Kitul Lego Mindstorms Nxt

Capitolul I– Noțiuni generale

I.1 Noțiuni introductive

Cuvântul robot provine din limba cehă (robota) și înseamnă muncitor, sau rob. Proveniența acestui cuvânt este strâns legată de scenaristul Karel Capek, care a introdus acest cuvânt în anul 1921 într-una din scenetele acestuia: R.U.R. (Rossum's Universal Robots). Tema acestei scenete era despre dezumanizarea persoanei într-o civilizație bazată din ce în ce mai mult pe tehnologie. Se pare că sceneta a avut un enorm succes la acea vreme.

Termenul de „robotics" (în traducere liberă robotică) se referă la știința care se ocupă de studiul și utilizarea roboților. Acest termen a fost prima dată folosit de scriitorul și omul de știință american de origine rusă, Isaac Asimov, într-o scurtă povestioară numită "Runaround" în anul 1942. Această poveste scurtă a fost apoi inclusă într-o colecție numită "I, Robot", care a fost publicată în anul 1950.

Primii roboți s-au numit Unimates și au apărut în anii '50, fiind dezvoltați de George Devol și Joe Engelberger. Acesta din urmă a format Unimation și a fost primul care a vândut roboți, fiind considerat de unii ca „părintele roboticii".

Conform enciclopediei Webster, un robot este "un dispozitiv automat, care execută funcții normal atribuite oamenilor, sau o mașină cu asemănare de om". În timp ce această definiție ar putea fi satisfăcătoare pentru unii dintre noi, nu este însă neapărat și completă. O altă definiție a fost dată de Institutul de Robotică din America, în anul 1979. Conform acestei definiții, un robot este "o mașină reprogramabilă, multifuncțională creată pentru a muta diverse materiale, bucăți, unelte sau alte dispozitive specializate prin diverse mișcări programate, pentru realizarea unei varietăți mari de sarcini".

O definiție mai scurtă și larg acceptată la ora actuală este următoarea: un robot este un sistem inteligent care interacționează cu mediul fizic înconjurător, prin intermediul unor senzori și a unor efectori (figura 1).

Figura .1. Robotul și interacțiunea acestuia cu mediul înconjurător

Pentru a modela lumea înconjurătoare, este necesar ca un robot să adune date prin intermediul senzorilor de-a lungul unei perioade de timp. Orice tip de senzor este bineînțeles predispus la erori.

Prin prisma acestei definiții, s-ar putea spune că și omul este un robot. Omul „interacționează" cu lumea înconjurătoare prin intermediul unor senzori și a unor efectori, reprezentate în lumea biologică de terminații nervoase respectiv mușchi. Bineînțeles, diferența cea mai semnificativă între robot și om, este că robotul a fost creat de om, și nu invers.

Binecunoscutul autor de literatură Science Fiction, Isaac Asimov, a propus trei „legi ale roboticii" sau mai bine zis ale existenței unui robot Mai târziu acesta a adăugat încă o lege, numită legea zero. Cu toate că aceste legi au fost privite la început ca fiind o pură ficțiune, ele au fost preluate mai târziu atât de alți scriitori de Science Fiction cât și de oameni de știință, ca și principii de bază pentru existența unui robot. Astfel, Isaac Asimov este recunoscut de unii ca fiind printre oamenii care au pus bazele (fie ele pur abstracte) ale științei pe care astăzi o numim robotică. Legile existenței unui robot sunt:

Legea 0. Un robot nu are voie să provoace vreun rău umanității, sau prin inactivitate, să permită vreun rău umanității.

Legea 1. Un robot nu are voie să rănească o persoană umană, sau să permită rănirea unei persoane umane prin inactivitatea acestuia, cu excepția cazului când această lege contravine cu vreo lege anterioară.

Legea 2. Un robot trebuie să respecte toate ordinele date de o persoană umană, cu excepția acelor reguli care intră în conflict cu vreo lege anterioară.

Legea 3. Un robot trebuie să-și protejeze propria existență atâta timp cât această activitate nu intră în conflict cu legile anterioare.

Așa cum corpul uman are nevoie de anumite organe pentru a putea interacționa cu mediul înconjurător, precum și pentru a susține organismul în viață, așa și orice model de robot generalizat ar trebui să conțină mai multe elemente de natură mecanică sau electrică, care să execute diverse funcții pentru ca acesta să poată opera. O prezentare sumară a unor asemănări între "caracteristicile" unei persoane umane și ale unui model robot sunt prezentate în tabelul următor.

Tabel 1. Asemănări între om și robot

Momentan, roboții sunt utilizați în majoritatea industriilor. Există atât de multe tipuri de roboți folosiți pentru diverse servicii, încât o enumerare a tuturor tipurilor acestora ar fi aproape imposibilă. O clasificare oarecum rudimentară a celor mai întâlnite tipuri de roboți ar putea fi:

robot mobil androizi, roboți construiți ca să mimeze comportamentul și înfățișarea umană

roboți statici, roboți folosiți în diverse fabrici și laboratoare ca de exemplu brațe robot

roboți mobili, roboți care se deplasează într-un anumit mediu fără intervenție umană și realizează anumite obiective

roboți autonomi, roboți care își îndeplinesc sarcinile fără intervenție din partea unui operator uman și își obțin energia necesară funcționării din mediul înconjurător

tele-roboți, roboți care sunt ghidați prin dispozitive gen telecomandă de un operator uman

linii automate de producție in fabrici, sunt tot un fel de roboți, chiar dacă nu sunt mobili, deoarece au toate facilitățile definiției noastre

Dintre toate aceste tipuri de mai sus, lucrarea de față își propune să studieze doar roboții mobili, de aceea ori de câte ori se va face referire la denumirea de robot acesta va fi de fapt un

I.2 Roboții autonomi

Noțiunea de automie în domeniul roboticii este dechisă pentru interpretare. A fi autonom înseamnă ca rabotii sa fie independeti din toate punctele de vedere (control, autocontrol și alimentare) Prin a spune că un sistem este autonom , nu înseamnă că nu este controlabil de oameni , dar care poate funcționa singur cu o anumită candidate de energie, pentru o perioadă definită de timp

Două motive fundamentale pentru a face mai multe sisteme robotizate autonome sunt:

• pentru a ajuta oamenii în gestionarea complexitatea și pentru a obține răspunsuri de timp critice într-un mediu în schimbare.

• pentru a ajuta oamenii în gestionarea complexitatea și pentru a obține răspunsuri de timp critice într-un mediu în schimbare.

Automation este foarte de dorit pentru asistarea oamenilor în aplicații complexe, cum ar fi poate fi întâlnite în planificare și de gestionare a operațiunilor și în monitorizarea stării de sănătate. Cu toate acestea, în aceste situații lățimea de bandă procesare a informațiilor necesare este o funcție atât a sarcinii complexitate și de timpul disponibil pentru a procesa datele.

În cadrul funcționării roboților autonomi apar factorii de perturbare care vor împedica funcționare corectă a sistemului autonom Unele cazuri de perturbare a sistemului autonom cum ar fi : comportamentul ostil, și defecțiuni ale echipamentelor. ar trebui să fie analizate și prevăzute în aplicația robotulu autonom pentru a și ce are de făcut în cayul în care acestea apar

Principalii factori care se opun autonomiei sunt : costuri ridicate pentru realizarea. roboților, o lipsă de încredere în fiabilitateași capacitățile de sisteme autonome de către utilizatori familiarizați cu tehnologia , și scepticismul de observatori / utilizatorii se anticipează în dezvoltarea de sisteme integrate de aspecte cognitive de nivel mai mare de probleme de manipulare în controlul autonom.

Cerințele fundamentale ale unui robot autonom presupune existența la sisteme de control a acestor roboți a următoarelor:

Intrările de sisteme robotizate și ieșirile includ :

o interfață operator de , există o legătură de comunicație bidirecțională între operatorul și robotul

senzori ca intrări ; și

Servomotoare ca ieșiri .

Controlerul va sprijini nivelurile ierarhice de comportament obiectiv caută . Acesta trebuie să fie capabil

pentru a rezolva obiective contradictorii . Funcțiile de planificare sunt necesare , astfel încât robotul poate planificamodul de a realiza obiectivele sale .

Modelarearobotului și amediului vor fi sprijinite . discrepanțe între modelul și ( prelucrate ) citirile de senzori vor fi recunoscute .

Controlerul va permite controlul asupra impedanța de robot pentru a factorilor de mediu .

Ca designeri trebuie să înțelegem sarcinile care robotul este de așteptat pentru a efectua

autonom .

Noi trebuie să simuleze sarcinile cu hardware-ul robotic și de a înțelege cerințe.

Autonomie , fiind definită ca o măsură de control , poate fi cuantificată prin prisma lățime de bandă de comunicație . Mai mulți factori conduce la necesitatea de autonomie a crescut :

reducerea management umane .

reducerea timpului de răspuns într- un mediu în schimbare .

obligă pe lățimea de bandă de comunicație .

Canale de comunicare au două componente : canalul de control șicanalul de date . ca sisteme robotizate devin mai complexe și vom specifica mai multe grade de libertate , o mai mare rezoluție , și comenzi rapide către operatorul robotului , necesar de lățime de bandă de canal de comandă crește . Lățimea de bandă canal de date este determinată de cerințele de colectare a datelor și incertitudine înmediul roboți .

Reducerea în cerințele de supraveghere și, prin urmare , creșterea autonomiei , sunt cuantificate de către reducere a canalelor de comandă și de date corespunzătoare . Lățimea de bandă de canal de comandă poate fi redusă prin scăderea cerințelor de performanță în sarcina de lucru și de descărcare

frecvența mare , de înaltă rezoluție , și sarcini mari gradul de libertate a robotului . reducerea banda canalului de date poate fi realizată prin adăugareaprelucrarea datelor corespunzătoare capabilități pentru robotul , prin adăugarea de elemente de acționare sau efectori pentru a permite robotului să acționeze asupra ta de date , prin sporirea capacitățiirobotului să se ocupe de complexitate , și prin reducerea riscului de robot acționează asupra datelor.

Ca roboți sunt date mai multă autonomie , ele sunt date mai mult responsabilitatea de a interpreta lor mediu și să acționeze după cum doriți . Diferențele de robotul și modele de mediu pot apărea din cauza la tulburări unmodelled și din cauza erorilor de modelare .

Mai multe cerințe pentru sistemele de control robotizate autonome au fost descrise . Acestea sunt :

Intrările sistem robotic și ieșirile includ : o legătură de comunicare bidirecțională pentru

interfață operatorului ; senzori ; și actuatori .

Controlerul trebuie să fie capabil de a rezolva obiective contradictorii și să fie capabil să-și planifice pentru atingerea acestuia

obiective .

Robot și modelare a mediului trebuie să producă discrepanțe semnificative care există .

Controlul Impedanța este necesară dacărobotul este de a interacționa cu un mediu incert .

Designerii trebuie să aibă o înțelegere a sarcinilor care urmează să fie efectuate în mod autonom .

I.3 Notiuni de metrologie

Metrologia este un domeniu al tehnicii, cu radacini în spatiul Fizicii si ramificatii în toate sectoarele activitatii practice omenesti (printre care si cel al Electronicii), care se ocupa cu tehnica masurarilor, adica cu mijloacele si metodele pentru determinarea cantitativa – valorica a marimilor fizice.

Metrologia – ca disciplina de sine statatoare – se refera la întregul ansamblu al fenomenelor fizice pe care le studiaza dintr-un punct de vedere propriu si anume acela al masurarii, care este – în esenta – o comparare experimentala de marimi, ea stabilind: standardele unitatilor de masura si ale etaloanelor de referinta pentru aceste unitati, procedeele de comparare a marimilor cu etaloanele si caracteristicile de performanta

Masurarea este o activitate experimentala de tip informatic al carui scop este obtinerea unor date cantitative cu privire la proprietatile unui obiect sau – mai general – ale unui sistem si redarea lor într-o forma potrivita pentru observator (utilizator). Semnificatia (interpretarea) pe care observatorul-utilizator o atribuie acestor date cantitative, prin intermediul conventiilor folosite pentru reprezentarea lor, constituie informatia care este necesara în procesul continuu de cunoastere, comunicare si conducere (decizie).

Toate tipurile de măsurări prezentate anterior se pot aplica la un mare număr de mărimi fizice, ce pot fi de natură:

mecanică:lungime, viteză,debit, presiune, vâscozitate, putere, cuplu …

electrică:tensiune, intensitate, puteri, energii …

termice: temperatură,rezistențătermică…

chimice: pH, concentrație, salinitate …

optice: intensitate, flux luminos .. .

Condițiile necesare pentru ca o mărime să fie practic măsurabilă sunt următoarele:

posibilitatea de a fi definită(observabilitatea);

posibilitatea construirii unei scale de măsurare (totalitatea numerelor reale ce pot fi atribuite);

posibilitatea conceperii mijlocului de măsurare pe baza unei metode de măsurare.

