Робототехника

Паспорт модуля

Параметр	Значение
Аудитория (кому)	Участники подготовки к робосоревнованиям без привязки к возрасту; стартовый уровень — умеют включить контроллер и залить скетч; группа 4–12 чел. (пары «пилот + программист» приветствуются)
Аутентичная задача (зачем)	Выполнить в зачётных условиях полный перечень мини-задач регламента: блок «Движение» (4.1–4.23) и блок «Линия и объекты» (3.1–3.17); лучшая попытка — в зачёт
Объём и формат	16 занятий × 90 мин (кружок/секция), из них ≥60% времени — робот в руках; допускается сжатие в интенсив 8×180 мин
Оборудование и среда	ESP32 (Arduino C++), моторы DC с редуктором (любые), щелевые энкодеры, УЗ-дальномер (HC-SR04-класс), лазерный ToF (VL53L0X-класс), аналоговые/цифровые датчики линии (TCRT5000-класс), датчик касания (кнопка/концевик), поле с чёрной линией, кегли/банки
Ограничения	Датчики и моторы могут меняться → весь материал строится на геометрии, калибровке и HAL-интерфейсе, а не на конкретном коде; ЛиПо/Li-ion питание → обязательный блок ТБ
Источники анализа	Перечни мини-задач 4.1–4.23 и 3.1–3.17 (регламент робототехнического направления, предоставлен пользователем); `РегламентЭлектроника.pdf` — как образец турнирной логики РОБОСТЕП (баллы по задачам, лучшая попытка в зачёт); `ШАБЛОН_СКЕЛЕТ_учебного_модуля.md`

Аутентичная задача. Когда обучающиеся выйдут с этого модуля, они смогут на незнакомом поле, с меняющимися от попытки к попытке параметрами (расстояния, положения объектов), за отведённое число попыток выполнить мини-задачи регламента на роботе собственной сборки — без подсказок тренера и без «магических констант», которые перестают работать при севшей батарее.

Ключевая идея модуля. Соревновательный робот — это не «код, который один раз сработал». Это система: измеренная геометрия + откалиброванные датчики + программа, устойчивая к изменению условий. Поэтому в каждом занятии есть процедура калибровки и повторный прогон. Задача 4.23 (две линии на переменном расстоянии) и приписка «расстояние меняется от попытки к попытке» — прямое требование регламента: жюри целенаправленно ломает решения, подогнанные под одну конфигурацию поля.

Образовательные цели

Цели «от студента». Уровень оценивания = уровню цели: цели «применять/создавать» проверяются только заездом, не тестом.

№	Обучающиеся …	Блум—Андерсон	Миллер	Чем проверяем
1	объясняют, как геометрия робота (диаметр колеса D, колея B, число прорезей энкодера N) связана с пройденным путём и углом поворота, и выводят расчётные формулы	понимать	знает как	устный вывод формулы у доски + квиз (КТ-1)
2	калибруют робота: измеряют мм/тик, коэффициент проскальзывания поворота, пороги датчиков линии и расстояния — и ведут карту калибровки	применять	показывает как	практикум «Карта калибровки» с чек-листом (КТ-2)
3	программируют точное перемещение и повороты (по времени, по энкодерам: вперёд/назад на S см, танковый и вокруг колеса на 90°/180°) — мини-задачи 4.1–4.13	применять	делает	зачётные заезды по протоколу блока A (КТ-3)
4	программируют остановку и реакцию по датчикам (касание, линия, расстояние, объект сбоку, «вторая линия») — мини-задачи 4.5, 4.14–4.20, 4.23	применять	делает	зачётные заезды по протоколу блока A (КТ-4)
5	проектируют и собирают навесное оборудование (толкатель, захват) и транспортируют объекты — мини-задачи 4.21–4.22, 3.10, 3.12–3.14, 3.16–3.17	создавать	делает	защита конструкции + зачётные заезды (КТ-5, финал)
6	реализуют движение по линии с регулятором (релейный → P → PID) и навигацию по перекрёсткам (проезд, повороты, разворот, маршрут) — мини-задачи 3.1–3.6	применять / создавать	делает	зачётные заезды по протоколу блока B (КТ-6)
7	анализируют неудачный заезд: по логу/видео локализуют причину (механика / калибровка / алгоритм / питание) и вносят одно проверяемое изменение	анализировать	показывает как	пост-разбор по протоколу «1 заезд → 1 гипотеза → 1 изменение» (сквозная, финал)

Оценивание (спроектировано до контента)

Входная диагностика (занятие 1, 20 мин)

Мини-задание на роботе-доноре: «заставьте оба мотора крутиться вперёд 2 секунды» — фиксируем, кто уже работал с Arduino-средой.
5 вопросов: путь/скорость/время; что такое ШИМ; зачем резистор датчику; чем цикл отличается от условия; работал ли с энкодером.
Опрос мотивации: «сам пришёл / привели», прошлый соревновательный опыт.

