4.1–4.2. Движение робота по линии. Практическая работа

Информатика, 5 класс. Учебник: Кадыркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. (Алматыкітап баспасы, 2023). Раздел 4: Соревнования роботов. Страницы 82–86.

Чему научишься

• Рассказывать, по каким правилам проходят соревнования «Движение по линии».
• Объяснять, как робот с одним датчиком цвета идёт вдоль чёрной линии «змейкой».
• Составлять алгоритм для робота с двумя датчиками цвета: что делать при «белый–белый», «белый–чёрный», «чёрный–чёрный».
• Понимать, зачем в программе бесконечный цикл и переключатель.
• Придумывать, как улучшить программу: быстрее ехать и реже терять линию.

Разминка

• Как научить робота ехать по линии? Дать ему «глаз», который смотрит вниз, — датчик цвета. И написать правило: увидел чёрное — поправься в одну сторону, увидел белое — в другую.
• Что умеет датчик цвета EV3? Узнавать цвет под собой и измерять, сколько света отражается от поверхности (яркость). Белое отражает много света, чёрное — мало.
• Что такое цикл в программе? Блок, который повторяет команды внутри себя. Бесконечный цикл повторяет их, пока робота не выключат.
• Что такое переключатель? Блок-развилка: «если условие верно — делай одно, иначе — другое».

Разбираемся

Гонки бывают не только у машин

Первые автомобильные гонки прошли в 1894 году в Париже. С тех пор появились «Формула-1», ралли, картинг, мотогонки. Когда появились роботы, им тоже придумали свои состязания. Одно из самых популярных — движение по линии.

Главное отличие: гонщик видит трассу глазами и сам крутит руль. А робот едет сам, без пульта. Всё, что он «знает» о трассе, — это то, что говорят ему датчики, и правила из программы.

Правила соревнования

💡 Почему всё матовое? Блестящая поверхность даёт блики. Датчик может принять блик на чёрной линии за белое поле и потерять дорогу.

Робот с одним датчиком: езда «змейкой»

Датчик ставят по центру спереди и направляют вниз. Робот едет не прямо по линии, а по её краю, всё время чуть виляя:

1. Датчик оказался на чёрном → робот подворачивает одним мотором и уходит с линии.
2. Датчик оказался на белом → робот подворачивает другим мотором и возвращается к линии.

Так, переваливаясь «чёрное–белое–чёрное», он и проходит все изгибы.

⚠️ Частая ошибка. Забыть цикл. Тогда робот один раз проверит цвет, повернёт на 0,1 секунды — и программа кончится. Робот замрёт на старте.

Робот с двумя датчиками: смотрит «двумя глазами»

Два датчика ставят по бокам от линии: линия проходит между ними. Теперь у робота четыре ситуации:

💡 Робот с двумя датчиками виляет меньше: пока линия между «глазами», он просто едет прямо. Поэтому обычно он и быстрее, и точнее.

Проверь, как понял

👨‍👩‍👧 Родителю. Робота дома может не быть — это не беда. Нарисуйте маркером на ватмане извилистую линию и «поиграйте в робота»: ребёнок закрывает глаза, а вы говорите только «чёрное» или «белое». Пусть он по этим словам ведёт пальцем вдоль линии. Сразу станет понятно, как работает датчик.

🌟 Попробовать без конструктора можно в бесплатной онлайн-среде Open Roberta Lab: там есть виртуальный робот EV3 и симулятор, в котором можно запускать программы на поле с линией.

Проверь себя

• Что значит «автономный робот»? Он работает сам, по своей программе. После старта никто им не управляет.
• Какие размеры у полигона и какой ширины линия? Полигон 2400 × 3800 мм, линия 50 мм.
• Где ставят датчик цвета у робота с одним датчиком? По центру передней части, смотрит вниз.
• Почему робот с одним датчиком едет «змейкой»? Он всё время переходит с чёрного на белое и обратно и каждый раз подруливает.
• Что делает робот с двумя датчиками, если оба видят белое? Едет прямо.

Решаем упражнения

№ 1

(задание без номера в учебнике: «Подумай») Какие соревнования автомобилей ты знаешь?

Как думать. Вспомни, что показывают по телевизору или что ты видел в играх.

Пример ответа.

• Кольцевые гонки на трассе («Формула-1»).
• Ралли по бездорожью и пустыням (например, «Дакар»).
• Картинг — гонки на маленьких машинах.
• Дрифт, гонки грузовиков, мотогонки.

