4.1–4.2. Роботтың сызық бойымен қозғалысы. Практикалық жұмыс

Информатика, 5 сынып. Оқулық: Қадырқұлов Р. А., Нұрмұханбетова Г. К. (Алматыкітап баспасы, 2023). 4 бөлім: Роботтардың жарысы. 82–86-беттер.

Нені үйренесің

• «Сызық бойымен қозғалыс» жарысы қандай ережемен өтетінін айтып беруді.
• Бір түс датчигі бар робот қара сызықтың бойымен «жыландай» қалай жүретінін түсіндіруді.
• Екі түс датчигі бар робот үшін алгоритм құруды: «ақ–ақ», «ақ–қара», «қара–қара» кезінде не істеу керек.
• Бағдарламада неге шексіз цикл мен қосып-ажыратқыш керек екенін түсінуді.
• Бағдарламаны қалай жақсартуға болатынын ойлап табуды: жылдамырақ жүру және сызықты сирегірек жоғалту.

Ой қозғау

• Роботты сызық бойымен жүруге қалай үйретуге болады? Оған төменге қарайтын «көз» — түс датчигін беру керек. Және ереже жазу: қараны көрдің — бір жаққа түзел, ақты көрдің — екінші жаққа.
• EV3 түс датчигі не істей алады? Астындағы түсті танып, бетінен қанша жарық шағылатынын (жарықтығын) өлшейді. Ақ түс жарықты көп шағылдырады, қара түс — аз.
• Бағдарламада цикл деген не? Ішіндегі командаларды қайталайтын блок. Шексіз цикл оларды робот өшірілгенше қайталай береді.
• Қосып-ажыратқыш деген не? Блок-айрық: «шарт дұрыс болса — бірін істе, әйтпесе — екіншісін».

Тақырыпты талдаймыз

Жарыс тек көліктерде ғана болмайды

Алғашқы автокөлік жарысы 1894 жылы Парижде өтті. Содан бері «Формула-1», ралли, картинг, мотожарыстар пайда болды. Роботтар шыққан кезде оларға да өз жарыстарын ойлап тапты. Ең танымалдарының бірі — сызық бойымен қозғалыс.

Басты айырмашылық: жарысшы трассаны көзімен көріп, рульді өзі бұрады. Ал робот өзі жүреді, пультсіз. Оның трасса туралы «білетінінің» бәрі — датчиктердің айтқаны мен бағдарламадағы ережелер.

Жарыс ережелері

💡 Неге алаң ашық, ал сызық қою қара? Датчик айырмашылықты анық көруі үшін: ақ түс жарықты көп шағылдырады, қара түс аз шағылдырады. Түстер бір-біріне ұқсас болса, робот сызықты жоғалтып алады.

Бір датчигі бар робот: «жыландай» жүру

Датчикті алдыңғы жақтың дәл ортасына орнатып, төменге бағыттайды. Робот сызықтың үстімен тура емес, шетімен жүреді, үнемі шамалы шайқалып отырады:

1. Датчик қараға түсті → робот бір моторымен бұрылып, сызықтан шығып кетеді.
2. Датчик аққа түсті → робот екінші моторымен бұрылып, сызыққа қайта оралады.

Осылай «қара–ақ–қара» деп тербеліп, ол барлық иірімдерден өтеді.

⚠️ Жиі кететін қате. Циклді ұмыту. Онда робот түсті бір рет тексеріп, 0,1 секунд бұрылады да, бағдарлама бітеді. Робот стартта қатып қалады.

Екі датчигі бар робот: «екі көзбен» қарайды

Екі датчикті сызықтың екі жағына қояды: сызық олардың арасынан өтеді. Енді роботтың төрт жағдайы бар:

📕 Оқулықта (85-бет) «датчиктердің бірі ақ, екіншісі қараны көрсе, онда ол аққа бұрылады» деп жазылған. Бұл дұрыс емес: сызық қайтадан датчиктердің арасына түсуі үшін робот қараны көрген датчиктің жағына бұрылуы керек. Мұнда «аққа» емес, «қараға» деп түсін.

💡 Екі датчигі бар робот аз шайқалады: сызық «көздердің» арасында тұрғанда, ол жай ғана тура жүре береді. Сондықтан ол әдетте жылдамырақ та, дәлірек те жүреді.