Mărimile măsurabile se pot clasifica după criterii diverse:

a) dupămodul de obținere a energiei de măsurare:

mărimi active – sunt mărimile măsurabile care permit eliberarea energiei pentru măsurare (de exemplu: tensiunea electrică, intensitatea curentului electric); raportul dintre energia totalăși cea folosităpentru măsurare trebuie săfie cât mai ridicat, încât prin operația de măsurare sănu se afecteze valoarea mărimii măsurate.

mărimi pasive – sunt mărimile măsurabile care nu posedăo energie proprie liberabilășipentru măsurarea cărora este necesar săse recurgăla o sursăde energie auxiliară(energie de activare); exemple: rezistența electrică, inductivitatea, capacitatea electrică.

b) dupămodul de variație în timp:

mărimi constante – sunt mărimile invariabile în timpul măsurării; timpul de măsurare depinde în principal de timpul de răspuns al mijlocului de măsurare șide durata necesarătransmiterii informației de măsurare;

mărimi staționare – sunt mărimile ale căror valori, efective, de vârf sau medii, sunt constante în timp; se pot măsura: valoarea instantanee corespunzătoare unui anumit moment, variația în funcție de timp sau unul din parametrii globali:

mărimi nestaționare – sunt mărimile la care se pot măsura: valoarea instantanee la un anumit moment, un șir de valori instantanee (curba mărimii în funcție de timp) sau valoarea medie pe un interval de timp.

c) dupăexistența operațiilor de însumare șimultiplicare cu un factor:

mărimi aditive, la care aceste operații au sens fizic. De exemplu, se poate vorbi de suma unor lungimi, mase, intensitățiale curenților electrici ce converg într-un nod etc.

mărimi neaditive, la care operațiile de însumare șide multiplicare cu un factor nu au, în general, un sens fizic. De exemplu, nu are sens să se vorbeascăde suma a două temperaturi, a doi factori pH etc.

Studiul mărimilor șial utilizării lor conduce la atașarea fiecăreia a unei dimensiuni; studiul relațiilor care le leagăse numește analizădimensională. Mărimile măsurabile se pot clasifica în următoarele categorii: mărimi fundamentale șimărimi derivate.

Pentru efectuarea operației de măsurare este necesară o unitate de măsură Um. Aceasta este o mărime particulară,definită și adoptată mai mult sau mai puțin arbitrar, cu care se compară mărimile de aceeașinatură,pentru exprimarea valorilor lor în raport cu acea mărime.

Marea diversitate de unitățișide etaloane a condus la o dificilăactivitate de coordonare și control, mai ales în cadrul schimburilor comerciale. Este meritul Metrologiei Legale că a încercat, prin organisme oficiale, să uniformizeze unitățile, prin crearea unui sistem internațional legal de unitățiși prin definirea lor fărăechivoc.

Un sistem de unități de măsură trebuie să îndeplineascăurmătoarele condiții:

săfie general, aplicabil în toate capitolele fizicii;

săfie coerent și sănu introducăcoeficienți numerici suplimentari în ecuațiile fizicii;

săfie practic, ordinele de mărime ale unităților din sistem fiind comparabile cu valorile uzuale din activitatea umană.

În decursul timpului s-au utilizat diferite sisteme șiunități de măsură, diferind între ele prin alegerea unităților fundamentale și prin definirea celor derivate: CGS electrostatic, CGS electromagnetic sau MKSA. Acesta din urmă s-a bazat pe sistemul metric (metru, kilogram, secundă) adoptat în Franța în anul 1795 și completat în anul 1936 cu o a patra unitate – amperul.

Condițiile expuse sunt îndeplinite cel mai bine de către Sistemul Internațional de Unități(SI), adoptat în anul 1960, la cea de-a XI-a Conferință Generalăde Măsuri șiGreutăți(CGPM).

Sistemul Internațional de Unități(SI) are 7 unități fundamentale. care sunt prezentate în ceea ce urmeaza:

Metrul (m) – unitatea de măsurăpentru lungime – reprezintădistanța parcursă de luminăîn vid în timpul de 1/299792458 s.

Kilogramul (kg) – unitatea de măsurăpentru masă- reprezintămasa prototipului realizat din platinășiiridiu șiadoptat în anul 1889 de către Conferința Generalăde Măsuri și Greutăți.Este păstrat la sediul de la Sèvres, Franța, al Biroului Internațional de Măsuri și GreutățiSecunda (s) – unitatea de măsurăpentru timp – reprezintădurata a 9192631770 perioade ale radiației corespunzătoare tranziției între cele două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu 133.

Amperul (A) – unitatea de măsurăpentru intensitatea curentului electric – reprezintăintensitatea unui curent electric constant care, menținut în două conductoare paralele, rectilinii, cu lungime infinită, așezate in vid la o distanțăde 1m unul de altul, produce între aceste conductoare o forțăde 2⋅10-7 N pe o lungime de 1m. Aceastădefiniție este echivalentăcu stabilirea unei valori convenționale μ0=4π⋅10-7 H/m pentru permeabilitatea vidului.

Kelvinul (K) – unitatea de măsurăpentru temperatura termodinamică-reprezintă fracțiunea 1/273,16 din temperatura termodinamicăa punctului triplu al apei.

Candela (cd) – unitatea de măsurăpentru intensitatea luminoasă- reprezintă intensitatea luminoasă,într-o direcție dată,a unei surse care emite o radiație monocromaticăcu frecvența5,4⋅1014 Hz șia cărei intensitate energeticăîn aceastădirecție este IR=1/683 W/sr.

Molul (mol) – unitatea de măsurăpentru cantitatea de substanță-reprezintă cantitatea de substanță a unui sistem care conține atâtea entitățielementare câțiatomi existăîn 0,012 kg de carbon 12.

Se remarcătrei modalitățide definire a unităților fundamentale: pe bază de prototipuri, pe bazăde proprietățimacroscopice ale unor materiale șipe bază de proprietățiatomice, cu tendința de creștere a numărului de unitățidefinite atomic. În afarăde unitățile fundamentale, în SI sunt incluse și două unități suplimentare:

Radianul (rad) – unitatea de măsurăpentru unghiul plan – este unghiul plan cuprins între douăraze care intercepteazăpe circumferințaunui cerc un arc de lungime egalăcu a razei;

Steradianul (sr) – unitatea de măsurăpentru unghiul solid – este unghiul solid care, având vârful în centrul unei sfere, delimiteazăpe suprafața acestei sfere o arie egalăcu cea a unui pătrat a cărui laturăeste egalăcu raza sferei.

Celelalte unitățide măsură,care se pot deduce prin relații matematice din unitățile fundamentale, formeazăunitățile derivate. O parte din unitățile derivate au nume speciale, care pot fi folosite pentru formarea altor unități derivate (de exemplu, 1 N = 1 kg⋅m⋅s-2 sau1 Pa = 1 N⋅m-2).

I.4 Considerații generale ale senzorilor

I.4.1. Considerații generale

Dicționarele din prima parte a anilor '70 nu cuprind cuvântul "senzor". Acesta a apărut odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte noțiuni de mare impact, cum ar fi cele de „microprocesor”, „microcontroller”, „transputer”, „actuator” etc., adăugând o noțiune nouă unei terminologii tehnice având o anumită redundanță.

Astfel, o mare parte din elementele tehnice senzitive sunt încadrate în categoria de traductor. Un traductor este un dispozitiv care convertește efecte fizice în semnale electrice, ce pot fi prelucrate de instrumente de măsurat sau calculatoare.

În unele domenii, în special în sfera dispozitivelor electro-optice, se utilizează termenul de detector (detector în infraroșu, fotodetector etc.).

Ce este senzorul? Trebuie spus că nu există o definiție unitară și necontestată a „senzorului”, motiv care lasă mult spațiu pentru interpretări, ambiguități și confuzii. Mulți autori preferă să folosească sintagma „senzori și traductoare”, în cadrul căreia, fie pun pe picior de egalitate senzorul și traductorul, utilizând, alternativ sau preferențial, unul dintre termeni, fie consideră că unul reprezintă o categorie ierarhică superioară, incluzându-l pe celălalt. De multe ori se mai utilizează și noțiunea de „captor”, care amplifică semnele de întrebare, întrucât în limba franceză, termenul „capteur” este utilizat pentru a desemna elementele tehnice, care în această carte au fost numite „senzor”.

Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, care însemnă simț și înainte de a fi adoptat pentru sisteme tehnice, a fost și este utilizat pentru a desemna capacitățile organelor de simț ale oamenilor și ale organismelor vii, de a culege și prelucra informații din mediul înconjurător și a le transmite creierului. În acest proces mărimile fizice, neelectrice, sunt convertite în semnale electrice, pe care creierul le poate prelua și interpreta și pe baza cărora coordonează acțiunile mușchilor. Modelul din biologie îl întâlnim, în mare măsură, la sistemele mecatronice, astfel că nu este inutilă o scurtă trecere în revistă a sistemelor senzoriale ale omului, cu unele comentarii privind contribuția acestora în supervizarea proceselor de producție de către om:

Cea mai solicitată și importantă funcție senzorială este cea vizuală, care asigură cantitatea preponderentă de informație, având și cea mai mare viteză de transfer (cc.3.106 biți/s). Vederea facilitează omului cvasi-totalitatea acțiunilor de investigare a mediului – identificarea obiectelor și a configurației, poziției și orientării lor, aprecierea distanțelor. Extraordinara perfecționare a simțului vizual explică, poate, absența altor senzori de investigare la om, cum ar fi cei ultrasonici, cu cre sunt dotate specii de animale, ca lilieci,delfini, balene ș.a. Funcția ochiului nu se rezumă la simpla preluare a unei imagini pe retină și transmiterea ei către creier, ci presupune și o serie de reglări inteligente, prin intermediul mușchilor optici, ale cristalinului și irisului, precum și o prelucrare și compresie a datelor transmise.

Simțul auzului permite omului recepționarea undelor sonore din domeniul "audio", având frecvențe cuprinse între aproximativ 16 Hz și 16 kHz. Rata de transfer a informației auditive este de circa 2.104 biți/s. Acest simț stă la baza comunicației dintre oameni; asigură și funcții de investigare a mediului, prin receptarea unor sunete, precum și funcții de supraveghere a procesului de producție, în baza unor semnale sonore provenite de la sisteme de avertizare, a unor zgomote anormale.

Foarte importantă, inclusiv în procesele de producție, este sensibilitatea cutanată a omului, asigurată de multipli receptori implantați în piele. Au fost identificate următoarele forme de sensibilitate cutanată: sensibilitatea tactilă, sensibilitatea termică și sensibilitatea dureroasă. Cele trei feluri de sensibilitate cutanată nu sunt răspândite uniform pe suprafața pielii. Sensibilitatea tactilă este dezvoltată, în special, pe pielea de pe fața volară a vârfurilor degetelor, iar sensibilitatea termică este mai accentuată pe fața dorsală a mânii, unde există și o sensibilitate dureroasă accentuată. Receptorii cutanați sunt specializați.

Simțul mirosului (olfactiv) (102 biți/s) și cel gustativ (10 biți/s) sunt extrem de utile omului în viața de zi cu zi, dar utilizate de om într-un număr restrâns de procese de producție, din industria alimentară, cea cosmetică etc.

Fig.2 Structuri ale sistemelor senzoriale

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite, parametri ai mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora Extrapolând considerațiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin senzor se va înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Are rolul determinării unei sau unor proprietăți, și, în funcțienivelul de integrare, poate avea funcții mai simple sau mai complexe (fig.2). Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual, pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Senzorul care include și unitățile micromecanice și microelectronice de prelucrare, realizate prin integrare pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlnește în literatura de specialitate și sub denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor). Producerea senzorilor inteligenți este facilitată de dezvoltarea tehnicii microsistemelor, care permite integrarea în volume extrem de mici atât a traductoarelor de diferite tipuri, cât și a micromecanicii și microelectronicii de prelucrare.

Nivelul de dezvoltare a capacităților senzoriale ale unui sistem mecatronic se determină, în general, după modul în care acesta reușește să realizeze funcții de recunoaștere similare cu cele ale omului. Între sistemele de recunoaștere ale omului si ale unui sistem mecatronic există însă două mari deosebiri:

omul are posibilități multiple de recunoaștere, fiind dotat cu organe de simț complexe, care îi asigură capacitățile de vedere, auz, miros, gust și percepție tactilă; la un sistem mecatronic acest lucru nu este nici necesar și nici posibil, tinzându-se spre limitarea funcțiilor senzoriale la cele strict necesare impuse de utilizările concrete ale acestuia;

un sistem mecatronic poate fi dotat cu facilități senzoriale pe care nu le întâlnim la om, asigurate, de exemplu, de senzorii de proximitate inductivi, capacitivi, fluidici, sau cei de investigare, bazați pe radiații ultrasonice sau radiații laser și funcționând pe principiul radarului.

I.4.2. Clasificări

Există astăzi senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în considerare și senzorii pentru diferite substanțe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor. Se pot pune în evidență circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de variante, pe plan mondial [ROD03].

