Tato sbírka nápadů na náplň hodin legorobotiky vznikla při vedení kroužků pro děti při DDM.  Jednoho kroužku se účastnilo 10 dětí ve věkku 8–12 let. K dispozici byly čtyři stavebnice. Bohužel stavebnice byly společné vždy pro dva kroužky (stejný vedoucí), proto nebylo možné (až na výjimky) plánovat složitější projekty, které by spotřebovaly více než jednu vyučovací jednotku (60 minut).

Programy byly realizovány v prostředí Lego Mindstorm EV3, ale je možné je snadno převést i do prostředí Microsoft MakeCode.

Inspirací byla, mimo jiné, učebnice robotiky z projektu Informatické myšlení. https://imysleni.cz/ucebnice/robotika-na-2-stupni-zakladni-skoly-s-lego-mindstorms

Projekty

1.       Spící robot

Cíl: Seznámení s programovacím prostředím pomocí jednoduchého programu a seznámení s dotykovým senzorem

Zadání: Na displeji zobrazuje robot spící oči a svítí zeleně. Při stisku tlačítka ho uživatel „probudí“ robot zobrazí mračící oči a rozsvítí se červeně, dokud tlačítko opět nepustí, kdy ulehne robot zpět ke spánku. 

Rozšíření: 

  • robot může při probuzení něco říct
  • ke kostce se připojí malý motor s imitací ruky na tyčce, robot máchá rukou (točí malým motorem) po celou dobu, kdy je vzhůru

Praktické poznámky: Krásně lehké programování na úplné seznámení s prostředím. Děti však potřebují při programování plnou podporu a pozornost, proto jedna polovina staví robota podle manuálu, kterého budou potřebovat v dalších projektech, a druhé polovině se lektor může intenzivně věnovat při programování úkolu. V polovině hodiny si role prohodí.

Manuál ke stavbě: https://lego.zcu.cz/ucebnice/assets/files/pojizdny_robot_10.pdf

2.       Robot, který nenarazí

Cíl: Jednoduchý pohyb a seznámení s motory.

Zadání: Na robota postaveného podle manuálu musí děti nejdříve přimontovat dotykový senzor tak, aby fungoval. Robot se musí pohybovat vpřed, a když se stiskne tlačítko narazením do zdi, robot se otočí.

Praktické poznámky: Robot musí nejdříve trochu couvnout, aby se mohl otočit. Na což by měly děti přijít samy.
Na dotykový senzor je lepší připevnit tyčku, lépe se pak mačká.


3.       Závod robotů na jednoduché dráze

Cíl: Děti se naučí přesněji ovládat pohyb robota.

Zadání: Vyhrává robot, který jako první dorazí do cíle. Dráha je jednoduchý slalom (stačí dvě nebo tři zatáčky), robota je tedy třeba precizně naprogramovat, aby se trefil do cílové čáry. Robotům měříme čas a necháváme je jet jednotlivě, aby do sebe nebourali a neměnili tak soupeřův směr. Týmy si mohou své roboty upravit a i vyzdobit.

Praktické poznámky: 

  • Dráhu je potřeba udělat opravdu lehkou. Pohyb je třeba zkoušet, jelikož hodně záleží i na materiálu podložky, po které se roboti pohybují. 
  • Cílovou čáru je lepší udělat širší. 
  • Děti nechte rozmyslet, jestli je lepší použít velká, nebo menší kola (větší jsou pochopitelně zásadně rychlejší).

4.       Automatická závora

Cíl: Seznámení s optickým senzorem. Stavba bez manuálu.

Zadání: Postavte automatickou závoru, která se zvedne jakmile k ní přijede nějaký dopravní prostředek (autíčko-hračka). Závora detekuje autíčko pomocí optického senzor. Zvedne se závora a pak ji znovu spustí,

Rozšíření: Závora se spustí až když dopravní prostředek odjede (tzn. pokud se dopravní prostředek pod závorou zastaví, závora ho neskřípne).

Praktické poznámky: 

  • Podbarvení tlačítek může sloužit jako semafor, a zároveň děti vidí, jestli optický senzor dopravní prostředek zaznamenává. 
  • Může se také stát, že pokud je dopravní prostředek příliš blízko optického senzoru, on ho „nevidí“. 
  • Také pozor při ověřování nepřítomnosti objektu. Může se stát, že pohybující se objekt optický senzor na malý okamžik "neuvidí", přestože se před senzorem stále nachází a proto nelze jednoduše použít cyklus "až bude vzdálenost větší než ...". Lze to vyřešit například opakovaným ověřením (nejdříve zjistím nepřítomnost objektu v daném prostoru a za vteřinu si ji musím ověřit), než se závora uzavře.
  • Tato úloha děti velmi bavila, protože byla snadná a měla praktický, užitečný a funkční výsledek. Jako dopravní prostředek byla použita hračka menšího osobního auta (15 x 8 cm) a dlouhá tramvaj (40 cm), pro otestování, jestli se závora neuzavře předčasně.

