תכנית לימודים רובוטיקה לחטה"ב
שם התכנית
פיתוח חשיבה לוגית-הנדסית רב-תחומית באמצעות רובוטיקה.
הזמן הנדרש
60 שעות.
מטרות התכנית
· לפתח חשיבה משולבת לוגית-הנדסית רב-תחומית בניתוח, בתיכון ובבניית פתרונות רובוטיים
· להקנות מושגי יסוד ועקרונות ברובוטיקה
· להנגיש לתלמיד טכנולוגיות מכטרוניות (אלקטרוניקה, מכניקה, תוכנה, בקרה) כך שיהיו עבורו "כחומר בידי היוצר"
· לעודד לימוד עצמי והתמודדות עצמאית עם אתגרים
· לספק מסגרת חווייתית מהנה בתהליך הלימוד
טבלת התכנים וחלוקת שעות מוצעת
|
תוכן
|
עיוני
|
מעשי
|
סה"כ
|
|
מבוא: רובוטיקה
· מושגים ברובוטיקה
- מערכות קלט-פלט
- הרובוט כמערכת קלט-פלט
· סקירת התפתחות היסטורית של תחום הרובוטיקה
· סוגי רובוטים - תעשייתיים, רפואיים, צבאיים, רובוטי מחשק, צעצועים
· מודלים של רובוטים (אוטונומי, חצי-אוטונומי)
|
2
|
0
|
2
|
|
סקירת מרכיבי הרובוט
· מרכיבים מבניים מכניים
· מרכיבים אלקטרוניים
- בקר (Controller)
- מפעילים (Actuators)
- חיישנים (Sensors)
· תוכנה
- תוכנת המחשב המפעיל
- תוכנת הרובוט (קושחה), צריבת קושחה לרובוט
- תקשורת בין תוכנת הרובוט לתוכנת המחשב המפעיל
|
2
|
2
|
4
|
|
תנועה - אנרגיה חשמלית, אנרגיה מכנית ותמסורת בסיסית
· מנועים חשמליים
- מבנה ופעולה של מנוע חשמלי
- התמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית
- התמרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית
- תמסורת (בסיסית): המרת האנרגיה המכנית לסיבוב ציר
|
4
|
6
|
10
|
|
חישה - זיהוי עצמים ומדידת גדלים פיזיקליים על ידי הרובוט באמצעות חיישנים
· סוגי חיישנים:
- לחצן
- חיישן מגע
- חיישן לזיהוי עצם (איפרא-אדום)
- חיישן אור
|
6
|
6
|
12
|
|
בקרה בחוג פתוח
· בקרה - הגדרת מושגים
· בקרה בחוג פתוח לעומת בקרה בחוג סגור
· דוגמאות לבקרה בחוג פתוח
· בניית רובוט בחוג פתוח
|
2
|
2
|
4
|
|
בקרה בחוג סגור
· מושג הבקרה בחוג סגור - הגדרה ותיאור של מערכת עם משוב
· דוגמאות למערכות בקרה בחוג סגור
· רובוט מעקב אחרי קו (Line Following Robot)
|
2
|
4
|
6
|
|
ניתוח ותיכון מערכת
· הגדרת דרישות וניתוח מערכת
· ניתוח ותיכון מכני - מבנה ועומסים, מרכז כובד, תמסורות
· ניתוח ותיכון אלקטרוני - ניתוח חשמלי, סוגי חיישנים, מנועים
· תיכון תוכנה (מבני ואלגוריתמי) של התכנית הכוללת
|
4
|
6
|
10
|
|
בינה מלאכותית - מערכות לומדות
· אגירת נתונים מהעבר לצורך שיפור אלגוריתמי
· דוגמא 1: פתרון מבוך פשוט ללא זיכרון
· דוגמא 2: פתרון מבוך פשוט עם זכרון מנסיונות קודמים
|
4
|
8
|
12
|
|
סה"כ:
|
|
|
60
|
התנסויות
|
נושא
|
תוכן
|
|
סקירת מרכיבי הרובוט
|
מרכיבי הרובוטיקה בערכת הבנייה
· מרכיבים מכניים - אבני בניין, צירים, גלגלים, תמסורות
· מרכיבים אלקטרוניים - בקר, מנועים, חיישנים
· תוכנה - תוכנת מאמא-רובוטיקה:
- הכרת חלקי ממשק המשתמש: חלון העצמים, חלון הפרטים, חלון התלת ממד, עורך התכנית
- הכרת ספריית הרובטיקה: חיישנים, מנועים, מרכיבי רובוט נוספים
- הרצת תכניות הדוגמא מתוך מאמא-רובוטיקה
|
|
תנועה 1
|
התמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית
· מנוע - הפעלה מכנית (עקרון דינמו)
· בניית רכב תלת-גלגלי, מנוע אחד מחובר לשני הגלגלים
· הפעלת המנוע על ידי התוכנה - תכנית פשוטה להפעלת מנוע רציפה למשך 10 שניות
|
|
תנועה 2
|
התמרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית
· מנוע שני מפעיל את המנוע הראשון על ידי סיבוב מכני של המנוע השני כשזה מחובר חשמלית לראשון
· אופציונלי: הפעלת מנוע 1 על ידי התוכנה (חשמלית), מנוע 2 מחובר למנוע 1 ולכן מופעל מכנית, ממנוע 2 יוצא כבל לנורית שדולקת!
|
|
חישה 1: לחצנים
|
· ניסוי פשוט: בלחיצה על לחצן 1 הפעלת נורה, כיבוי בשחרור
· ניסוי עם רכב רובוטי מהשיעור הקודם: בלחיצה על לחצן 1 - מנוע קדימה, לחיצה על לחצן 2 - אחורה, כיבוי בשחרור
|
|
חישה 2: זיהוי מכשולים
|
· חיישן אינפרא-אדום כמזהה עצמים
· בנייה: רכב תלת גלגלי, הוספת מנוע להתנסות הקודמת כך שיש שני מנועים בשני הצדדים
· בזיהוי מכשול, חזרה אחורה, פניה על ידי הפעלת מנוע אחד בלבד, המשך נסיעה קדימה
|
|
חישה 3
|
· חיישן מגע: זיהוי מגע עם עצם קשיח
· חיישן קול: זיהוי קול
· חיישן אור: זיהוי אור/חושך
|
|
בקרת חוג פתוח
|
· בניית רכב רובוטי נוסע 3 שניות קדימה, פונה ימינה x 4 (ריבוע)
|
|
בקרת חוג סגור
|
· דוגמא משיעור קודם: זיהוי מכשולים על ידי רכב רובוטי
· דוגמא: עקיבה אחרי קו
|
|
ניתוח ותיכון מערכת
|
· תכנון רובוט לכיבוי נר הנמצא במבוך
|
|
מערכת לומדת
|
· מימוש רובוט לפתרון בעית המבוך
- רכב רובוטי עם חיישן אור פונה כלפי הריצפה
- בעיית מבוך פשוטה
- "זכירה" של נתונים קודמים (שמירה לזכרון הפלאש)
- איחזור נתונים קודמים לשיפור האלגוריתם
|
.jpg?id=6099239){kind=small}
.gif?id=3757290)