Datorită marii diversități a principiilor de conversie a mărimilor fizice în mărimi electrice, precum și a soluțiilor de implementare a acestor principii, există și o multitudine de criterii de clasificare a senzorilor, dintre care vor fi enumerate câteva dintre cele mai importante

Senzorii pot fi clasificați în funcție de tehnologiile utilizate pentru realizarea lor:

Tehnologii ale materialelor feromagnetice;

Tehnologii ale materialelor piezo-ceramice;

Tehnologii ale microeelectronicii și microsistemelor;

Tehnologii ale staturilor subțiri;

Tehnologii ale staturilor groase;

Tehnologii pentru materiale sinterizate;

Tehnologii ale foliilor etc.

În funcție de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificați în:

– absoluți, când semnalul electric de ieșire poate reprezenta toate valorile posibile alemărimii fizice de intrare, raportate la o origine (referință) aleasă;

– incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din cadrul domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru cea următoare.

Foarte importantă este clasificarea în funcție de tipul mărimii de ieșire, în:

senzori analogici, pentru care semnalul de ieșire este în permanență proporțional cu mărimea fizică de intrare;

senzori numerici (digitali), la care semnalul de ieșire poate lua numai un număr limitat de valori discrete, care permit cuantificarea semnalului fizic de intrare.

Privind problema semnalului de ieșire din punctul de vedere al numărului de valori posibile, pot fi puse în evidență alte două clase distincte:

senzori binari, care prezintă la ieșire numai două valori distincte;

senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într-o anumită plajă; pot fi analogici sau numerici.

Un alt criteriu de clasificare ține cont de numărul elementelor traductoare și de numărul de dimensiuni atribuite valorilor măsurate și clasifică senzorii în scalari (un traductor, o dimensiune), vectoriali (măsurări după trei direcții ortogonale) și matriciali (un anumit număr de traductoare dispuse după o matrice mono-, bi- sau tridimensională).

Combinarea ultimelor două criterii de clasificare permit clasificări mai complexe, de tipul celei prezentate în figura 3.

Fig 3 Clasificarea senzorilor după două criterii combinate

Dacă analiza se extinde la nivelul diferitelor domenii de utilizare, pot fi utile și pertinente noi criterii de clasificare. De exemplu, în cazul senzorilor utilizați în robotică, una dintre principalele clasificări are al bază sistematizarea proprietăților și parametrilor robotului și mediului din figura 4

Cele două ramificații principale permit gruparea senzorilor în două categorii mari:

Senzorii interni (denumiți de unii autori și intero-receptori), care servesc la obținerea unor informații legate de funcționarea robotului, cum ar fi poziția relativă a elementelor cuplelor cinematice, vitezele și accelerațiile liniare și unghiulare, deformațiile elementelor lanțului cinematic ș.a.

Senzori externi (denumiți de unii autori și extero-receptori), utilizați pentru culegerea unor informații asupra mediului înconjurător și asupra interacțiunii robot/mediu; servesc la identificarea prezenței și stabilirea tipului, poziției, orientării, culorii sau a altor proprietăți ale obiectelor din mediu, la identificarea unor obstacole, la determinarea forțelor de interacțiune robot/mediu.

Fig.4 Variantă de clasificare a senzorilor din dotarea roboților

Un criteriu care poate permite clasificarea senzorilor externi este cel referitor la contactul cu obiectele din mediu (fig.5). Un senzor care măsoară pozițiile/deplasările în cuplele cinematice este un senzor intern, un senzor de investigare, care baleiază mediul înconjurător pe principiul radarului, este un senzor extern fără contact, un senzor tactil este un senzor extern cu contact direct, iar un senzor de forță/moment este un senzor extern cu contact indirect, întrucât forțele de interacțiune cu mediul nu sunt exercitate direct asupra senzorului, ci sunt resimțite de acesta prin propagarea lor de-a lungul unor elemente intermediare.

Fig.5 Clasificarea senzorilor externi

Senzorii fără contact pot servi la recunoașterea obiectelor, a poziției și orientării lor și la controlul calității. Senzorii de proximitate sunt senzori de zona foarte apropiată; ei furnizează informații despre existența obiectelor și sunt montați pe efectorul final sau în apropierea acestuia. Senzorii optici sunt senzori de zonă apropiată, iar cei de investigare de zonă îndepărtată. Montarea acestora se poate face și în afara robotului, în spațiul său de lucru.

Informațiile de la senzorii cu contact sunt generate prin cuplare directă sau indirectă. Cuplarea indirectă permite măsurarea forțelor și momentelor care solicită un întreg sistem mecanic, de exemplu, efectorul final. În cazul cuplării directe, informația este generată de contactul nemijlocit dintre senzor și obiect.

Alegerea și aprecierea unui anumit tip de senzor are la bază o serie întreagă de parametri dintre cei mai diferiți, cum ar fi: dimensiunile, greutatea, costul, gradul de protecție electrică, domeniul de măsurare, consumul de energie, natura semnalelor de ieșire și complexitatea lanțului de prelucrare a acestora, sensibilitatea, rezoluția, precizia, fidelitatea, repetabilitatea. Problema definirii unor caracteristici (sensibilitate, rezoluție, precizie) este mai dificilă decât în cazul traductoarelor, întrucât senzorul reprezintă o categorie mai complexă, ce poate include un număr mare de traductoare, la care se adaugă circuite electronice de achiziție, prelucrare și evaluare a semnalelor (fig.2).

Există, pe de alta parte, o varietate foarte mare de senzori, funcționând după principii complet diferite și având caracteristici specifice grupei din care fac parte.

Orice senzor poate fi privit însă ca o "cutie neagră", la intrarea căreia se aplică mărimile fizice care urmează a fi măsurate, ieșirea fiind constituită din semnale electrice, adecvate transmiterii către sistemul de comandă (fig.6); (fig.7) sintetizează caracteristicile senzorilor, structurate pe mai multe grupe

Fig. 6 Schema bloc a unui senzor cu semnalele de intrare/ieșire

Ținând cont de marea diversitate a senzorilor, atât în ceea ce privește principiile lor constructive, cât și domeniile de aplicație, acest capitol nu își propune o trecere în revistă, chiar sumară, a mai multor categorii de senzori, ci o focalizare pe un singur tip, ales în contextul obiectivelor acestui curs, pe baza următoarelor motivații:

Senzorii de poziție/deplasare pot fi întâlniți în cvasi-totalitatea sistemelor mecatronice și se bazează pe cele mai variate principii de măsurare: pot fi senzori analogici sau numerici, optoelectronici, inductivi, magneto-rezistivi, magneto-strictivi, cu traductoare Hall etc. În cadrul fiecărui ansamblu motor – mecanism de acționare – sarcină există, în general, cel puțin un senzor de poziție/deplasare, care măsoară deplasarea sarcinii și furnizează informațiile pentru buclele de reglare.

Considerațiile legate de prelucrarea informațiilor în cazul senzorilor numerici incrementali, care vor fi prezentate în detaliu, permit o înțelegere sugestivă a rolului pe care îl are integrarea cât mai multor prelucrări și funcții într-un singur circuit în reducerea eforturilor și timpului de proiectare și realizare a unui produs mecatronic.

Fig.7 Clasificarea caracteristicilor senzorilor

Capitolul II

1 PrezentareKITUL LEGO MINDSTORMS NXT

Acest kit de construcție, de programare și nu în ultimul rând de simulare a funcționării roboților autonomi a fost creat de firma Lego și a cunoscut o dezvoltare rapidă odată cu trecerea anilor, ajungând astăzi să fie unul dintre cele mai utilizate kituri folosite atât de elevi cât și de studenți în studiul roboților autonomi.

Kitul LEGO MINDSTORMS este compus din următoarele:

controlerulinteligent NXT – cu microprocesor de 32-bit,

trei servomotoare

patru senzori : unul de contact , unul ultrasonic, unul de sunet, unul de lumină

un senzor de culoare care are trei funcționalități: distinge culori, distinge,intensitatea luminoasă și poate să funcționeze și ca o lampă.

baterie reîncărcabilă

conectori și componente Lego – în număr de 612 piese

cablu de conectare între PC și Controler inteligent NXT

un DVD cu softul necesar programării controlerul inteligent NXT

În cele ce urmează voi prezenta pe scurt microcontrolerul inteligent NTX deoarece aceasta reprezintă defapt piesa centrală a întregului kit, acesta înmagazinează programul editat cu ajutorul limbajului de programare de pe PC, rulează programul și are grijă ca atăt servomotoarele cât și senzorii să conlucreze pentru reușita funcționării simulării robotului.

În figura de mai jos este prezentatcontrolerul inteligent NXT atăt cu ieșirile sale pentru comanda servomotoarelor, cu intrările pentru senzori, dar si cu ecranul său pe care se v-a afișa diverse informații dar și cu butoanele de comandă a sa.

Unde:

cele trei porturi de conectare a servomotoarelor

portul de conectare USB, este portul prin care se conectează cu PC

nivelul bateriilor sau a acumulatorilor

denumirea microcontrolerului care poate să fie modificată

este iconul de bluetooh

iconurile cu meniurile microcontrolerului

buton Deschis / Start

buton de selectare

buton de înapoi

porturi pentru conectarea senzorilor

Meniurile microcontrolerului sunt prezentate succint în cele ce urmează și pe lar în anexa :

My files – conține programele copiate de la calculator. Acesta mai conține și restul programelor care au fost rulate anterior încărcării programului care se testează, dar și fișiere audio

NTX Program – conține modalitatea de programare a microcontrolerului fără a fi nevoie de un PC.

Try Me – această funcție permite să experimentăm funcționarea servomotoarelor dar și a senzorilor folosind programele care sunt gata de rulare.

Setting – permite ajustarea diferitelor setări precum ar fi: ajustarea nivelului sunetului, a afișajului dar și a modului de veghe.

Bluetooh – permite stabilirea conectării wireless cu Pc dar și cu alte unități de acelaș tip.

Senzorii sunt folosiți pentru a capta informații despre mediul înconjurător. Pe lângă senzorii „tipici” ai setului Mindstorms NXT (senzor de culoare, senzor de atingere, de lumina și senzor ultrasonic) există o varietate mare de senzori compatibili dintre care amintim și sunt prezentate în figura :

– Optici: senzor de lumină, senzor de culoare

– Ambientali: senzor de temperatură, senzor de sunet

– Mecanici: senzor de accelerație, senzor giroscopic

– Orientare: senzor tip busolă, senzor de distanță

Figura

Deoarece prezenta lucrare este bazată pe senzori optici la roboții autonomi voi prezenta pe scurt informații despre senzorul de culoare sau senzorul de lumină care este reprezentat în figura de mai jos dar și despre senzorul ultasonic.

Color Sensor este un senzor digital care poate detecta culoarea sau intensitatea luminii care pătrunde prin fereastra mică de pe fața senzorului. Acest senzor poate fi utilizat în trei moduri diferite: Color

Mode (mod de culoare), Reflected Light Intensity Mode (modul deintensitate a luminii reflectate), și Ambient Light Intensity Mode (modul de intensitate a luminii mediului înconjurător).

În Color Mode (mod de culoare) Color Sensor recunoaște șapte culori—negru, albastru, verde, galben, roșu, alb, și maro—plus lipsa culorii. Această capacitate de a diferenția între culori înseamnă că robotul poate fi programat pentru a sorta bile sau blocuri colorate, pentru a spune numele culorilor detectate, sau pentru a opri acțiunea când vede roșu.

În Reflected Light Intensity Mode (modul de intensitate a luminii reflectate), Color Sensor măsoară intensitatea luminii reflectate de pe becul emițător de lumină roșie. Senzorul utilizează o scală de la 0 (foarte întunecat) la 100 (foarte luminos). Asta înseamnă că robotul poate fi programat pentru a se deplasa pe o suprafață albă până la detectarea unei linii negre, sau pentru a interpreta o cartelă de identificare cu cod de culoare.

În Ambient Light Intensity Mode (modul de intensitate a luminii mediului înconjurător), senzorul de culoare măsoară puterea luminii care pătrunde prin fereastră din mediul său înconjurător, precum lumina soarelui sau fasciculul de lumină al unei lanterne. Senzorul utilizează o scală de la 0 (foarte întunecat) la 100 (foarte luminos).

Asta înseamnă că robotul poate fi programat pentru a declanșa un avertizor când soarele răsare dimineața, sau pentru a opri o acțiune dacă luminile se sting.

Rata de eșantionare a Color Sensor este de 1 kHz.Pentru cea mai bună precizie, in Color Mode sau în Reflected Light Intensity Mode, senzorul trebuie ținut la un unghi drept, aproape, dar fără să atingă suprafața examinată.

Figura

Senzorul ultasonic prezentat în figura permite robotului pentru a vedea și să recunoască obiecte, să evite obstacolele, măsura distanțe, și detecta mișcare.

Senzorul cu ultrasunete folosește același științifice ca și liliecii: se măsoară distanța de calcul timpul necesar pentru un val de sunet pentru a lovi un obiect și se întoarce – la fel ca un ecou.