5.       Stavba vozidla bez manuálu

Cíl: Konstrukce bez návodu.

Zadání: Postavit funkční a dobře vypadající vozidlo, které umí zatáčet.

Praktické poznámky: Dětem je vhodné nejprve vysvětlit některé základní principy mechaniky stavby (pevné a volné spoje, ...). Je dobré se odvolávat na zkušenosti ze stavby podle manuálu, které děti již vyzkoušely. Dále je potřeba vysvětlit princip zatáčení, různé způsoby v návaznosti na  příkazy programovacího jazyka, které jsou k dispozici v prostředí, které děti používají. Vysvětlení principu diferenciálu považuji za vhodný až pro starší a pokročilejší stavitele. Starším je dobré výklad doplnit i o princip převodu mezi různě velkými ozubenými koly.

6.       Adaptabilní tempomat

Cíl: Procvičování práce s optickým senzorem.

Zadání: Naprogramovat vozidlo, které udržuje konstantní vzdálenost od objektu před ním. Vozidlo nezatáčí, jede pouze rovně. Vzdálenost se určuje optickým senzorem.

Praktické poznámky: Děti bavilo běhat před robotem a nechat se honit. Robot jim připomínal spíše psa, který je následuje. 

7.       Robotický vysavač

Cíl: Použití optického senzoru, sestavení algoritmu.

Zadání: Podobné jako 2. úloha, ale překážka se nerozpozná dotykem, ale s předstihem pomocí optického senzoru.

Praktické poznámky: Na začátku s dětmi diskuse o tom, co má robot udělat poté, co má před sebou překážku. A co se stane pokud se robot ocitne v rohu. Pokud děti robota nejprve naprogramují, tak pak už si nerozmyslí co se vlastně v programu děje, protože jim to i v rohu  funguje, aniž by pořádně věděli proč.

8.       Katapult

Inspirace: 


Zadání: Pomocí katapultu shodit co nejvíce kelímků postavených do 2D pyramidy. Vyhrává katapult, který za tři hody shodí nejvíce kelímků (po každém hodu pyramidu obnovit). Hod je proveden po stisku tlačítka.

Praktické poznámky: 

  • Pozornost je potřeba věnovat také  konstrukci vrhaného předmětu.
  • Katapultu je dobré udělat protizávaží a lze na něm také ilustrovat některé fyzikální principy.

9.       Bojový robot na dálkové ovládání

Cíl: Pokročilá stavba robota

Zadání: Sestrojit bojového robota. Roboti jsou řízeni dálkovým ovládáním pomocí mobilní aplikace RemotEV3. Vyhrává robot, který vytlačí druhého robota z ringu. Roboti musejí být majestátní, hezcí a mohou být vybaveni bojovými prvky jako např. zvedákem. Týmy mohou použít robota podle návodu a vylepšit ho, nebo sestrojit vlastního.

Z praxe: Tomuto projektu jsme věnovali dvě hodiny. První hodinu roboty stavěly a testovaly a druhou hodinu je vylepšovaly a proběhl velký souboj, který je velmi bavil. Obecně byl projekt velice úspěšný.

10.  Parkovací robot

Cíl: Precizní programování pohybu.

Zadání: Naprogramovat robota, který se podélně zaparkuje mezi dva objekty (krabice představující jiná auta). Vyhrává robot, který se vejde do nejmenší díry, aniž by se dotkl jiných aut. Děti musí pracovat s identickými roboty, aby byl souboj spravedlivý. Pomocí optického senzoru namířeného na stranu pozná robot začátek mezery, podle kterého se musí srovnat.

11.   Fotopast

Cíl: Práce robota s cizorodým objektem (reálný fotoaparát), tedy jeho pevné uchycení a ovládání. Více mechanické zadání.

Zadání: Když fotopast zaznamená pohyb zmáčkne spoušť fotoaparátu. Fotopast sama o sobě musí stát a fotoaparát v ní být pevně připevněný, aby se tlakem na spoušť neposunul. Pohyb se indikuje optickým senzorem.

Praktické poznámky: Pro stisknutí fotospouště se pootočí motorek s vhodným nástavcem. Různé varianty pro stisknutí fotospouště, ale je potřeba mechanicky dobře rozmyslet. Nutná dostatečná síla i správný směr.

12.   Uklízecí robot

Cíl: Práce s více motory, zaměřeno na konstrukci

Zadání: Pomocí robota na dálkové ovládání vyklidit ohraničený prostor od všech lego kostiček.

Praktické poznámky: Přestože roboti s nějakou formou rotačního smetáku jsou zábavnější a zajímavější, z pravidla rychlejší v uklízení byli roboti s obyčejným (příp. otáčivým) pluhem. Ale není nutné oceňovat pouze nejrychlejší roboty, důležité je oceňovat nejzajímavější nápady. Jeden tým postavil robota, který si kostičky házel na korbu, kterou následně uměl sklopit a tím vyprázdnit.