Түсінгеніңді тексер

👨‍👩‍👧 Ата-анаға. Үйде робот болмауы мүмкін — оның қиыны жоқ. Ватманға маркермен иір-қиыр сызық сызып, «робот ойынын» ойнаңыздар: бала көзін жұмады, ал сіз тек «қара» немесе «ақ» дейсіз. Ол осы сөздерге қарап саусағымен сызық бойымен жүргізсін. Датчиктің қалай жұмыс істейтіні бірден түсінікті болады.

🌟 Конструкторсыз да байқап көруге болады: тегін онлайн орта Open Roberta Lab-та виртуалды EV3 робот және сызығы бар алаңда бағдарламаларды іске қосуға болатын симулятор бар.

Өзіңді тексер

• «Дербес робот» дегеніміз не? Ол өз бағдарламасымен өзі жұмыс істейді. Старттан кейін оны ешкім басқармайды.
• Алаңның көлемі қандай және сызықтың ені қандай? Алаң 2 400 × 3 800 мм, сызық 50 мм.
• Бір датчигі бар роботта түс датчигі қайда орнатылады? Алдыңғы бөліктің ортасына, төменге қаратып.
• Бір датчигі бар робот неге «жыландай» жүреді? Ол үнемі қарадан аққа және кері өтіп, әр жолы түзеліп отырады.
• Екі датчик те ақты көрсе, екі датчигі бар робот не істейді? Тура жүреді.

Жаттығуларды шығарамыз

№ 1

(оқулықта нөмірсіз тапсырма: «Ойлан») Қандай автокөлік жарыстарын білесің?

Қалай ойлаймыз. Теледидардан не көргеніңді немесе ойындардан не білетініңді еске түсір.

Жауап үлгісі.

• Сақина трассадағы жарыстар («Формула-1»).
• Жолсыз жерлер мен шөлдердегі ралли (мысалы, «Дакар»).
• Картинг — шағын машиналардағы жарыстар.
• Дрифт, жүк көліктерінің жарысы, мотожарыстар.

Жауабы: сақина трассадағы жарыстар, ралли, картинг, дрифт, жүк көліктерінің жарысы және басқалар.

№ 2

(оқулықта нөмірсіз тапсырма: «Ойлан», 1-сурет) Автокөліктер мен роботтар арасында өтетін жарыстардың қандай ұқсастықтары мен айырмашылықтарын айта аласың?

Қалай ойлаймыз. Кім басқаратынын, қандай трассамен жүретінін, жеңіс деп нені санайтынын салыстыр.

Шешуі.

Жауабы: трассасымен, ережелерімен және уақыт үшін күресімен ұқсайды; робот өзі, бағдарлама бойынша жүретінімен және жолды датчиктермен «көретінімен ерекшеленеді.

№ 3

(оқулықта нөмірсіз тапсырма: «Практикада қолдану») Екі түс датчигі бар роботты құрастыр (5-сурет), сызық бойымен қозғалу бағдарламасын құр (6-сурет), оны роботқа жүктеп, трассадан қанша уақытта өтетінін өлшеп көр (8-сурет).

Қалай ойлаймыз. Алдымен екі моторы бар «арбаны» құрастыр, содан кейін алдына екі түс датчигін сызық олардың арасынан өтетіндей етіп орнат. Бағдарлама — төрт жағдайдан тұратын кестені блоктарға аударғаның.

Қалай істейміз.

⚠️ Жиі кететін қате. Жақтарды шатастыру. Егер бұрылғанда робот сызыққа емес, одан ұзақтап кетсе, рулдік басқарудың «50» және «−50» мәндерін ауыстыр.

Жауабы: екі датчигі бар робот трассадан өтеді; уақыты әрқайсысында әртүрлі, бірақ ереже бойынша ол 120 секундтан аз болуы керек.

№ 4

(оқулықта нөмірсіз тапсырма: «Талдау», топпен жұмыс) Бір және екі түс датчигі бар роботтардың бағдарламаларын салыстырыңдар. Олардың жылдамдығында, жүріп өту дәлдігінде қандай айырмашылықтар бар? Жарыс кезінде қайсысын қолданған тиімді?