Результат → разбиение на пары «сильный + начинающий» и выбор стартовой роли по SSDL (кому инструктаж, кому сразу практика с поддержкой).

Карта «мини-задача регламента → занятие → проверка»

Мини-задачи регламента	Занятие	Контрольная точка
4.1–4.2 (движение по времени)	3	заезд, чек-лист
4.3–4.4 (S см по энкодерам)	4	заезд, чек-лист
4.6–4.13 (повороты)	5	заезд-протокол «10 поворотов»
4.5, 4.14–4.20, 4.23 (датчики)	6–7	КТ-4: лотерея условий
4.21–4.22 (кегля)	8	заезд + защита конструкции
3.1–3.5 (линия, перекрёстки)	9–11	КТ-6: маршрут-лотерея
3.6–3.9, 3.11, 3.15 (маршрут, препятствия)	12–13	заезды по протоколу
3.10, 3.12–3.14, 3.16–3.17 (транспортировка)	13–14	заезды по протоколу
Все	15–16	пробный тур: полный регламент, 3 попытки, лучшая в зачёт

Протокол зачётного заезда (используется со 2-й недели)

Каждая мини-задача сдаётся так, как будет на турнире:

Заявка

Пара объявляет судье (тренеру/другой паре) номер мини-задачи и параметр (t, S, угол), который судья меняет относительно тренировочного.

Три попытки

Между попытками разрешена правка констант ≤ 2 мин. Перезалить прошивку — можно, трогать робота во время заезда — нельзя.

Фиксация

В таблицу заездов: попытка / результат / отклонение (см, °) / причина провала (механика | калибровка | алгоритм | питание | не определена).

Рубрика итогового пробного тура

Критерий	0 баллов	1 балл	2 балла
Выполнение мини-задачи	не выполнена ни в одной попытке	выполнена с отклонением сверх допуска / с касанием робота	выполнена в допуске с первой или второй попытки
Устойчивость к смене параметра	решение работает только на тренировочном значении	работает после ручной правки констант	работает сразу: параметр — переменная, пересчёт по калибровке
Обоснование решения (устно, 1 мин)	«так сработало»	описывает алгоритм	объясняет выбор алгоритма и калибровочных констант, называет ограничения
Пост-разбор провала	причина не названа	причина названа без проверки	причина локализована и подтверждена контрольным прогоном

Допуски (для самопроверки на тренировках)

Задача	Допуск «зачёт»	Допуск «олимпиадный»
Проезд S см	±2 см на 100 см	±1 см
Поворот 90°/180°	±5°	±2°
Остановка у препятствия на L см	±3 см	±1,5 см
Остановка на линии	датчик на линии	ось датчиков на линии, корпус не пересёк

Путь обучающегося

Стадии Такмана распределены как 15/15/60/10 от 16 занятий; роль преподавателя по SSDL движется от инструктора к консультанту.

    flowchart LR
    A["Занятия 1–2<br/>ФОРМИРОВАНИЕ<br/>роль: тренер-инструктор<br/>платформа, ТБ, HAL"] --> B["Занятия 3–5<br/>ШТОРМ<br/>роль: мотиватор<br/>первые заезды, калибровка,<br/>«почему не едет прямо?!»"]
    B --> C["Занятия 6–14<br/>АКТИВНАЯ РАБОТА<br/>роль: фасилитатор<br/>датчики → объекты → линия →<br/>перекрёстки → транспортировка<br/>ПИК СЛОЖНОСТИ: зан. 11–13"]
    C --> D["Занятия 15–16<br/>ЗАВЕРШЕНИЕ<br/>роль: консультант<br/>пробный тур ×3 попытки,<br/>пост-разбор, рефлексия"]