Ответ: гонки на кольцевой трассе, ралли, картинг, дрифт, гонки грузовиков и другие.

№ 2

(задание без номера в учебнике: «Подумай», рис. 1) Чем похожи и чем отличаются соревнования автомобилей и роботов?

Как думать. Сравни, кто управляет, по какой трассе едут, что считается победой.

Решение.

Ответ: похожи трассой, правилами и борьбой за время; отличаются тем, что робот едет сам, по программе, и «видит» дорогу датчиками.

№ 3

(задание без номера в учебнике: «Примени на практике») Собери робота с двумя датчиками цвета (рис. 5), составь программу движения по линии (рис. 6), загрузи её в робота и засеки, за сколько он проходит трассу (рис. 8).

Как думать. Сначала собери «тележку» с двумя моторами, потом поставь спереди два датчика цвета так, чтобы линия проходила между ними. Программа — это таблица из четырёх ситуаций, переведённая в блоки.

Как сделать.

⚠️ Частая ошибка. Перепутать стороны. Если при повороте робот уходит от линии, а не к ней, поменяй местами значения рулевого управления «50» и «−50».

Ответ: робот с двумя датчиками проходит трассу; время у каждого своё, но по правилам оно должно быть меньше 120 секунд.

№ 4

(задание без номера в учебнике: «Анализ», работа в группе) Сравните программы с одним и двумя датчиками. Чем отличаются скорость и точность? Какой робот лучше для соревнований?

Как думать. Сколько раз за секунду каждый робот подруливает? Что будет на крутом повороте?

Решение.

• Один датчик. Робот всё время виляет, даже на прямом участке. Ехать быстро он не может: на большой скорости проскочит линию и потеряет её.
• Два датчика. На прямой робот едет ровно, без виляний, а подруливает только на изгибах. Он ещё и узнаёт перекрёсток (оба датчика на чёрном).
• Значит, у второго робота выше и скорость, и точность.

Ответ: робот с двумя датчиками быстрее и точнее, поэтому для соревнований он эффективнее.

№ 5

(задание без номера в учебнике: «Синтез», работа в паре) Предложи, как изменить одну из программ, чтобы робот ехал быстрее и реже терял линию.

Как думать. Что можно поменять в блоках: мощность, силу поворота, время, порог датчика? И что можно поменять в самом роботе?

Пример ответа.

• Скорость. На прямой поднять мощность (например, с 30 до 50), а на поворотах оставить поменьше.
• Плавность. Поворачивать не резко (−50/50), а мягче (−25/25), если линия плавная. Робот будет меньше вилять.
• Меньше ошибок. Настроить датчики под освещение в классе: проверить, какие числа они показывают на белом и на чёрном, и выбрать порог посередине.
• Поставить датчики ближе к полу и ближе друг к другу, но так, чтобы линия 50 мм помещалась между ними.
• Добавить третий датчик посередине.

Ответ: поднять мощность на прямых, сделать повороты плавнее, настроить порог датчиков и правильно расположить датчики.

№ 6

(задание без номера в учебнике: «Домашнее задание», рис. 9) Робот с одним датчиком встретил на линии препятствие. Что изменить в программе (рис. 4), чтобы он объехал преграду и вернулся на линию? Какой датчик добавить? Напиши алгоритм.

Как думать. Датчик цвета смотрит вниз и стену не видит. Нужен датчик, который «смотрит» вперёд и измеряет расстояние. На рис. 9 красная стрелка показывает объезд прямоугольником.

Решение. Добавим ультразвуковой датчик спереди (подойдёт и инфракрасный датчик).

Свой проект: можно сделать «робота-курьера», который везёт груз по линии и сам объезжает коробки на пути.

Ответ: нужен ультразвуковой (или инфракрасный) датчик расстояния; в цикл добавляется проверка «препятствие ближе 10 см?» и объезд: поворот, движение вперёд, два поворота и поиск линии датчиком цвета.

Шпаргалка

• Трасса: белое поле, чёрная линия 50 мм, полигон 2400 × 3800 мм, время — до 2 минут.
• Робот: до 25 × 25 × 25 см и до 1 кг, после старта — полностью сам.
• Вся программа сидит внутри бесконечного цикла, решения принимает переключатель.
• Один датчик — проще, два датчика — быстрее и точнее.
• Термины: автоспорт, автономный робот, датчик цвета, бесконечный цикл, переключатель, перекрёсток.

Мини-тест