Măsurile cu ultrasunete senzor distanța în centimetri și inci. Acesta este capabil să măsoare distanțe 0-2.5 metri cu o precizie de + / -3 cm.

Obiecte de mari dimensiuni, cu suprafete dure oferi cele mai bune lecturi. Obiecte realizate din materiale moi, de la curbat obiecte (de exemplu, o minge), sau de la obiecte foarte subțiri și mici pot fi dificil pentru senzor de a citi.

Kitul mai are în componență și trei servomotoare din figura caretransformă energia electrică în energie mecanică. Este format din două părți: rotor și stator.

Acesta funcționează datorită forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor alimentat la curent aflat în câmp magnetic. Statorul este format din unul sau mai mulți poli magnetici, iar rotorul dintr-o bobină.

Figura

Servomotorul LEGO are următoarele părți componente:

Senzor de rotație (Encoder în cuadratură)

Corpul motorului propriu-zis

Angrenaj cu roți dințate (reductor)

Corp de prindere ale altor piese LEGO (de exemplu axuri)

Schimbarea sensului de rotație se poate realiza fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație. Pentru a modifica polaritatea tensiunii se folosesc punțile H. Puntea H este un circuit electronic format din 4 „întrerupătoare” (de obicei tranzistoare), care modifică sensul de trecere a curentului prin motor.

2 Conecatarea controlerul inteligent NXT la PC

Conectarea controlerul inteligent NXT la PC se poate realiza în două moduri și anume:

Prin cablu USB

Wireless

Conectarea prin wireless este posibilă atât între unitățile microcontrolerului inteligent NTX , între aceasta și un PC, dar și cu un telefon mobil.

După ce ne-am asigurat că unitatea PC pe care va rula programul are punct wireless și acesta este corect instalat și configurat pentru a realiza conecsiunea va trebui să parcurgem următoarele etape:

activarea bluetooh-ului din controlerul inteligent.

căutarea dispozitivului din meniul NTX a programului prin undele wireless.

după găsirea dispozitivului se va introduce o parolă predefinită și astfel se realizează conecsiunea .

Aceste etape prezentate mai sus se respectă și când se conectează cu un telefon mobil.

Conecsiunea dintre micontroler și PC este bidirecțională, atât în sens direct de la PC la micontroler pentru transfer de programe, cât și în sens invers pentru a copia programe deja utilizate din microcontroler în PC.

3 Programul LEGO MINDSTORMS Education NXT.

Producătorul LEGO departamentul Educație împreună cu National Instruments a dezvoltat programul LEGO MINDSTORMS NXT . Software-ul are o interfață intuitivă și

mediului de programare este grafic astfel încât să fie destul de usor pentru un incepator cât

și puternic pentru un expert.

Software-ul LEGO MINDSTORMS Educație este o versiune optimizată a programului profesional LabVIEW software-ul grafic de programare folosit de către oameni de știință și ingineri din întreaga lume să proiecteze, să controlul și să testeze diverse echipamente din aproape toate domeniile de activitate.

Se poate instala atât pe orice versiune de Windows dar și pe Macintosh.

Voi prezenta pe scurt zonele din care este alcătuită interfața grafică a programului, care este prezentată în figura .

Fig.

Zona 1- Robot Educator- este partea în care ne învăță cum să construim și să programăm robotul după câte aplicații care se găsesc incluse în program.

Zona 2 – My Portal – de aici putem să accesăm direct pagina creatorului pentru a putea descărca diverse informații și utilitare.

Zona 3 – Zona meniurilor – este locul unde se găsește meniul programului.

Zona 4 – Zona de lucru – este locul unde vom creea și vom putea modifica programul prin tragerea sau eliminarea blocurilor de comandă.

Zona 5 – Ajutor – Este locul unde vei gasi ajutor la toate problemele legate de programarea robotului

Zona 6 – Harta programului – Utilizați instrumentul lupă de pe bara de unelte pentru a ne deplasa în jurul blocurilor la care lucrăm și folosimzona harta din filă din dreapta jos colț pentru a obține o imagine de ansamblu a programului.

Zona 7 – Paleta de programe – conține toateblocuri de programare cu care va trebui să creeze programe. Filele din partea de jos a paletei permite să comutați între paleta comună ( conține cele mai frecvent utilizate blocuri ), paleta completă (care conține toate blocurile), și paletă personalizată (conține blocuri pe care le puteți descărca sau crea pe cont propriu).

Zona 8 – Panoul de configurație – Fiecare bloc de programare are un panou de configurare care vă permite vă personaliza blocul de intrare și ieșire specifice care vrei.

Zona 9 – Controlerul – Cele cinci butoane de pe Controller vă permite să descărcați programe (sau părți de programe) de pe computer la NXT. Cu controller puteți modifica, de asemenea, setările de NXT.

Zona 10 – Windows NTX – Această fereastră pop-up oferă informații despre NXT setările de memorie și de comunicare.

În continuare voi prezenta pe larg zona intitulată Paleta de programe care este compusă din trei palete , deoarece acesta conține numeroase blocuri cu ajutorul cărora putem creea programele dorite.

paleta comună ( conține cele mai frecvent utilizate blocuri )

B) paleta completă (care conține toate blocurile)

Fire de date

Firele de date transferă informații între blocurile de programare. Anumite blocuri necesită fire de date pentru căacesteasă funcționeze.

Înfuncție de tipuldatelor, firele de date au diferiteculori:

  galben – pentru date numerice

  verde – pentru date logice (adevarat/fals)

  portocaliu – pentru date text

Dacă firul de date are culoarea gri, înseamnă că firul nu este complet sau este legat la o intrare greșită.

Pentru a crea un fir de date, se selectează ieșirea blocului a cărui informative vrem să o folosim și se trage firul de date până la intrarea blocului de execuție dorit.

Pentru a șterge un fir pus greșit sau pe care nu mai vrem să-l folosim, se apasă pe locul de intrare a firulul în blocul de execuție.

Figura

C ) paletă personalizată (conține blocuri pe care le puteți descărca din contul dv.)

Aceste blocuri poartă numele de: – My Bloks sunt blocurile unde se găsesc salvate vechile programe folosite sau secvențe de program și nu în ultimul rând blocul Web download pentru a putea copia de pe internet diverse programe sau secvențe de programe pentru a le putea modifica și folosi.

În continuare vă voi prezenta pe scurt zonele din care este alcătuit controlerul ( punctul de transfer a programelor ) care este prezentat în figura de mai jos.

Figura

unde:

4Aplicații create cu Kitul LEGO MINDSTORMS Education NXT.

În continuare vă voi prezenta două aplicații realizate cu ajutorul Kitului Lego, aplicații care sunt funcționale și care au fost folosite pentru promovarea unei părți practice din cadrul programului Comenius individual cu titlul – School Robotics – care s-a desfășuratînanul 2011 la Filiala din Rethymno Insula Creta a Universitatea din Atena .

Aplicația I: Să se construiască un robot capabil să urmărească o linie de o anumită culoare pe o distanță oricare (în cazul de față este vorba despre o linie serpuită de culoare neagă.)

Programul care rezolvă această aplicație estea lcătuită din două părți care face în general acelaș lucru. În prima parte robotul va urmări o linie de culoare neagra cu o sensibilitate mai mică, pe când în cadrul celei de a doua părți robotul se va deplasa lin urmărind aceeași linie.

Prima Parte

Acesta este un simplu program alunui robot care urmărește o linie de culoare neagră folosind un senzor de culoare ca senzor de lumină și este prezentat în figura ce urmează.

Pentru ca programul să funcționeze în continuu am creat o buclă de program având ca principal element de comandă un sensor de culoare folosit pe post de sensor de lumină care comandă două servomotoare.

Pentru acest sensor va trebui să setăm o valoare de prag a intensității lumini, pe care acesta o va recunoaște și se va deplasa astfel încât să se mențină cât mai aproape de valoare.

Figură

Această valoare de prag ar trebui stabilită la aproximativ jumătatea distanței dintre valoarea minima pe care o vom găsi pe central liniei noastre ( central liniei negre) , și valoarea maxima așteptată când senzorul depistează culoarea albă a partodesei.

În cazul în senzorul va depista și citește o valoare mai mare decât pragul , atunci robotul se va oprit la dreapt aliniei , și face un viraj la stânga pentru găsirea valorii de prag. Atunci puterea servomotorului C scade, iar puterea servomotorului B va crește, iar robotul se va mișca în direcția în care motorul are mai multă putere.

Dacă valoarea este mai mica decât valoarea de prag atunci robotulva acționa însens opus, adică se va deplasa spre dreapta liniei. Astfel puterea servomotorului C va crește, iar puterea servomotorului B va scade, iar robotul se va deplasa către servomotorul C.

Astfel robotul se va deplasa înainte și va urmări linia. Aceste citiri de valori se realizeză automat de sensor și de o multitudine de ori pe secundă.

Trei lucruri din acest program pot să fie reglate cu ușurință pentru a ajusta performanțele robotului și condițiile de conducere ale acetuia:

Pentru a adapta programul senzorului cu luminozitatea reală care este în incinta unde se funcționează robotul va trebui să folosim un bloc comparator care să compare valoarea medie de minimul și maximul valorii intensității luminoase.

Viteza robotului – în cazul când viteza maximă de deplasare a robotului este prea mare acesta nu va fi capabilsă execute viraje strănse.

Cu cât puterea celor două servomotoare este mai mică cu atât robotul va lua virajele mai lent, iar când puterea servomotoarelor este mare acesta se va deplasa mai lin peste porțiunile drepte ale liniei noastre.

A doua parte

Programul este de o complexitate mai ridicată față de precedentul, și datorită faptului că se întinde pe mai multe pagini pentru al putea vedea vă rog să consultația Anexa 1

Aceasta program este cu auto-calibrare automată a senzorului și se folosește acelaș tip de senzor de culoare în modul de senzor de lumină ca și în prima parte a aplicației.

Este alcătuit din două secvențe de program, în prima secvență de program se auto-calibrează senzorul robotului și în a doua parte ruleaza programul de urmărire a liniei.

De aici începe partea de auto-calibrare în care robotul va scana linia și suprafață pentru a determina valorile minime și maxime de intensitate luminoasă.

Robotul ar trebui să înceapă cu senzorul direct deasupra centrul liniei. Robotul va scana linia și suprafața din partea dreapta a liniei și se auto-calibrează cu valorile de lumină de la început, și atunci el va urma marginea din dreapta a liniei.

Voi prezenta pe scurt încontinuare etapele de auto-calibrare a senzorului:

Se setează valorile variabilor de start și valorile de câștig pentru robot și traseul său.

După pornirea lămpii așteptați 0,2 secunde până a porni senzorul. Pornirea mai devreme a senzorului poate afecta auto-calibrarea acestuia.

Se va iniția cu valoarea 0 minimul și maximul astfel încât scanarea senzorului să se facă în permanență.

Se setează cele două servomotoare astfel încât să se realizeze un viraj pivotant la dreapta pentru ca senzorul să înceapă scanarea din partea dreaptă a liniei.

Această buclă scanează în mod repetat până când servomotorul B pivotează cu 1200 grade și apoi se oprește, pentru valori de lumină în conformitate cu senzorul în timp ce robotul este orientat către dreapta și ține seama de valorile maxim și minim întălnite fiind comandă pentru servomotorul B.

Se obține o citire de la senzor care este o valoare între 0 și 100 și se memoreză această valoare.

Dacă valoarea este mai mică decât valoarea minimă, această valoare va înlocui valoarea minimă.

Dacă valoarea este mai mare decât valoarea maximă, senzorul î-și modifică valoarea cu valoarea de la punctul anterior.

Cunoscându-se valorile de lumină maxim și minim se calculează multitudinea de valori dintre max și minim.

De asemenea se calculează și media aritmetică care reprezintă mijlocul dintre valorile maxim și minim și valoare se memorează în Mid. Robotul va vedea această valoare ca fiind marginea liniei pe care trebuie să o urmeze.

Având în vederecă auto-calibrarea este realizată cu robotul întors către dreapta, se întoarce către stânga după ce se auto-calibrează. Pentru a obține un start frumos robotul se va deplasa înapoi până când senzorul depistează o valoare mai mică decât Mid. Această valoare ar trebui să repoziționeze din nou senzorul.

Când senzorul găsește marginea liniei servomotorul B să se oprească și să dea un semnal sonor indicând că auto-calibrarea este gata.

Deacuma începe partea a doua a programului unde se folosesc și gama de variabile calculate de procesul de auto-calibrare. Pentru a controla direcția robotului și viteza acestuia se vor utiliza și variabile de putere. Această buclă de program va calcula în mod continu și va aplica corecțiile la cele două servomotoare pentru o deplasare liniară.