13.   Roboflorbal

Cíl: Prohloubení dovedností z úlohy "Uklízecí robot". Použití získaných dovedností v jiném kontextu.

Zadání: Sestavit robota vhodného pro hraní florbalu. Roboti se opět ovládají pomocí aplikace. Vyhrává tým, který střelí více gólů (doveze míček do brány). Roboti mají zakázáno míček držet v nějaké formě vaničky nebo přihrádky, protože pak nemá druhý tým šanci míček získat.

Praktické poznámky: Roboti měli nejčastěji otáčivou hokejku, ale míček před sebou spíše vozili, protože míření je velice nepřesné. Každý tým může mít 2 roboty.

14.   Výtah

Cíl: Odlišný typ konstrukce – konstrukce do výšky.

Zadání: Postavit výtah mezi 3 patry. Na každém patře musí být umístěno tlačítko, po stisku tlačítka se kabina přesune do daného patra. Design kabiny je na týmech, ale musí se do nich vejít panáček a nesmí během pohybu kabiny vypadnout. Kabina je buď zavěšena na laně jako okov ve studni na rumpálu, nebo jako lanovka, tedy že provázek vede kolem dokola (u této varianty lze instalovat a vysvětlit funkci protizávaží). Vysokou konstrukci je třeba u země zatížit (např. ovládací krabičkou nebo krabicemi s legem), aby nespadla, nebo ji lze zavěsit mezi dvě krabice.

Praktické poznámky: Tento typ úloh mají děti rády, když výsledkem práce je krásná konstrukce věrně napodobující realitu.

15.   Dávkovač

Cíl: Varianta k projektu výtah.

Zadání: Podobné jako výtah, podle počtu stisků tlačítka musí robot vyhodit správný počet kostiček, které má rovnoměrně rozmístěné na páse.

15.   Postřehová hra

Cíl: Seznámení s generátorem náhodných čísel. Práce s proměnnou.

Zadání: Po náhodném čase se na displeji krabičky objeví signál. Který hráč první zmáčkne tlačítko, získává bod. Základem je počítání bodů. 

Rozšíření:

  • Barva rozsvícených diod určuje tlačítko, které je potřeba stisknout.
  • Za předčasně nebo špatně stisknuté tlačítko se body odečtou. 
  • Lze přidat různé zvuky, startovací a resetovací tlačítko apod.


17.   Deaktivace bomby

Cíl: Přesný pohyb. Ovládání více motorů, stavba na principu vysokozdvižného vozíku.

Zadání: Úkolem robota je zdvihnout určité legokostičky (bombu) ze členitého legoprostoru, aniž by se dotkl čehokoliv jiného, kromě bomby. Tím by pochopitelně explodovala. Bomba by měla být umístěna tak, aby jí šlo nadzvednout a odvézt. Bomba je deaktivována, jakmile s ní robot opustí ohraničený prostor. Tvar bomby je dán  umožňuje její nabrání a vyzdvižení na principu vysokozdvižného vozíku. Členitý prostor, ve kterém se robot pohybuje je předem znám a nemění se.

18.   Nespadni se stolu

Cíl: Přípravná úloha k projektu "Sumo".

Zadání: Robot se pohybuje po stole různé velikosti a tvaru. Robot nesmí spadnout. 

Rozšíření: Na stole jsou různé překážky, které je potřeba objet. Pozice překážek není předem známá. Podobně jako úloha "Robotický vysavač"

Praktické poznámky: Přítomnost hrany stolu se indikuje optickými senzory směrem do země. Druhá varianta je použití stisknutého tlačítka přitisknutého ke stolu, které za hranou přestane být stisknuté. Lze uspořádat i soutěž, který robot vydrží déle nespadnout. Roboty je potřeba bedlivě hlídat, aby opravdu nespadly nebo použít místo stolu silnější  desku položenou na zemi.

Další aktivity:

1.       Souboj programátorů

Programátorské týmy se spolu utkají v dílčích úlohách, které procvičí jejich programátorské schopnosti. Pracují se stejnými jezdícími roboty a dostávají postupně těžší a těžší úlohy. Jedna úloha je zhruba na 3 minuty programování. 

Varianta: Mixování týmů tak, aby byl každý s každým, jednotlivci získávají body za výhru v týmu.

2.       Stavba robota poslepu

Z dvojice má jeden zavázané oči a snaží se zreplikovat jednoduchého robota, kterého ovšem nikdy neviděl, jen pomocí instrukcí svého partnera, který ovšem nesmí nijak fyzicky zasahovat do práce svého společníka. Pomocí slov se musí domluvit, vyhrává tým, který jako první sestaví přesnou kopii robota.