁니다.
팀워크를 배웁니다.
문제 해결 기술을 배웁니다.
단순 기계에 대해 알아보십시오.

연령 수준 : 8 – 18

수업 계획 개요

빌드 재료(팀별)

필수 자료

골판지 스트립
컵(테스트용) – 플라스틱, 스티로폼 또는 종이와 같은 여러 유형의 컵을 테스트하거나 하나만 테스트할 수 있습니다.

대체 재료

바인더 클립
종이 클립
황동 패스너
고무 밴드
옷핀
아이스 스틱
철사
낚싯줄
끈
찰싹
서
짧은/골프 연필

시험 재료 및 공정

소스

컵 (팀 자료에 포함)

대체 시험 재료

팀이 컵보다 무거운 물건을 들어올리는 테스트를 하도록 더 무거운 물건을 시도하십시오(예: 물병 또는 빈 컵에 물건 추가).

방법

팀은 표면(테이블, 바닥 등)에서 최소 6인치 높이까지 컵을 들어 올려 디자인을 테스트합니다.

실제 응용 프로그램

제조 환경에서 일하는 로봇은 "산업용 로봇"으로 알려져 있습니다. 산업용 로봇은 분류, 용접, 도장, 제품 조립, 포장, 라벨링, 품질 검사 등의 작업을 수행합니다. IEEE 방문 로봇 웹사이트 그리고 Unimate 최초의 산업용 로봇에 대한 비디오를 확인하십시오.

타이탄: 세계에서 가장 강한 로봇 팔

https://robots.ieee.org/robots/titan/

엔지니어링 디자인 챌린지

디자인 도전

여러분은 엔지니어링 설계 프로세스를 사용하여 과제의 기준과 제약 조건을 충족하는 로봇 팔을 설계하기 위해 모두 함께 작업하는 엔지니어 팀입니다.

기준

팔 길이: 최소 18”
컵을 표면(테이블, 바닥)에서 최소 6인치 높이로 들어 올리십시오.

제약

제공된 재료만 사용
주어진 시간 안에 솔루션 설계

활동 지침 및 절차

수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
로봇 팔 운동 질문 워크시트와 디자인 스케치를 위한 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 시간이 허락한다면 디자인 챌린지를 수행하기 전에 "실제 응용 프로그램"을 검토하십시오.
학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시하기 전에 다음 사항을 고려하도록 요청하십시오.
● 멀리서 팔의 움직임을 어떻게 제어할 수 있습니까?
● 낚싯줄을 어떻게 사용할 수 있습니까?
● 컵의 종류에 따라 그립의 강도를 고려하십시오.
● 가능한 한 예로 쓰레기 줍는 사람을 보십시오.
각 팀에 자료를 제공합니다.
학생들은 일상용품에서 로봇 팔을 디자인해야 한다고 설명합니다. 로봇 팔은 최소 18인치가 되어야 하고 표면(테이블, 바닥)에서 최소 6인치 높이까지 컵을 들어 올려야 합니다.
설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
타이머나 온라인 스톱워치(카운트다운 기능)를 사용하여 시간을 잘 지키십시오. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 학생들에게 정기적인 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
학생들이 만나 로봇 팔에 대한 계획을 수립합니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
로봇 팔 디자인을 테스트하고 각 디자인이 컵을 성공적으로 들어올릴 수 있었던 높이를 기록하십시오.
학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
주제에 대한 자세한 내용은 "실제 응용 프로그램" 및 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

제공된 자료는 모두 사용하셨습니까? 그 이유는 무엇?
로봇 팔 디자인에 가장 중요했던 항목은 무엇입니까?
팀으로 작업하는 것이 디자인 프로세스에 어떤 도움이 되었나요?
팀으로 디자인할 때의 단점은 없었나요?
다른 팀에서 개발한 디자인에서 무엇을 배웠습니까?
제조업에서 로봇을 사용하는 세 가지 산업을 말하십시오.

시간 수정

수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.

어휘

엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
마음의 공학 습관(EHM): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 독특한 방식.
엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다.
기준: 전체 크기 등 디자인이 만족해야 하는 조건
제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제약
프로토 타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델입니다.
되풀이: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
산업용 로봇: 선별, 용접, 도장, 제품조립, 포장, 라벨링, 품질검사 등의 업무를 수행합니다.
유니 메이트: 최초의 산업용 로봇 제작.

심화를 파

인터넷 연결

추천 도서

인형을 위한 인공 지능(ISBN: 978-1119467656)
현대 로봇 공학: 역학, 계획 및 제어(ISBN: 978-1107156302)
로봇 공학: 알아야 할 모든 것(ISBN: 978-1523731510)

쓰기 활동

로봇과 로봇의 발명이 제조업에 어떤 영향을 미쳤는지에 대한 에세이(또는 연령에 따른 단락)를 작성하십시오.

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고: 이 시리즈의 모든 수업 계획은 국가 과학 교육 기준 국가 연구 위원회(National Research Council)에서 제작하고 국가 과학 교사 협회(National Science Teachers Association)가 승인했으며 해당되는 경우 국제 기술 교육 협회(International Technology Education Association)의 기술 문해력 표준(Standards for Technological Literacy) 또는 전국 수학 교사 협의회(National Council of Mathematics of Mathematics' Principles and Standards for School Mathematics)의 승인을 받았습니다.