• Ενότητα 24

      Ανίχνευση Ακμών και Ασφαλής Πλοήγηση Ρομπότ

      Προγραμματισμός / Ρομποτική / Μηχανική

      Ταυτότητα Ενότητας

      Τίτλος
      Ανίχνευση ακμών και ασφαλής πλοήγηση ρομπότ
      Θεματικές Περιοχές
      Πληροφορική Φυσικές Επιστήμες Μηχανική Ρομποτική
      Μορφή
      Βιωματική μάθηση. Εργασία σε μικρές ομάδες (3-5 μαθητές). Παρατήρηση συμπεριφοράς ρομπότ. Τροποποίηση παραμέτρων ασφαλείας.
      Απαιτήσεις Προετοιμασίας
      Ρύθμιση FOSSBot ή CoppeliaSim. Φόρτωση του σταδίου "sens6_edge_detection". Βεβαίωση βαθμονόμησης αισθητήρων εδάφους.
      Εκτιμώμενη Διάρκεια
      45 λεπτά
      Ηλικιακό Εύρος
      14-15 ετών (Ανώτερα επίπεδα γυμνασίου)
      Λέξεις-Κλειδιά
      Ανίχνευση Ακμών, Αισθητήρες Εδάφους, Συστήματα Ασφαλείας, Λογικοί Τελεστές (ΚΑΙ), Δομές If-Else, Αποφυγή Κινδύνου.
      Σύνοψη

      Η ασφάλεια είναι κρίσιμο συστατικό στον σχεδιασμό αυτόνομων συστημάτων. Αυτό το σενάριο διερευνά πώς ένα ρομπότ μπορεί να χρησιμοποιήσει αισθητήρες εδάφους για να ανιχνεύσει άκρα (όπως το όριο ενός τραπεζιού) και να προσαρμόσει αυτόματα τη συμπεριφορά του για να αποτρέψει πτώσεις. Οι μαθητές εργάζονται βιωματικά για να προβλέψουν, να παρατηρήσουν και να προγραμματίσουν συμπεριφορές αποφυγής κινδύνου. Χρησιμοποιώντας λογικούς τελεστές (ΚΑΙ) και δομές επιλογής (If-Else If), οι εκπαιδευόμενοι αναπτύσσουν αλγόριθμους που επιτρέπουν στο FOSSBot να αναγνωρίζει επικίνδυνα κενά και να εκτελεί ελιγμούς ασφαλείας όπως οπισθοπορεία και στροφή.

      Εισαγωγή

      Πώς γνωρίζει ένα ρομπότ πότε πρόκειται να πέσει; Αυτό το μάθημα εμβαθύνει στη μηχανική της ανίχνευσης ακμών χρησιμοποιώντας αισθητήρες εδάφους. Οι μαθητές συμμετέχουν σε μια σειρά δραστηριοτήτων που έχουν σχεδιαστεί για να τους βοηθήσουν να "σκέφτονται σαν ρομπότ", ορίζοντας τι αποτελεί άκρη και πώς να αντιδράσουν σε αυτήν.

      Ξεκινώντας με συζητήσεις και προβλέψεις, οι μαθητές προχωρούν στην εκτέλεση και τροποποίηση πολύπλοκου κώδικα. Αναλύουν διάφορα σενάρια κινδύνου—ανίχνευση ακμής αριστερά, δεξιά ή και στις δύο πλευρές—και προγραμματίζουν κατάλληλα αντίμετρα. Αυτό όχι μόνο χτίζει δεξιότητες προγραμματισμού αλλά αναδεικνύει επίσης τη σχέση μεταξύ αισθητήρων και συστημάτων ασφαλείας του πραγματικού κόσμου.

      Προαπαιτούμενες Γνώσεις

      • • Εξοικείωση με βασικές δομές επιλογής (if – else)
      • • Εξοικείωση με τη χρήση αισθητήρων
      • • Εμπειρία με βασικές εντολές κίνησης ρομπότ
      • • Ικανότητα αποτελεσματικής εργασίας σε μικρές ομάδες (3–5 άτομα)

      Μαθησιακά Αποτελέσματα

      Με την ολοκλήρωση αυτής της ενότητας, οι μαθητές θα είναι σε θέση να:

      Εννοιολογική Κατανόηση

      • ✓ Να κατανοούν πώς τα ρομπότ λαμβάνουν αποφάσεις ασφαλείας βάσει περιβαλλοντικών δεδομένων
      • ✓ Να περιγράφουν πώς αντιδρά το ρομπότ σε διαφορετικά σενάρια κινδύνου
      • ✓ Να εξηγούν γιατί οι ενέργειες οπισθοπορείας και στροφής αυξάνουν την ασφάλεια

      Προγραμματισμός & Υλοποίηση

      • ✓ Να χρησιμοποιούν αισθητήρες εδάφους FOSSBot για την ανάγνωση τιμών επιφάνειας
      • ✓ Να συνδυάζουν πολλαπλές συνθήκες χρησιμοποιώντας δομές if – else if
      • ✓ Να συνδυάζουν συνθήκες χρησιμοποιώντας τον λογικό τελεστή ΚΑΙ

      Μηχανική & Επίλυση Προβλημάτων

      • ✓ Να προγραμματίζουν συμπεριφορά αποφυγής κινδύνου για την πρόληψη ζημιών στον εξοπλισμό
      • ✓ Να τροποποιούν παραμέτρους (απόσταση οπισθοπορείας, γωνία στροφής) για βελτιστοποίηση της ασφάλειας
      • ✓ Να συσχετίζουν τους αισθητήρες με συστήματα ασφαλείας του πραγματικού κόσμου στη μηχανική

      📐 Βασικές Έννοιες Λογικής & Ασφάλειας

      Λογική Ασφαλούς Εδάφους (Λογικό ΚΑΙ):

      ΕΑΝ (Αριστερά != 0 ΚΑΙ Δεξιά != 0)
      ΤΟΤΕ [Προχώρησε Μπροστά]

      Το ρομπότ κινείται μπροστά μόνο εάν και οι δύο αισθητήρες ανιχνεύουν το δάπεδο (η τιμή εδάφους δεν είναι 0).

      Ανίχνευση Κινδύνου (If-Else If):

      ΑΛΛΙΩΣ ΑΝ (Αριστερά != 0 ΚΑΙ Δεξιά == 0) ΤΟΤΕ [Πίσω + Στροφή Αριστερά]
      ΑΛΛΙΩΣ ΑΝ (Αριστερά == 0 ΚΑΙ Δεξιά != 0) ΤΟΤΕ [Πίσω + Στροφή Δεξιά]

      Εάν το έδαφος εξαφανιστεί κάτω από έναν αισθητήρα (η τιμή γίνει 0), το ρομπότ εκτελεί ελιγμό ασφαλείας.

      Οι μαθητές παρατηρούν ότι η κίνηση προς τα πίσω πριν από τη στροφή είναι κρίσιμη για να αποτραπεί η ολίσθηση των τροχών από την άκρη κατά την περιστροφή.