Obținem o citire de la senzor care înlocuiește variabila de mijloc Mid. Rezultatul va fi o eroare care reprezintă distanța până la marginea liniei pe care robotul încearcă să o urmeze. Dacă eroarea este pozitivă atunci robotul se va întoarce spre stânga, iar senzorul va citi suprafața liniei. Dacă eroarea este negativă robotul se va întoarce spre dreapta și va citi prea mult din suprafață. Intensitatea de eroare reprezintă cât de departe se află senzorul față de margine.

Multiplicarea valorii erorii prin gain pentru a crește răspunsul la eroare printr-un factor specificat . Apoi împărțim prin guncția range a valorilor intensității luminoase n pentru a normaliza erorile cu privire la modul de deplasare. Valoarea se memorează în variabila de corecție.

Folosiți variabila de corecție pentru a aplica o corecție de putere celor două servomotoare. Pornind de la nivelul specificat de putere folosind putere + corecție pentru servomotorul B și putere – corecție pentru servomotorul C.

Acest lucru va determina robotul să se îndrepte spre direcția necesară pentru a se întoarce la marginea liniei și o afișează o valoare care este proporțională cu cât de departe se află acesta de margine. Dacă deviația este ușoară se aplică doar o corectare mică. Acest lucru ține de conducerea rapidă și fără probleme. Această parte a programului este ciclică la infinit.

Variabila de putere și gain pot fi folosite pentru a ajusta viteza și direcția liniei urmărite.

Puteți ajusta valorile acestora pentru a se potrivi la diverse tipuri de linii și de roboți.

Puterea determină viteza de ansamblu a robotului când acesta întâlnește părți drepte ale liniei, iar valorile folosite sunt între 0 și 100. Valorile mari sunt folosite pentru a merge mai repede, dar însă robotul nu va fi capabil să realizeze viraje stânse. Folosin valori mici va rezulta o putere mai mică și nu în cele din urmă o conducere mai lină mai precisă.

În funcție de cât de repede răspunde direcția la citirea senzorilor se determină câștigul. Dacă este mare se aplică o corecție ridicată la direcție și dacă este mică se va aplica doar dacă este cazu o mică corecție de direcție.

În cazul când valoare de câștig este prea mare robotul este capabil să facă doar rotații stricte și este posibil de mai multe zig-zag în mișcarea de urmărire a liniei.

Rezultatele mai mici de câștig conduc în general la o deplasare lină și mai rapidă.

Valoarea 100 pentru câștig este un punct de plecare pentru testare însă cele mai multe rezultate vor depinde de mai mulți factori cum ar fi : designul robotului , diametru roților , distanța dintre roțile motoare și nu în ultimul rând de distanța la care este senzorul în fața robotului sau înălțimea sa față de linie.

Aplicația II: Să se construiască un robot pentru a putea să participe la o competiție. Robotul trebuie să fie capabil ca într-un interval de timp să trimită cât mai multe mingi în terenulul adversarului, să ocolească obstacole ce îi apar în cale și să se deplaseze doar pe suprafețe de anumite culori ( în cazul nostru culorile sunt alb și negru ).

Pentru a construi programul cerut de aplicație

vom folosi funcția ciclică pentru ca robotul să funcționeze încontinu. Aceasta va cuprinde de lângă servomotoarele de comandă a robotului și doi senzori și anume un senzor de ultrasonic și un senzor obtic de lumină.

Programul este structurat în ordinea următoare:

Un bloc de comandă comandă servomotoarelor să meargă înainte.

Apoi se folosește un senzor ultrasonic care în cazul nostru la aproierea de obstacol va comanda direct servomotoarelor să întoarcă robotul ca să treacă de obstacol și apoi să meargă înainte. Senzorul funcționează astfel: odată introdu-să distanța față de obstacol acesta transmite un semnal care la întălnirea unui obstacol se întoarce înapoi la senzor, iar acesta analizează semnalul primit, vede distanța la care se află obstacolul și ajungând la distanța specificată anunță aceasta.

Pentru a rezolva și problema cu culoarea pe care trebuie să meargă robotul se atașează un senzor de culoare care va detecta culoarea pardoselei și va comanda servomotoarelor pe unde să o ia. Acest senzor funcționează astfel: odată introdu-să culoarea pe care trebuie să o urmărească acest senzor,acesta măsoară intensitatea luminoasă emisă emisă de un bec și care se va reflecta pe suprafață. Odată ce senzorul sesizează alt cod de culoare față de cel prescris, va comanda și el schimbarea direcției de deplasare.

Acest robot poate să fie programat să funcționeze pe o multitudine de suprafețe colorate doar schimbănd codul culorii din senzorul de culoare, sau se poate modifica distanța față de un obstacol la care robotul poate să-și schimbe direcția.

CAPITOLUL III

IV.1. Metode moderne aplicate în predarea – învățarea disciplinelor de specialitate

Apariția noilor programe, centrate pe achizițiile elevilor, impune anumite schimbări în didactica matematicii. Diversificarea metodelor de predare – învățare, a modurilor și formelor de organizare a lecției, a situațiilor de învățare, constituie cheia schimbărilor pe care le preconizează noul curriculum. Asigurarea unor situații de învățare multiple creează premise pentru ca elevii să poată valorifica propriile abilități în învățare.

Metoda de învățământ este calea urmată de elev și de profesor, cu scopul ca elevul să se formeze, atât prin activitatea îndrumată de profesor cât și prin cea desfășurată în mod independent. Metodele de învățământ sunt alese de profesor, pentru a îndruma activitatea instructivă și educativă a elevilor, pentru ai ajuta pe aceștia să se formeze.

Metodele se împart în : metodele tradiționale: expunerea sistematică a cunoștințelor, metoda conversației, demonstrația matematică, metoda exercițiului, metoda muncii cu manualul, și metode moderne: problematizarea și învățarea prin descoperire, modelarea, metoda învățării pe grupe, învățarea prin cooperare, algoritmizarea, instruirea programată, iar de actualitate sunt metodele de învățare active: brainstorming, metoda mozaicului, investigația, proiectul, experimentul, jocul de rol, respectiv metodele de dezvoltare a creativității: brainstorming, metoda cubului, turul galeriei, metoda ciorchinelui, metoda KWL (știu/vreau să știu/am învățat).

În continuare voi prezenta pe scurt metodele moderne

1. Problematizarea – constă în crearea unor situații-problemă, a căror rezolvare să fie rezultatul activității proprii de cercetare, efectuate de elev.

O situație-problemă desemnează o stare contradictorie între două realități: experiența anterioară și elementul de noutate cu care se confruntă elevul, fapt care deschide calea spre căutare și descoperire, spre găsirea unor soluții noi, a unor relații noi.

În activitatea sa didactică, profesorul de matematică folosește diverse tehnici prin care elevul nu este pus în situația de a recepta cunoștințe gata sistematizate ci îl stimulează să gândească și să lucreze prin eforturi personale.

Situațiile create de profesor prin care elevul este determinat ca prin activitate proprie să găsească definiția unei noțiuni, enunțul unei propoziții matematice (proprietate a noțiunii), un algoritm de calcul sau o nouă metodă de demonstrație se numesc situații-problemă.

La aplicarea acestei metode, am respectat următoarele condiții:

crearea unui climat favorabil în clasă și captarea atenției elevilor;

dozarea problemelor într-o anumită ordine (de la simplu la complex);

alegerea celui mai bun moment de plasare a problemei în lecție;

existența unui interes real pentru rezolvarea problemei.

Această metodă, folosită des în lecție, presupune o antrenare totală a personalității elevilor, a comportamentelor intelectuale, afective și voliționale. Prin utilizarea ei se consolidează cunoștințele, se stimulează spiritul de exploatare, se formează un stil activ de muncă la elevi.

2. Învățarea prin descoperire – constă în crearea condițiilor de reactualizare a experienței și a capacităților individuale, în vederea deslușirii unor situații-problemă.

Această metodă are rol formativ pentru că dezvoltă forțele psihice și calitățile elevilor: percepția, memoria, gândirea, limbajul, trăsături de voință și caracter, interese și atitudini.

Se pot delimita două ipostaze ale descoperirii:

independentă – elevul este actorul principal, profesorul doar supraveghează și controlează acest proces;

dirijată – profesorul conduce prin sugestii, întrebări, puncte de sprijin, soluții parțiale.

La unele lecții se folosește această metodă pentru a urmări:

stabilirea unor legături între materialul de învățat, realitatea practică și experiența anterioară;

structurarea logică a cunoștințelor;

expunerea clară a unor informații necesare pentru rezolvarea problemelor, comunicarea tehnicilor de lucru;

problemele să corespundă posibilităților de rezolvare ale elevilor.

3. Modelarea didactică constă în utilizarea modelelor ca sursă pentru dobândirea noilor cunoștințe. Modelul didactic reprezintă o reproducere simplificată, schematică a unui original (obiect, fenomen) pentru a-i cunoaște mai bine proprietățile și a-i descoperi altele noi. Se folosesc mai multe categorii de modele:

obiectuale (corpuri geometrice, machete, mulaje);

figurative (schițe, scheme, grafice);

simbolice (formule matematice).

Studiul pe model dezvoltă spiritul de observație, capacitatea de analiză și sinteză, imaginația sau reactualizează experiența anterioară în vederea propunerii de noi soluții.

4. Metoda învățării pe grupe constă în faptul că sarcinile de lucru sunt executate de grupe de elevi și presupune o activitate comună în cadrul aceluiași grup. Prin munca în grup se urmărește, pe lângă educarea elevului în spiritul muncii sociale, dezvoltarea responsabilităților individuale cu efect asupra grupului.

Grupele se pot forma de către profesor sau se pot autoalege și de asemenea ele se autodirijează. Criteriile de formare a grupelor sunt: omogenitatea, eterogenitatea, criteriul afectiv. Grupele omogene conțin elevi de același nivel la pregătire și dexteritate; cele eterogene sunt formate din elevi de toate categoriile iar cele alcătuite pe criteriul afectiv sunt bazate pe prietenii, vecinătate de bancă sau de domiciliu, preocupări comune.

Numărul elevilor dintr-un grup variază de la 2 la 10, dar randamentul maxim este oferit de grupurile de 4-6 elevi.

Sarcinile de lucru se repartizează pe grupe și pot să difere în funcție de tipul grupelor, astfel că:

– în cazul grupelor omogene se vor repartiza sarcini corespunzătoare nivelului de omogenitate;

– în celelalte cazuri se dau sarcini echivalente tuturor grupelor, dar prevăzând sarcini suplimentare pentru polii grupului.

În cazul acestei metode, se efectuează:

– însușirea de noi cunoștințe în cazul grupelor eterogene;

– fixare și formare de priceperi și deprinderi prin rezolvări de exerciții și probleme folosind grupe eterogene;

– obținerea de performanțe în cazul grupelor omogene.

Activitatea pe grupe presupune următoarele etape:

repartizarea materialului de lucru pe grupe;

munca independentă a grupului;

discuția în comun a rezultatelor obținute.

Rolul profesorului este acela de a incita discuțiile în scopul dezvoltării de raționamente, dar și de a trage concluziile în încheiere.

Este deseori utilă crearea unui mediu competițional (inclusiv prin aprecierea prin acordarea unor punctaje) între grupuri, aceasta sporind interesul, preocuparea și animă activitatea în cadrul grupului.

5. Metoda învățării prin cooperare

Această metodă reprezintă utilizarea, ca metodă instrucțională a grupului mic de elevi astfel încât aceștia să poată lucra împreună, urmând ca fiecare membru al grupului sa-și îmbunătățească performanțele proprii și să contribuie la creșterea performanțelor celorlalți membri ai grupului.

Învățarea prin cooperare desemnează o situație de învățare în care elevii lucrează în grupuri cu abilități și cunoștințe eterogene și, de asemenea, în acest caz elevii sunt recompensați pe baza performanțelor grupului.

Elementele de bază ale învățării prin cooperare sunt:

– interdependența pozitivă – elevii trebuie să lucreze împreună pentru a atinge scopul propus, au nevoie unul de celălalt pentru sprijin, explicații, coordonare;

– responsabilitatea individuală – fiecare membru al grupului este răspunzător de propria contribuție la îndeplinirea scopului propus;

– interacțiunea promotorie – elevii sunt plasați în așa fel încât să interacționeze direct față în față la nivelul grupului și nu dintr-un colț în altul al clasei;

– analiza activității grupului – grupurile de elevi reflectează asupra colaborării lor, decid asupra modului de îmbunătățire a eficienței acestui tip de activitate;

– dezvoltarea deprinderilor interpersonale în cadrul grupului.

Discuțiile în grup ajută pe membrii acestuia să repete, să proceseze și să-și extindă cunoștințele. Pe măsură ce membrii grupului pun întrebări și oferă explicații ei sunt obligați să realizeze conexiuni logice, să-și organizeze cunoștințele și să activeze procesele de revizuire rapidă care susțin procesarea informației și mecanismele memoriei.

6. Algoritmizarea

Metodă frecvent utilizată în cadrul activității didactice la matematică, algoritmizarea presupune existența unor scheme logice care să permită rezolvarea unor sarcini de lucru. Algoritmii reprezintă un grupaj de scheme procedurale, o suită de operații standard prin parcurgerea cărora se rezolvă o serie mai largă de probleme asemănătoare.

