szonda

Irány a Mars!

Batsányi János Gimnázium és Kollégium

Út a tudományhoz program P-UT-2014/2015-0016

szonda
A project
A kutató csoport egy marsi kutató űrbázis létesítésnek előkészítését tűzte ki céljául. A feladat az űrbázis helyszínének feltérképezése és a terep elrendezése előre programozott robotokkal, emberi beavatkozás nélkül.
A feladat nagyon sok problémát vett fel. A kutató csoport ezek közül a robotok egymás közötti helyének meghatározását tűzte ki célul. A kutatás megkezdése előtt a földi helymeghatározás lehetőségeinek vizsgálata elengedhetetlen feltétele a probléma megoldásának. Megismerjük az iránytűvel való tájékozódás, a háromszögelési módszerek mellett a műholdas helymeghatározás rendszerét. Hipotézisük, hogy a műholdas és mágneses hely és iránymeghatározás nélkül is képesek vagyunk a robotok egymáshoz viszonyított helyzetét meghatározni és egyéni feladatukat összehangolni. Kiválasztjuk a marsi körülmények között is használható módszert és átültetjük a gyakorlatba.
A specifikáció megalkotása a csapat feladata. Közös döntések sorozata fogja kialakítani, hogy mely körülmények megteremtése fontos az eredményes megvalósítás szempontjából. (pl. gravitáció különbség elhagyható, hőmérséklet elhagyható). A tereptárgyak egyszerű dobozok, hiszen tömegük a modell szempontjából mellékes. A robotok pedig a LEGO MINDSTROMS NXT vagy EV3-asok.
A specifikáció megalkotása után a feladatot további részekre kell bontani. Itt csapat is specializálódhat, mérés, kommunikáció, építés és mozgás területekre. Az, hogy mit várunk el az egyes részektől újra specifikációalkotást követel.
A kutatás túlmutat az alaptanterv informatikai és matematikai ismeretein, de azokra épít és összefüggésekre világít rá, a matematika, fizika és informatika területein.
A kutatási program részei:
  • A helymeghatározási módszerek megismerése.
  • A marsi körülmények közötti helymeghatározás fizikai és matematikai módszereinek megismerése.
  • A robotok kommunikációs lehetőségeinek megismerése.
  • A helymeghatározáshoz és kommunikációhoz szükséges algoritmusok megalkotása.
  • Az algoritmusok kódolása (programok készítése)
  • A probléma megoldásának dokumentálása.
Röviden az egyes részek várható problémáiról:
  • mérés, helymeghatározás – a robot környezetének feltérképezése különböző módszerekkel. (pl: Szonikus távolságmérés – EV3 Ultrahangos szenzor 45504, infrared érzékelős irány meghatározás - HiTechnic NXT EOPD MS1048, iránytű érzékelő HiTechnic Compass Sensor for NXT , gyorsulás mérő - HiTechnic Accelerometer Sensor for NXT MS1040, elfordulás érzékelő - NXT Angle Sensor MS1030 – alapkészlet része.) A mérési eredmények kiértékelés, tárolása, feldolgozása matematikai módszerekkel.
  • kommunikáció – a feldolgozott mérési eredmények megosztása a robotok és számítógép között bluetooth technológiával.
  • mozgás – a helymeghatározáshoz szükséges mozgások elvégzése, a kapott mérési eredmények alapján a tereprendezési mozgási feladatok elvégzése.
  • építés – a feladatuknak legjobban megfelelő robotok megépítése. (LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 bázis szett 45544)
A program során a földi helymeghatározási módszereken kívül megismerjük a marsi körülményeket, a Mars kutatás jelenlegi helyzetét, kutatási eredményeit. A tanulók jártasságot szereznek a csapatmunkában. Megismerik és céltudatosan használják a problémamegoldás lépéseit. A feladatok megoldása során matematika és fizikai ismereteiket bővítve a tanulók tisztában lesznek a helymeghatározás alapvető technikáival. A robotszenzorok működési elvével és működésével. A merési eredmények tárolási és feldolgozási algoritmusaival. Az adatátviteli technológiák és programok megismerése. Megtanulnak, legalább egy Open Source programozási nyelven programozni (BRIXCC), amely tökéletes alapot fog biztosítani a műszaki tudományokban használt programozási nyelvek és technológiák ismeretének elsajátításához. Rész vesznek feladat központú robotok tervezésében. Megtanulják a dokumentáció készítés alapelveit.
A program részleti, témakörei:
  1. Modellalkotás, specifikáció, célkitűzés
    1. Optimális körülményeket feltételezve a legegyszerűbb modell megalkotása.
    2. A cél: Megadott területen lévő akadályok és robot helyének meghatározása, az akadályok eltávolítása a területről.
  2. A terület feltérképezése
    1. Szenzorok megismerése, a feladatban alkalmazhatóságának igazolása vagy elvetése.
    2. A terület modellezése, a mérési adatok tárolási rendszerének megalkotása.
  3. A mérési eredmények feldolgozása.
    1. Matematikai modellek megismerése, helymeghatározási módszerek közül a legjobban alkalmazható kiválasztása.
    2. Algoritmuskészítés.
  4. A mérési eredmények megosztása a többi robottal.
    1. Kommunikációs módszerek megismerése – bluetooth kiemelése.
    2. A tereprendező robotok és a tereptárgyak megkülönböztetése.
    3. Kommunikációs algoritmuskészítés.
  5. Programozási feladatok
    1. programnyelv megismerése
    2. kódolás
  6. Tesztelés, ellenőrzés
    1. Tesztelési módszerek megismerése
    2. A tesztelés elvégzése
  7. Dokumentáció
    1. Tapasztalatok összegzése.