Урок «Объезд препятствий» по LEGO SPIKE Prime: параллельные потоки и приоритеты

Курс: «Инженерное бюро ПРАЙМ», занятие 26 из 36
Раздел: Отдел автоматизации: системы с обратной связью
Возраст: 5–7 класс
Длительность: 2 академических часа: теория 0,5 ч, практика 1,5 ч
Набор: LEGO Education SPIKE Prime (45678)
Тип занятия: занятие открытия новых знаний

Это сокращённый конспект. Полный — с ходом урока по минутам, вопросами педагога, протоколом испытаний и критериями приёмки — в программе «Инженерное бюро ПРАЙМ» для SPIKE Prime: 36 занятий, 72 часа.

Задача от заказчика

Больница заказывает робота, который развозит лекарства по коридорам, следуя по линии. Перед человеком он останавливается, ждёт, объезжает и возвращается на линию. Наезд на человека недопустим, даже ценой срыва доставки.

Чему научатся дети

запускать несколько параллельных потоков
задавать приоритет реакций
переводить робота в безопасное состояние
возвращаться к задаче после прерывания

Что понадобится

набор SPIKE Prime — один на пару
поле с линией и подвижными препятствиями
секундомер
карточки «внештатная ситуация»
инженерный дневник, разворот 26

План занятия

Заказ от «заказчика» — 5 мин
Инженерный совет: гипотезы — 7 мин
Техническая справка — 8 мин
Сборка — 20 мин
Программирование — 15 мин
Перерыв — 10 мин
Испытание по протоколу — 15 мин
Инженерный вызов — 10 мин
Приёмка и рефлексия — 7 мин
Разборка и уборка — 3 мин

Сборка. Робот с занятия 25 плюс датчик расстояния спереди и бампер с датчиком силы. Режим: самостоятельно, с обоснованием углов обзора.

Программа. Два потока: следование по линии (П-регулятор) и контроль препятствия; процедура объезда и поиска линии; приоритет остановки.

Что рассказать на теории

Параллельные потоки: несколько независимых последовательностей команд выполняются одновременно.
Приоритет: поток безопасности может прерывать поток основной задачи, но не наоборот.
Поведенческая архитектура: набор простых реакций («ехать по линии», «избегать столкновения», «искать линию») с чётким порядком главенства.
Безопасное состояние — состояние, в которое система переходит при любой неопределённости (для мобильного робота — остановка).
Возврат к задаче после прерывания: робот должен помнить, что он делал.

Испытание

Гипотеза: «Робот с приоритетом безопасности выполнит доставку медленнее, но без единого столкновения». Серия — 4 испытания. В протокол записывают: вариант приоритета; время доставки, с; число касаний препятствия; линия найдена после объезда? (да/нет).

Вопросы на повторение

Может ли программа делать два дела сразу?
Да, через параллельные потоки: один следит за линией, другой — за препятствиями.

Кто главнее — линия или препятствие?
Поток безопасности: он может прервать основную задачу, но не наоборот.

Что делать роботу при любой неопределённости?
Перейти в безопасное состояние — остановиться.

Инженерный вызов

Для тех, кто справился быстрее: сделайте объезд «умным»: робот определяет, с какой стороны препятствие уже, и объезжает по короткой стороне.

Линия поддержки: реализует остановку перед препятствием и продолжение движения после его исчезновения (без объезда).
Базовая линия: реализует полный цикл: остановка, ожидание, объезд, поиск линии; проводит 4 испытания.
Линия вызова: выполняет вызов; обрабатывает случай, когда линия после объезда не найдена за 5 секунд.

Итог урока

Приоритет безопасности снижает производительность системы, но это плата за допустимость её применения; ускорять систему можно только в пределах, не затрагивающих безопасность.

Что в полном комплекте

Программа ДООП «Инженерное бюро ПРАЙМ» (DOCX и PDF, 135 страниц): паспорт, учебный план, результаты по ФГОС, аттестация и 36 конспектов занятий
Инженерный дневник ученика (75 страниц, 36 разворотов): заказ, гипотеза, протокол испытаний, вывод, самооценка
Альбом эталонных узлов (12 узлов) и 12 кинематических схем в PNG

Другие занятия раздела «Отдел автоматизации»: Движение по линии · Пропорциональный регулятор · Манипуляторы · Python в SPIKE · Сортировочная станция.

{{title}}