Algoritmizarea reprezintă o metodă didactică de învățământ care angajează un lanț de exerciții dirijate, integrate la nivelul unei scheme de acțiune didactică standardizată, care urmărește îndeplinirea sarcinii de instruire în limitele demersului prescris de profesor în sens univoc. Reușita metodei depinde de capacitatea algoritmilor pedagogici aleși de a interveni ca modele operaționale care eficientizează activitatea de învățare prin intermediul aplicării unor reguli, formule sau coduri de acțiune didactică exacte și riguroase.

Specificul algoritmilor didactici, rezultă din contextul pedagogic în care are loc acțiunea automatizată, în alte situații această acțiune nu presupune înțelegerea operațiilor și a mecanismelor sale specifice. Activitatea didactică solicită însă acțiuni automatizate care trebuie nu doar înțelese de către elev, ci și construite uneori de acesta prin angajarea directă a proceselor sale cognitive superioare.

Valorificarea algoritmilor didactici implică raționalizarea procesului de instruire la nivelul unui învățământ programat care conduce elevul spre rezultat pe căile cele mai eficiente. Angajarea lor în acțiuni de instruire programate pe calculator stimulează dezvoltarea psihologică a elevului prin înlănțuirea operațiilor prezentate într-o ordine foarte determinată care permite rezolvarea unei probleme sau a unei clase de probleme.

Algoritmii didactici pot fi: de sistematizare a materiei, aplicabili prin intermediul unor reguli de definire a conceptelor, principiilor, legilor, de stăpânire a formulelor; algoritmi de rezolvare a problemelor, de consolidare a cunoștințelor dobândite, de creație.

În funcție de aceste clasificări, se observă că algoritmizarea poate fi folosită cu succes în orice moment al lecției. Valențele sale euristice sunt valorificabile pe tot parcursul unei activități didactice și au ca efect formarea capacității elevului de a elabora treptat propriile sale scheme de instruire algoritmizată, aplicabile în diferite circumstanțe didactice sau extradidactice.

7. Brainstorming

Metoda Brainstorming înseamnă formularea a cât mai multor idei – oricât de fanteziste ar putea părea acestea – ca răspuns la o situație enunțată, după principiul cantitatea generează calitatea. Conform acestui principiu, pentru a ajunge la idei viabile și inedite este necesară o productivitate creativă cât mai mare.

Avantajele utilizării metodei brainstorming sunt multiple. Dintre acestea enumerăm:

obținerea rapidă și ușoară a ideilor noi și a soluțiilor rezolvitoare;

costurile reduse necesare folosirii metodei;

aplicabilitatea largă, aproape în toate domeniile;

stimulează participarea activă și crează posibilitatea contagiunii ideilor;

dezvoltă creativitatea, spontaneitatea, încrederea în sine prin procesul evaluării amânate;

dezvoltă abilitatea de a lucra în echipă;

Dezavantajele brainstorming-ului:

nu suplinește cercetarea de durată, clasică;

depinde de calitățile moderatorului de a anima și dirija discuția pe făgașul dorit;

oferă doar soluții posibile nu și realizarea efectivă;

uneori poate fi prea obositor sau solicitant pentru unii participanți;

8. Jigsaw (mozaicul Metoda) este metoda de bază a învățării prin cooperare.

Jigsaw (în engleză jigsaw puzzle înseamnă mozaic) sau "metoda grupurilor interdependente" este o strategie bazată pe învățarea în echipă (team-learning). Fiecare elev are o sarcină de studiu în care trebuie să devină expert. El are în același timp și responsabilitatea transmiterii celorlalți colegi a informațiilor asimilate.

În cadrul acestei metode rolul profesorului este mult diminuat, el intervine semnificativ la începutul lecției când împarte elevii în grupurile de lucru și trasează sarcinile și la sfârșitul activității când va prezenta concluziile activității.

Varianta standard a acestei metode se realizează în cinci etape:

Pregătirea materialului de studiu

Profesorul stabilește tema de studiu și o împarte în 4 sau 5 sub-teme. Opțional, poate stabili, pentru fiecare sub-temă, elementele principale pe care trebuie să pună accentul elevul, atunci când studiază materialul în mod independent.

Realizează o fișă-expert în care trece cele 4 sau 5 sub-teme propuse și care va fi oferită fiecărui grup.

Organizarea colectivului în echipe de învățare de câte 4-5 elevi (în funcție de numărul lor în clasă)

Fiecare elev din echipa primește un număr de la 1 la 4-5 și are ca sarcină să studieze, în mod independent, sub-tema corespunzătoare numărului său. El trebuie să devină „expert”în problema data. De exemplu, elevii cu numărul 1 din toate echipele de învățare formate vor aprofunda sub-tema cu numărul 1. Cei cu numărul 2 vor studia sub-tema cu numărul 2 și așa mai departe.

Faza independentă, fiecare elev studiază sub-tema lui, citește textul corespunzător. Acest studiu independent poate fi făcut în clasă sau poate constitui o temă de casă, realizată înaintea organizării mozaicului.

Constituirea grupului de experți

După ce au parcurs faza de lucru independent, experții cu același număr se reunesc, constituind grupe de experți pentru a dezbate problema împreuna.

Astfel, elevii cu numărul 1, părăsesc echipele de învățare inițiale și se adună la o masă pentru a aprofunda sub-tema cu numărul 1. La fel procedează și ceilalți elevi cu numerele 2, 3, 4 sau 5. Dacă grupul de experți are mai mult de 6 membri, acesta se divizează în două grupe mai mici.

Faza discuțiilor în grupul de experți: elevii prezintă un raport individual asupra a ceea ce au studiat independent. Au loc discuții pe baza datelor și a materialelor avute la dispoziție, se adaugă elemente noi și se stabilește modalitatea în care noile cunoștințe vor fi transmise și celorlați membri din echipa inițială.

Fiecare elev este membru într-un grup de experți și face parte dintr-o echipă de învățare. Din punct de vedere al aranjamentului fizic, mesele de lucru ale grupurilor de experți trebuie plasate în diferite locuri ale sălii de clasă pentru a nu se deranja reciproc.

Scopul comun al fiecărui grup de experți este să se instruiască cât mai bine, având responsabilitatea propriei învățări și a predării și învățării colegilor din echipa inițială.

Reîntoarcerea în echipa inițială de învățare

Faza raportului de echipa: experții transmit cunoștințele asimilate, reținând la rândul lor cunoștințele pe care le transmit colegii lor, experți în alte sub-teme.

Modalitatea de transmitere trebuie să fie scurtă, concisă, atractivă, putând fi însoțită de suporturi audio-vizuale, diverse materiale.

Specialiștii într-o sub-tema pot demonstra o idee, citi un raport, folosi computerul, pot ilustra ideile cu ajutorul diagramelor, desenelor, fotografiilor. Membrii sunt stimulați să discute, să pună întrebări și să-și noteze, fiecare realizându-și propriul plan de idei.

Evaluarea

Faza demonstrației: grupele prezintă întregii clase rezultatele obținute. In acest moment elevii sunt gata să demonstreze ce au învățat. Profesorul poate pune întrebări, poate cere un raport sau un eseu ori poate da spre rezolvare fiecărui elev o fișă de evaluare. Dacă se recurge la evaluarea orală, atunci fiecărui elev i se va adresa o întrebare la care trebuie să răspundă fără ajutorul echipei.

Ca toate celelalte metode de învățare prin cooperare și aceasta presupune următoarele avantaje:

stimularea încrederii în sine a elevilor;

dezvoltarea abilităților de comunicare argurnentativă și de relațio- nare în cadrul grupului;

dezvoltarea gândirii logice, critice și independente;

dezvoltarea răspunderii individuale și de grup;

♦ optimizarea învățării prin predarea achizițiilor altcuiva.

9. Cubul – metodă modernă de învățare prin cooperare

Este o modalitate de lucru care poate fi aplicată individual, în perechi sau în grupuri pentru o abordare a unei situații problematice, prin solicitarea gândirii elevului. Profesorul le cere elevilor să scrie despre un anumit concept sau temă prin parcurgerea fețelor cubului.

Este preferabil să se respecte ordinea prezentată pentru că aceasta îi conduce pe elevi în mod treptat spre o gândire complexă.

Etapele acestei metode corespund celor 6 fețe ale unui cub:

Descrie! – explică / definește o noțiune un concept

Compară! – stabilește asemănări și deosebiri

Asociază! – la ce te face să te gandești?

Aplică! – ce aplicabilitate practică poate avea?

Analizează! – analizează conceptual din diferite puncte de vedere

Argumentează pro sau contra! – este bine / rău, util / nefolositor?

Fiecare instrucțiune / cerință de pe fața cubului presupune sarcini de lucru.

În echipele constituite pentru atingerea unui obiectiv, care nu au un caracter permanent, membrii au roluri diferite în funcție de înclinațiile lor personale și de nevoile echipei.

Profilul unui membru al echipei, rolul care i se potrivește cel mai bine, poate fi stabilit pe baza următoarelor caracteristici:

relaționarea cu ceilalți membri;

modul în care participă la luarea deciziilor;

căile prin care obține informațiile și utilizarea lor;

metoda preferată în organizarea activității.

10. Știu-vreau să știu –am învățat

Este o metodă care trece în revistă ceea ce elevii știu despre temă și apoi se formulează întrebări la care se așteaptă găsirea răspunsului în lecție; întrebările pot apărea în urma dezacordului privind unele detalii sau pot fi produse de curiozitatea elevilor.

1. Cu grupuri mici sau cu întreaga clasă se trece în revistă ceea ce elevii știu deja despre o anumită temă și se formulează întrebări la care se așteaptă găsirea răspunsului în lecție.

2. Se cere elevilor să formeze perechi și să facă o listă cu tot ce știu despre tema ce urmează a fi discutată în cadrul orei. Între timp li se dă și un tabel cadru cu trei coloane:

Avantajele acestei metode:

Se clarifică ceea ce se știe, ceea ce nu se știe și ceea ce mai rămane de învățat;

Este o modalitate de învățare interactivă;

Mobilizează întregul colectiv de elevi;

Interdisciplinaritatea;

Este o modalitate pragmatică de abordare a lecției.

Dezavantaje:

Poate fi uneori time-consuming (costisitoare din punct de vedere al timpului);

Nu se pretează la absolut toate lecțiile;

Modalitatea introducerii în lecție a metodei este următoarea: primele două coloane se folosesc pentru reactualizarea cunoștințelor și depistarea a ceea ce nu se știe despre tema propusă, a treia coloană se folosește pentru fixarea cunoștințelor. Punctele neacoperite din coloana a doua se folosesc ca repere pentru fixarea obiectivelor lecțiilor următoare sau pot constitui tema de casă.

Metoda are un impact bun asupra elevilor deoarece:

Îi conștientizează asupra desfășurării lecției;

Sporește responsabilitatea;

Stimulează dorința de cunoaștere;

Duce la dezvoltarea unui stil de muncă riguros, științific posibil de aplicat și în alte domenii.

11. Metoda ciorchinelui

Deși este o variantă mai simplă a brainstorming-ului, ciorchinele este o metodă care presupune identificarea unor conexiuni logice între idei, poate fi folosită cu succes atât la începutul unei lecții pentru reactualizarea cunoștințelor predate anterior, cât și în cazul lecțiilor de sinteză, de recapitulare, de sistematizare a cunoștințelor.

Ciorchinele este o tehnică de căutare a căilor de acces spre propriile cunoștințe evidențiind modul de a înțelege o anumită temă, un anumit conținut și reprezintă o tehnică eficientă de predare și învățare care încurajează elevii să gândească liber și deschis

12. Proiectul

Proiectul reprezintă o metodă complexă de evaluare, individuală sau de grup, recomandată profesorilor pentru evaluarea sumativă. Elaborarea proiectului necesită o perioadă mai mare de timp (câteva zile sau câteva săptămâni) și poate fi sarcină de lucru individuală sau de grup.

În utilizarea acestei metode se parcurg următoarele etape:

1. Stabilirea temelor pentru proiect .

2. Stabilirea și precizarea perioadei de realizare a proiectului.

3. Familiarizarea elevilor cu exigențele specifice elaborării unui proiect.

4. Planificarea activității (individuale sau de grup)

– formularea obiectivelor proiectului;

– constituirea grupelor de elevi (dacă este cazul);

– distribuirea/alegerea subiectului de către fiecare elev/grup de elevi;

– distribuirea/asumarea responsabilităților de către fiecare membru al grupului;

– identificarea surselor de documentare.

