Проекты

Устройство для дистанционного обучения – Робокот

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Мастер-класс на иностранном языке» среди работ учащихся 5−7 классов

Направление работы: Программная инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1569 «Созвездие»
Предметы: Физика, Информатика, Английский язык
Классы: 7 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

В рамках реализации программ начального  общего образования, основного общего образования и среднего общего образования  в России обучение осуществляется преимущественно в очной  форме. Это значит, что для получения образования ребенок приходит в школу и занимается на уроках.

Но иногда возникают ситуации, когда посещение школы невозможно - не позволяют метеорологические условия (на улице сильный мороз) или в школе объявлен карантин на фоне большого количества заболевших детей. В таких случаях могут помочь современные средства связи. Для этих целей может служить мой проект.

Цель

Создание программного продукта для дистанционного обучения для детей, временно не имеющих возможность посещать школу, способное изменять угол обзора во время урока и позволяющее сигнализировать учителю о готовности ответить поднятием руки.

Задачи

  1. Изучение языка Python высокоуровневого языка программирования общего назначения, ориентированного на повышение производительности разработчика и читаемости кода.
  2. Изучение работы сервопривода  и его возможностей для создания Робокота.
  3. Изучение возможностей кросс-платформенной графической библиотеки tkinter, позволяющей создавать оконные приложения  и библиотеки pySerial,  позволяющей передавать данные через последовательный порт.
  4. Подготовка материально-технической базы и изготовление Робокота в домашних условиях.
  5. Написание программы, портирование, компиляция и запуск написанного на языке Python кода на платформе Arduino-nano.
  6. Апробация устройства, устранение (при необходимости) возникающих проблем программирования.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Сервопривод (2 шт.). Автоматическая коррекция состояния через внутреннюю отрицательную обратную связь, в соответствии с параметрами, заданными извне
  • Веб-камера. Фиксацияизображения, предназначенная для дальнейшей передачи по сети Интернет
  • Платформа Arduino-nano.Написание программ, их компиляцияи программирование аппаратуры
  • Вторичное сырье (пластик). Изготовление каркаса в виде кота

Описание

Этапы работы над проектом

Введение в тематику проекта

Изучение языка Python, библиотек tkinter и pySerial

Изучение работы сервопривода и его возможностей для создания Робокота

Подготовка материально-технической базы для создания устройства

Написание программы, компиляция и программирование устройства

Апробация устройства «Робокот»

Устройство представляет собой каркас (в данном случае представляющий силуэт кота), с установленной на него веб-камерой. Учащийся сможет дистанционно получать сигнал с урока, управлять поворотом камеры, видеть и слышать все, что происходит на уроке. Также он будет иметь возможность обратной связи. Сможет управлять лапами кота, поднимать лапу вверх для того, чтобы задать вопрос. Сможет поворачивать голову кота, чтобы изменить угол обзора камеры. Участники образовательного процесса, находящиеся в классе, не видят отсутствующего ученика, однако, он является активным его участником.

Повороты камеры в горизонтальной плоскости и поднимание «лапы» будут осуществляться с помощью сервоприводов. Управление сервоприводами, в свою очередь,  будет осуществляться при помощи платформы Arduino-nano, на которую будет приходить, по последовательному порту, управляющий сигнал с компьютера от приложения, написанного на языке Python.

Таким образом, для реализации проекта необходимо было создать собственный программный продукт, который будет создан посредством  сервопривода,  осуществить работу последовательного порта и реализовать работу библиотек tkinter и ПайСериал. Данный программный продукт был создан автором проекта под руководством педагогов школы. Защита проекта была представлена на английском языке.

Результаты работы/выводы

В результате работы была создана рабочая модель устройства. Данное устройство сравнили со схожими решения, которые  уже существуют в рамках больших коммерческих проектов. Их  стоимость  достаточно высока. Стоимость же данного проекта выгодно отличается от готовых аналогов. При этом данная модель обладает всеми необходимыми функциями и возможностями

Перспективы использования результатов работы

В ходе работы над нашим проектом мы столкнулись с некоторыми проблемами при конвертации и программировании нашего устройства. Дополнительные  исследования, изучение необходимого материала, а также своевременная апробация устройства позволила устранить недочеты в работе и получить на выходе  качественный продукт, на создание которого нами было потрачено минимальное количество материальных ресурсов, максимальное количество технических и человеческих.

Мнение автора

“Я являюсь неоднократным участником Курчатовской Конференции.  Ежегодно представляю разноплановые работы. При этом мне интересно сочетание практических и инженерных задач с освоением терминологии и особенностей языковых навыков, так как все проекты готовлю к защите на английском языке. Данный вид работы позволяет мне реализовывать свои творческие задумки, узнавать новое, развивать свое научное мышление. В процессе работы я знакомлюсь с материалом, далеко выходящем за рамки школьной программы. Это дает хороший толчок и стимул к дальнейшему совершенствованию”