Қалай ойлаймыз. Әр робот секундына неше рет түзеледі? Күрт бұрылыста не болады?

Шешуі.

• Бір датчик. Робот үнемі шайқалады, түзу жерде де. Ол тез жүре алмайды: жылдамдығы жоғары болса, сызықтан асып кетіп, оны жоғалтады.
• Екі датчик. Түзу жерде робот бірқалыпты жүреді, шайқалмайды, тек иірімдерде түзеледі. Ол тағы қиылысты да таниды (екі датчик те қарада).
• Демек, екінші робот жылдамырақ та, дәлірек те.

Жауабы: екі датчигі бар робот жылдамырақ және дәлірек, сондықтан жарыста ол тиімдірек.

№ 5

(оқулықта нөмірсіз тапсырма: «Жинақтау», жұппен жұмыс) Робот жылдамырақ жүруі және сызықты сирегірек жоғалтуы үшін бағдарламалардың бірін қалай өзгертуге болатынын ұсын.

Қалай ойлаймыз. Блоктардан нені өзгертуге болады: қуатты, бұрылыс күшін, уақытты, датчик шегін? Ал роботтың өзінде не өзгертуге болады?

Жауап үлгісі.

• Жылдамдық. Түзу жерде қуатты көтеру (мысалы, 30-дан 50-ге дейін), ал бұрылыстарда азырақ қалдыру.
• Біркелкілік. Сызық жұмсақ болса, күрт емес (−50/50), жұмсағырақ (−25/25) бұру. Робот аз шайқалады.
• Қате аз болуы үшін. Датчиктерді сыныптағы жарыққа бапту: олар ақ пен қарада қандай сан көрсететінін тексеріп, шекті ортасынан таңдау.
• Датчиктерді еденге және бір-біріне жақынырақ қою, бірақ 50 мм сызық олардың арасына сыятындай етіп.
• Ортаға үшінші датчик қосу.

Жауабы: түзу жерде қуатты көтеру, бұрылыстарды жұмсарту, датчиктердің шегін баптау және датчиктерді дұрыс орналастыру.

№ 6

(оқулықта нөмірсіз тапсырма: «Үй тапсырмасы», 9-сурет) Бір түс датчигі бар роботтың сызық бойымен қозғалысы кезінде оның алдына кедергі қойылды. Робот кедергіні айналып өтіп, қайтадан қара сызықтың бойымен қозғалуы үшін 4-суретте берілген бағдарламаны қалай өзгертуге болады? Қосымша қандай датчик қойылуы керек? Мәселені шешудің жазбаша алгоритмін дайында. Өз жобаңды ұсын.

Қалай ойлаймыз. Түс датчигі төменге қарайды және қабырғаны көрмейді. Алға «қарап», қашықтықты өлшейтін датчик керек. 9-суретте қызыл көрсеткі төртбұрыш бойымен айналып өтуді көрсетеді.

Шешуі. Алдыңғы жаққа ультрадыбыстық датчик қосамыз (инфрақызыл датчик те жарайды).

Өз жобам: сызық бойымен жүк тасып, жолындағы қораптарды өзі айналып өтетін «робот-курьер» жасауға болады.

Жауабы: қашықтықты өлшейтін ультрадыбыстық (немесе инфрақызыл) датчик керек; циклге «кедергі 10 см-ден жақын ба?» деген тексеру және айналып өту қосылады: бұрылыс, алға жүру, екі бұрылыс және түс датчигімен сызықты іздеу.

Жадынама

• Трасса: ақ алаң, қара сызық 50 мм, алаң 2 400 × 3 800 мм, уақыт — 2 минутқа дейін.
• Робот: 25 × 25 см-ден және 1 кг-нан аспайды, старттан кейін — толық өзі.
• Бүкіл бағдарлама шексіз циклдің ішінде, шешімді қосып-ажыратқыш қабылдайды.
• Бір датчик — қарапайымырақ, екі датчик — жылдамырақ және дәлірек.
• Терминдер: автоспорт, дербес робот, түс датчигі, шексіз цикл, қосып-ажыратқыш, қиылыс.

Шағын тест