5. Desfășurarea cercetării/colectarea datelor.

6. Realizarea produselor/materialelor.

7. Prezentarea rezultatelor obținute/a proiectului.

8. Evaluarea proiectului.

Este indicat ca profesorul să le recomande elevilor ca în realizarea proiectului să respecte următoarea structură :

a. Pagina de titlu (include tema proiectului, numele autorului/autorilor, școala, clasa,

perioada de realizare);

b. Cuprinsul (se precizează titlurile capitolelor și subcapitolelor);

c. Introducerea (se fac referiri la importanța temei, cadrul conceptual și metodologic);

d. Dezvoltarea elementelor de conținut prezentate în cuprins;

e. Concluzii;

f. Bibliografie;

g. Anexe.

Pe parcursul realizării proiectului, cadrul didactic oferă suport și consultații elevilor în desfășurarea cercetării, în colectarea datelor necesare și poate efectua evaluări parțiale. Evaluarea proiectului implică atât raportarea la calitatea produsului, cât și la calitatea procesului, a activității elevului. În acest sens, este necesar ca profesorul să formuleze criterii clare, susceptibile de a asigura o evaluare obiectivă, și să le comunice elevilor.

Avantaje ale utilizării proiectului:

este, în același timp, o metodă eficientă de evaluare, dar și o metodă de învățare interactivă;

plasează elevul într-o situație de cercetare autentică;

cultivă responsabilitatea pentru propria învățare și rezultatele acesteia;

asigură implicarea tuturor elevilor în realizarea sarcinilor propuse;

facilitează abordările de tip inter- și transdisciplinar;

promovează interevaluarea/autoevaluarea și interînvățarea;

oferă posibilitatea aprecierii unor rezultate de diverse tipuri (cunoștințe, capacități, abilități);

permite exersarea și evaluarea:

capacității de a observa;

capacității investigative;

capacității de analiză, sinteză, comparație, generalizare și abstractizare;

capacității de a utiliza tehnici specifice de muncă intelectuală;

apacității de a utiliza, asocia, transfera diverse cunoștințe;

capacității argumentative;

capacității de a realiza un produs etc.;

asigură dezvoltarea competențelor de relaționare, a competențelor de comunicare;

stimulează creativitatea;

facilitează dezvoltarea încrederii în propriile forțe etc..

Limite ale utilizării proiectului ca metodă de evaluare:

apariția unor conflicte între elevi (în condițiile elaborării în grup a proiectelor);

minimalizarea rolului profesorului etc..

13 Portofoliului

Portofoliul este considerat o metodă alternativă de evaluare, care ocupă un loc important în practica școlară curentă ca o alternativă viabilă la modalitățile tradiționale de evaluare.

Este considerat o metodă de evaluare flexibilă, complexă, integratoare deoarece include rezultate obținute și prin alte metode de evaluare, mă refer aici la probe orale, probe scrise, practice, observare sistematică a activității și comportamentului elevului, proiect, autoevaluare. La toate cele amintite, se adaugă și rezultatele obținute prin sarcini specifice disciplinei respective.

Datorită faptului că portofoliul furnizează o bogată și complexă informație, referitoare la activitatea elevului de-a lungul timpului, el se poate constitui în parte integrantă a evaluarii sumative.

Portofoliul reprezintă “cartea de vizită” a elevului, urmărindu-i progresul la o anumită disciplină, de-a lungul unui interval de mai lung de timp (un semestru sau un an școlar).

În proiectarea unui portofoliul, trebuie avute în vedere scopul, contextul, dar și modul de proiectare. Pentru a putea stabili scopul, profesorul trebuie, mai întâi, să răspundă unor întrebări de tipul:

Care este conținutul asimilat în această unitate de învățare/temă/domeniu de activitate?

Ce ar trebui elevii să fie capabili să facă?

Ce atitudini ar trebui să dezvolte elevii în realizarea portofoliului lor ?

Astfel, se constată că scopul portofoliului este acela de a confirma că elevii sunt capabili să facă ceea ce este cuprins în obiectivele învățării.

Scopul poate fi unul imediat prin care se urmărește oferirea de date profesorului și elevului despre capacitățile formate și despre atitudinile asumate de elev însuși în cadrul unității de învățare/temei/capitolului sau unul de perspectivă ce vizează furnizarea de informații părinților sau comunității despre ceea ce elevul știe sau este capabil să facă.

În funcție de tipul scopului, portofoliul poate cuprinde momente relevante ale progresului elevului, el fiind destinat evaluării profesorului sau autoevaluării elevului, dar poate cuprinde și o selecție a celor mai bune produse sau a celor mai bine realizate activități ale elevului, în acest caz, destinatarul portofoliului constituindu-se din părinți, comunitate, instituții etc.

Contextul este un alt element esențial al portofoliului și are în vedere: particularitățile de vârstă ale elevilor, nevoile, interesele și abilitățile elevilor, specificul disciplinei.

Ținând cont de aceste variabile, modul de concepere și realizare a portofoliului devine unul personalizat.

Dacă fără un scop stabilit și un context bine identificat nu putem porni cu dreptul activitatea de proiectare a portofoliului, stabilirea conținutului și a modului de organizare a portofoliului este o sarcină destul de dificilă.

În stabilirea conținutului și a modului de organizare, trebuie să se țină seama de răspunsul dat la următoarele întrebări:

Ce fel de întrebări intră în portofoliu?

Ce număr de eșantioane ale activității elevului trebuie să conțină portofoliul?

Cum trebuie organizate elementele constitutive ale portofoliului?

Cine decide selecția? Profesorul sau elevul?

Pornind de la acestă ultimă întrebare, se constată două tendințe:

sarcina proiectării portofoliului îi revine în exclusivitate profesorului, începând cu stabilirea scopului, contextului, formularea cerințelor standard și selectarea produselor reprezentative ale activității elevilor ;

realizarea unui pact între elevi și profesor, elevilor oferindu-li-se posibilitatea de alege anumite eșantioane ale activițății lor, pe care le consideră semnificative din punct de vedere al calității lor.

Dându-le posibilitatea elevilor de a participa la deciziile cu privire la conținutul și utilizarea portofoliului, la selectarea eșantioanelor pe care le atașează, la negocierea modului și ponderii evaluării portofoliului în media finală, profesorul stimulează creativitatea și implicarea personală a elevilor în activitatea de învățare, dezvoltă motivația intrinsecă și responsabilitatea acestora față de propria lor instruire.

În ceea ce privește conținutul portofoliului, profesorul Ioan Cerghit, susține că acesta cuprinde “o selecție dintre cele mai bune lucrări sau realizări personale ale elevului, cele care îl reprezintă și care pun în evidență progresele sale; care permit aprecierea aptitudinulor, talentelor, pasiunilor, contribuțiilor personale. Alcătuirea portofoliului este o ocazie unică pentru elev de a se autoevalua, de a-și descoperi valoarea competențelor și eventualele greșeli. În alți termeni, portofoliul este un instrument care îmbină învățarea cu evaluarea continuă, progresivă și multilaterală a procesului de activitate și a produsului final. Acesta sporește motivăția învățării.”

Un portofoliul ar putea cuprinde:

lista conținutului acestuia (sumarul, care include titlul fiecarei lucrări/fișe și numărul paginii la care se găsește);

argumentația care explică ce lucrări sunt incluse în portofoliu, de ce este importantă fiecare și cum se articulează între ele într-o viziune de ansamblu a elevului/grupului cu privire la subiectul respectiv;

lucrările pe care le face elevul individual sau în grup;

rezumate;

eseuri;

articole, referate, comunicări stiințifice;

fișe individuale de studiu;

proiecte și experimente;

temele de zi de zi ;

probleme rezolvate;

rapoarte scrise – de realizare a proiectelor;

teste și lucrări semestriale;

contribuții la revistele școlare;

postere, colaje, machete, desene, caricaturi.

chestionare de atitudini;

înregistrări, fotografii care reflectă activitatea desfășurată de elev individual sau împreună cu colegii săi;

observații pe baza unor ghiduri de observații;

reflecțiile proprii ale elevului asupra a ceea ce lucrează;

autoevaluări scrise de elev sau de membrii grupului;

interviuri de evaluare;

alte materiale, hărți cognitive, contribuții la activitate care reflectă participarea elevului/ grupului la derularea și soluționarea temei date;

În funcție de elementele sale constitutive, portofoliul se clasifică în:

portofoliu de prezentare sau introductiv (cuprinde o selecție a celor mai importante lucrări);

portofoliu de progres sau de lucru (conține toate elementele desfășurate pe parcursul activității);

portofoliul de evaluare (cuprinde: obiective, strategii, instrumente de evaluare, tabele de rezultate etc.)

În funcție de numărul celor implicați în realizarea portofoliului, identificăm:

portofoliul individual;

portofoliu de grup.

Portofoliul de grup este utilizat în cadrul metodei de învățare cooperativă și presupune o colecție organizată de lucrări/mostre din activitatea grupului, acumulate în timp, precum și mostre din lucrările individuale ale membrilor grupului.

Un portofoliu de grup poate conține următoarele elemente:

Coperta (aceasta reflectă, de obicei, în mod creativ personalitatea grupului);

Cuprinsul;

Prezentarea grupului și a membrilor săi;

Introducerea și argumentația privind mostrele alese;

Mostre care au necesitat cooperarea între membrii grupului pentru a fi realizate;

Observații ale membrilor grupului privind modul lor de interacțiune în timpul activității în comun;

Autoevaluări ale membrilor grupului și evaluarea grupului de către aceștia;

Mostre individuale revizuite pe baza feedbackului primit de la grup (compoziții, prezentări etc.);

Autoevaluări ale membrilor grupului cu privire la calitățile și punctele slabe

ale interacțiunii sociale – modul în care au potențat eficiența grupului și au

ajutat alți colegi să învețe;

Listă a viitoarelor obiective de învățare și deprinderi sociale pe care și le propun membrii grupului;

Comentarii și feedback din partea profesorilor, metodiștilor și a altor grupuri de studio.

Făcând referire la proiectul – model prezentat, menționez că acesta se constituie în element al portofoliului de grup. Din acest portofoliu fac parte toate realizările elevilor celor cinci grupe, precum și jurnalele lor de activitate.

Portofoliul este o mapă deschisă la care elevul are acces tot timpul pentru a-l completa, actualiza și consulta în vederea autoinstruirii, însă este și un instrument de evaluare curentă, oferind profesorului informații esențiale despre performanța și evoluția elevului într-o perioadă mai lungă de timp.

În evaluarea portofoliului, profesorul trebuie să țină cont de particularitățile cognitive, atitudinale și comportamentale ale fiecărui elev, deoarece portofoliul ilustrează efortul depus de acesta în procesul de învățare.

Spre exemplu, nu putem evalua conform aceleași grile de evaluare portofoliul unui elev care până nu demult atingea cu greu standardele minimale, însă al cărui portofoliu reliefează faptul că elevul se află într-un real progres și al unui elev ce nu se limitează doar la conținuturile obligatorii și manifestă reale înclinații pentru specificul disciplinei, dar la care se constată în urma investigației portofoliului un anume regres.

Criteriul comun evaluării portofoliilor elevilor îl poate constitui saltul calitativ între primele și ultimele eșantioane ale portofoliului.

Este evident faptul că portofoliul ca metodă complementară de evaluare nu se caracterizează prin aceeași rigurozitate, specifică metodelor tradiționale de evaluare și personalizează evaluarea fiecărui elev.

Pentru evaluarea portofoliului, criteriile vor fi negociate împreună cu elevii, înainte de începerea proiectării portofoliului, astfel elevii vor înțelege și accepta criteriile de evaluare și va spori motivația lor pentru realizarea de activități de calitate, manifestându-ți responsabilitatea față de propria instruire.

Evaluarea portofoliului se poate canaliza pe impresia generală asupra performanței elevilor sau asupra produselor realizate, luând în considerare elementele constitutive ale portofoliului, corelată cu o scară ce cuprinde calificative sau simboluri numerice

CAPITOLUL IV

COORDONATELE METODOLOGICE ALE ACTIVITĂȚII APLICATIVE

IV.1. Obiectivele și ipoteza cercetării

Cercetarea psihopedagogică,în perspectiva postmodernă, reprezintă o activitate de conducere managerială a sistemului și procesului de învățământ proiectată și realzată in mod special pentru reglarea,autoreglarea acțiunii educaționale,respectiv a actului didactic.

În cadrul cercetării pe care am întreprins-o am pornit de la următorul obiectiv: cunoașterea și dezvoltarea nivelului de cunoștințe tehnice ,prin aplicarea de metode moderne în cadrul lecțiilor în vederea realizării sarcinilor educației intelectuale (formativă și informativă);

Am formulat următoarea ipoteză în vederea realizării acestui obiectiv:

dacă se vor aplica metode moderne în cadrul predării lectiilor, vom constata că va crește eficiența însușirii cunoștințelor tehnice, realizarea de aplicații practice complexe și reușita învățării școlare;

Obiectivele specifice ale cercetării:

1.cunoașterea nivelului inițial al pregătirii elevilor, considerat ca punct de plecare pentru organizarea experimentului;

2.familiarizarea cu modalitățile de aplicare a metodelor moderne de predare în cadrul lecțiilor din cadrul Modulului X – Senzori și traductoare, din cadrul calificarii profesionale: Tehnician mecatronist.

3.înregistrarea progreselor elevilor de la finele demersului ameliorativ-formativ

Ipoteza specifică cercetării:

Utilizarea modalitățile de aplicare a metodelor moderne de predare în cadrul lecțiilor de predare precum și lucrul individual al fiecărui elev ,conduc la o înșușire corectă a noțiunilor despre senzori și traductoare, și o corectă aplicare a lor în viața de zi cu zi.

IV.2.Eșantionul de lucru

Pentru a demonstra eficiența folosirii metodelor moderne în cadrul procesului educativ ,a fost necesar să realizez studiul la clasa a XI-a , în cadrul Modului X intitulat Senzori și traductoare ; clasa cu calificarea profesională: Tehnician Mecatronist din cadrul Colegiului Tehnic ” Gheorghe Cartianu “ Piatra Neamț. Colectivul clasei care reprezintă eșantionul de lucru este format din 25 elevi. Acestă este omogen, clasa fiind formată din 5 fete și 20 băieți.

Toți elevii provin din medii familiale favorabile, părinții sunt încadrați în muncă și au preocupări în direcția educației copiilor.

Elevii sunt bine dezvoltați din punct de vedere fizic și intelectual ,corespunzător nivelului de vârstă.

Acestor elevi li s-au aplicat probe de evaluare inițială, și finală pentru a urmări capacitatea elevilor de a-și însuși noțiunile prezentate în cadrul modului senzori și traductoare și posibilitatea de realizare a unor aplicații practice .

Clasa martor este tot o clasă de a XI-a, care are aceeași calificare profesională cu clasa etalon și este din cadrul aceleași instituții școlare.

Am ales un singur eșantion și implicit tehnica cercetării unui singur eșantion „înainte și după” („bifore-and-after metod”). Consider că rezultatele obținute in urma testărilor sunt mult mai concludente și oferă informații obiective cu privire la stadiul dezvoltării intelectuale al elevilor.

IV.3.Etapele cercetării

În orice activitate umană se întâlnesc acțiuni și operații specifice celor trei etape implicate cronologic: etapa teoretică, de anticipare în plan mintal a cea ce urmează să se realizeze, etapa de realizare efectivă și etapa de analiză, de evaluare a ceea ce sa realizat. Metoda de bază utilizată a fost metoda portofoliului personal

În cercetarea realizată, am urmărit derularea etapelor:

A. Etapa inițială care a avut un caracter constatativ, s-a desfășurat în perioada 1 octombrie 2013 – 30 octombrie 2013. În această perioadă, pe baza rezultatelor de la testele aplicate, am măsurat și apreciat randamentul școlar al elevilor care au aceleași calificare profesională și care parcurg din cadrul modului la care se aplică cercetarea psihopedagogică .

Testul inițial care a fost dat la cele doua clase este prezentat in anexa A.

B. Etapa formativ-ameliorativă s-a desfășurat în perioada 1 noiembrie 2013 – 30 aprilie 2014. În această etapă, pe baza centralizării informațiilor obținute în etapa anterioară, am introdus la clasa de elevi considerată clasă experimentală , metode moderne de predare-învățare în cadrul orelor de curs.

C. Etapa finală ce a avut un caracter comparativ, cu privire la rezultatele obținute în urma demersului experimental urmat , s-a desfășurat în perioada 7 – 31 mai 2014. Toate rezultatele au fost înregistrate în tabele centralizatoare analitice și sintetice, evidențiindu-se folosirea de metode moderne de predare în demersul didactic, care a fost ales ca factor principal de progres.

Testul final dat de cele două clase este prezentat in anexa B.

IV.4. Metodologia cercetării

Metodologia cercetării este „baza logică și sinteza procedeelor științifice fundamentale de colectare, organizare și prelucrare a datelor empirice și de construire a unor metode teoretice explicative.

Într-o cercetare psihopedagogică sunt utilizate mai multe metode pentru strângerea unor informații complementare, limitele unei metode fiind corectate de către altă metodă.

Am fost preocupată încă de la începutul activității mele didactice să trezesc interesul elevilor pentru cunoaștere, pentru învățătură, să asigur dezvoltarea intelectuală la capacitate maximă a fiecărui elev, să combat fenomenul rămănerii în urmă la învățătură și să atrag mai mult familia în acțiunea de educare și instruire a elevilor.

Asfel am pornit de la premisa că o bună cunoaștere a copiilor sub aspect cognitiv, afectiv, volitiv, al potențialului creativ, îmi va arăta care sunt tehnicile de învățare adecvate fiecărui elev.

Metodele de cercetare sunt căile de descoperire a adevărului. Urmând aceste căi, am adunat un material faptic, substanțial și semnificativ, prelucrat științific și transpus apoi în generalizări.

Metodele de cercetare pot fi clasificate în două grupuri:

– metode de colectare a datelor (observația, conversația, analiza produselor activității);

– metode de prelucrare a materialului colectat (metode logice, metode matematice).

Observația:

Constă în urmărirea atentă și sistematică a fenomenelor și faptelor, fără intenția

de a le modifica, cu scopul de a degaja relații cauzale referitoare la procesul instructiv-educativ, pe baza cărora se pot formula generalizări predctive .

În activitatea curentă la clasă am fost interesată în primul rând de realizarea obiectivelor pedagogice, precum și de urmărirea spontană a conduitelor de comunicare, de învățare a elevilor. Am urmărit comportamentul lor în orele de matematică, cum se manifestă atunci când primesc spre rezolvare o sarcină și cum reușesc să se mobilizare individual sau în echipă pentru a îndeplini cu succes cerința dată.

Observarea s-a desfășurat după indicatori bine stabiliți, datele au fost consemnate imediat, s-au selectat notițele observațiilor curente pentru interpretarea lor psihopedagogică.

Convorbirea ;

Este o conversație între două persoane după anumite reguli metodologice, prin care persoana abordată oferă informații la o temă anterior fixată. Această metodă mi-a furnizat informații legate de operațiile și calitățile gândirii copilului, atitudinea lui față de sarcinile date atunci când trebiua să lucreze individual sau în echipă, a preferințelor pentru anumite modalități de lucru în oră, greutățile pe care le întâmpină în rezolvarea unor sarcini, impresiile în legătură cu anumite fapte matematice. Desfășurată liber sau dirijat, convorbirea a relevat o serie de aspecte profunde, într-un timp relativ scurt.

Datele obținute au reflectat calitatea cunostințelor ,a deprinderilor,coerența limbajului matematic,originalitatea rezolvării unor sarcini, profunzimea înțelegerii unor metode de rezolvare a exercițiilor și probleme spiritul de independență, dar și lacunele din pregătirea elevilor.

Am obținut informații prin analiza produselor activității și cercetarea documentelor școlare despre lumea interioară a elevului, despre bogăția de idei și imaginația sa, caracteristicile spiritului de observație, logica gândirii, capacitatea de concentrare a atenției și de aplicare în practică a cunoștințelor asimilate..

Cu ajutorul testului” am putut determina ce pote face subiectul în momentul respectiv, și cât de bine poate realiza sarcina cerută.

Periodic, am aplicat probe de evaluare a cunoștințelor la diferite capitole, obținând informații despre nivelul de conștințe ale elevilor, gradul de dezvoltare intelectuală.

Prelucrarea rezultatelor obținute, aplicând aceste metode de cercetare, s-a făcut prin metode statistico – matematice: tabele analitice, reprezentări grafice, histograme, diagrame areolare, procentuale.

IV.5. Metoda de lucru cu clasa experimentală

Precum am precizat anterior am ales clasa a XI-a A, la Modului X intitulat :Senzori și traductoare ; clasa ce are calificarea profesională: Tehnician Mecatronist din cadrul Colegiului Tehnic ” Gheorghe Cartianu “ pentru a implementa metodele moderne de predare-învățare în cadrul orelor de curs.

Am implemtat metoda portofoliului personal, adică după susținerea testului inițial am prezentat o listă de teme pe care fiecare elev trebuie să le aibă făcute, câte o tema pentru fiecare oră de curs. Evaluarea se va face în felul următor: o notă o va primi la temă, și o notă la sfârșit la întreg portofoliu care cuprinde toate temele făcute dealungul anului școlar. La nota care o va primi pe tema realizatăse va ține cont și de nivelul de înțelegere a temei respective, și de participarea elevului la oră.

Lista de teme a fost extrasă din curriculum pentru clasa a XI-a, liceu tehnologic,Filieră tehnologică, Profil Tehnic, calificarea Tehnician Mecatronist și a fost împărțită pentru un număr de 66 de ore.

Ce este un senzor și care este rolul lui.

Tipuri de senzori: capacitivi

Tipuri de senzori inductivi,

Tipuri de senzori proximitate

Principiul de funcționare al senzorilor,

Prezentați mărimile de măsurat pe care le poate măsura un senzor,

Caracteristicile senzorilor: electrice,

Caracteristicile senzorilor: mecanice,

Caracteristicile senzorilor: constructive,

Caracteristicile senzorilor: funcționale,

Parametrii caracteristici senzorilor: dimensiuni, greutate, cost

Parametrii caracteristici senzorilor: dimensiuni, greutate, cost,

Parametrii caracteristici senzorilor: grad de protecție electrică,

Precizați domeniul de măsurare a senzorilor și natura semnalelor de ieșire,

Precizați ce reprezintă : sensibilitate, rezoluție,

Precizați ce reprezintă : precizie, fidelitate

Domenii de utilizare: Industrie: construcției de mașini,

Domenii de utilizare: chimica, agricultura,

Domenii de utilizare: alimentație;

Domenii de utilizare: medicina, uz general.

Preciați posibilitațile de automatizare cu ajutorul .

Posibilități deimplementare: conectare mecanică/electrică..

Scheme de implementare: electrice / pneumatice / hidraulice.

Disfuncționalități: conexiuni greșite, amplasare incorectă a senzorilor, reglaje defectuoase.

Remediere: înlăturarea deficiențelor.

Elevii trebuie să se prezinte la oră cu tema făcută, și în clasă vor prezenta tema și se vor purta discuții pe baza temei care trebuia pregătită. Neclaritățile sunt prezentate de profesor la sfîrșitul orei când sunt notate și cele mai bune teme.

IV.5. Prezentarea, analizarea, și interpretarea rezultatelor.

IV.5. 1 Prezentarea rezultatelor obținute la evaluarea inițială

IV.5.2. Prezentarea rezultatelor obținute la evaluarea finală.

Anexa – A

Nume și prenume:_________________________ Clasa:___________ Data:__________

Test inițial

Modulul X: Senzori și traductoare

Pentru rezolvarea corectă a tuturor cerințelor se acordă 90 de puncte. Din oficiu se acordă 10 puncte.

Timpul efectiv de lucru este de 50 minute

Subiectul I : Alegeți, prin încercuire, variantele corecte de răspuns din următoarele: (0,56pX8 = 4,5 puncte)

1 N/m² este egal cu:

1 Pa;

1 Dyna/cm2;

1 at.

Aparatele pt. măsurarea forțelor sunt:

traductoare;

dinamometre;

tahometre.

Mijloacele pt. măsurarea vitezei de rotație sunt:

traductoare;

dinamometre;

tahometre.

Mijloacele pt. măsurarea debitelor sunt:

contoare;

accelerometre;

manometru cu capsulă.

5. În cazul dinamometrelor hidraulice forța se calculează cu relația:

a. F = ma;

b. F = pA;

c. F = m/a.

6. Partea cea mai importantă a accelerometrelor este:

a. axul de antrenare;

b. imersorul;

c. traductorul.

7. În cazul metodei micșorării locale a secțiunii de curgere, se folosește ca mijloc de măsurare:

a. tubul Venturi;

b. rotametrul cu corp ghidat;

c. tubul Pitot-Prandtl.

8. Contorul cu palete rotitoare se folosește în cazul metodei:

a. volumetrice;

b. gravimetrice;

c. centrifugale.

Subiectul II Scrieți informația care completează spațiile libere:

În literatura de specialitate, eroarea de măsurare se mai numește și ……………

O clasă de exactitate este indicată printr-un număr denumit…………………,

marcat pe cadranul aparatului.

După modul de sesizare a valorii măsurandului, metodele de măsurare pot fi:

metode fără contact și ……………………………………….

În funcție de complexitate, mijloacele de măsurare pot fi: măsuri,……………………..

și sisteme de măsurare.

Test inițial

Modulul X: Senzori și traductoare

Barem de corectare

Subiectul I – 4,5 puncte – Pentru fiecare răspuns corect se acordă câte 0,56 puncte. Pentru răspuns incorect sau lipsă, se acordă 0 puncte.

1. a;

2. b;

3. c;

4. a;

5. b;

6. c;

7. a;

8. a.

Subiectul II – 4,5 puncte

a. incertitudine;

b. indice de clasă;

c. cu contact;

d. aparate de măsurat;

Se acordă câte 1.12 puncte pentru fiecare răspuns corect. ( 4 x 1,12 puncte = 4,5 puncte)