№	Тема	Цель занятия (одна!)	Retrieval-разминка	Основная активность	Мини-проверка	SSDL-роль
1	Платформа и ТБ	описывают свою платформу картой конфигурации	— (входная диагностика)	измерение D, B, N; сборка ездовой базы	карта конфигурации заполнена	инструктор
2	HAL: слой железа	оборачивают моторы/датчики в 6 функций HAL	3 вопроса: D, B, ЛиПо-правила	worked example HAL + перенос на своё железо	оба мотора едут через `drive()`	инструктор
3	Движение по времени	ездят вперёд/назад t секунд и объясняют, почему это ненадёжно	ШИМ, `drive()`, ТБ	4.1–4.2 + эксперимент «свежая vs севшая батарея»	заезд 4.1/4.2	инструктор → тренер
4	Энкодеры: S см	проезжают заданное S см по энкодерам	мм/тик — вывод формулы	4.3–4.4 + выравнивание курса по разнице тиков	заезд: судья задаёт S	тренер
5	Повороты	поворачивают на заданный угол двумя способами	формула тиков, коэффициент k	4.6–4.13, протокол «10 поворотов»	серия из 4 поворотов = квадрат	тренер
6	Датчики расстояния и касания	останавливаются по касанию и на L см от препятствия	повороты: два способа, где ошибка	4.5, 4.14–4.15, 4.18–4.20	лотерея условий	фасилитатор
7	Датчик линии + «вторая линия»	останавливаются на линии и решают 4.23	пороги, фильтр медианы	4.16–4.17, 4.23 (конечный автомат)	4.23 с тремя разными расстояниями	фасилитатор
8	Кегля: толкаем	перемещают кеглю в зону прямо и не прямо	конечный автомат 4.23	конструирование толкателя + 4.21–4.22	заезд 4.21 + кумулятивный квиз №1 (зан. 1–7)	фасилитатор
9	Линия: релейный и P	едут по линии релейным и P-регулятором	геометрия датчиков, пороги	калибровка линии, гонка «релейный vs P»	круг по линии без схода	фасилитатор
10	Линия: PID и скорость	настраивают ПИД и проходят трассу быстрее	ошибка, знак поправки	подбор Kp→Kd→Ki по протоколу	время круга −20% к зан. 9	фасилитатор
11	Перекрёстки	детектируют перекрёсток и поворачивают на нём	P vs PID, что даёт D	3.1–3.5: проезд, повороты, разворот	лотерея: 4 случайных манёвра	фасилитатор
12	Маршрут и препятствия	едут по маршруту-строке и объезжают банку	счётчик перекрёстков	3.6–3.9, 3.11, 3.15	маршрут-лотерея	фасилитатор → консультант
13	Захват и транспортировка	захватывают объект и везут по линии	объезд: фазы и возврат	3.10, 3.12, 3.16 + красные линии 3.17	заезд 3.10	консультант
14	Перестановка объектов	переносят объект через линию/перекрёсток	захват: центр масс	3.13–3.14 + кумулятивный квиз №2 (зан. 1–13)	заезд 3.13 или 3.14 (жребий)	консультант
15	Пробный тур, день 1	проходят блок A в зачётных условиях	— (тур)	3 попытки × выборка задач 4.x	протокол тура	судья
16	Пробный тур, день 2 + разбор	проходят блок B и разбирают ошибки	— (тур)	3 попытки × выборка задач 3.x; пост-разбор	рубрика финала + рефлексия	судья/консультант

Интервальные возвраты (спланированы заранее). Калибровка повторяется на занятиях 4, 7, 9, 15 (перед туром — обязательно: батарея и покрытие поля другие). Кумулятивные квизы — занятия 8 и 14. Повороты из занятия 5 возвращаются в занятии 11 (повороты на перекрёстке) и 13 (разворот с грузом). Это распределённая практика: возврат к материалу через интервал закрепляет его лучше, чем повторение подряд.

Уровни сложности (сквозные для всех занятий)

🟢 База

Мини-задача выполняется по worked example с фиксированным параметром; допускается подгонка констант между попытками

🟡 Продвинутый

Параметр (t, S, угол, расстояние) задаётся судьёй перед заездом; решение пересчитывает константы из карты калибровки

🔴 Соревновательный

Лотерея условий + лимит времени на подготовку + допуски «олимпиадные»; 3 попытки, лучшая в зачёт, касание робота = провал попытки

Данные и итерация

Входная диагностика: уровень Arduino-навыков, мотивация → состав пар.
По занятиям: таблица заездов каждой пары (попытка/результат/отклонение/причина провала) — это главный датасет модуля.
По контрольным точкам: % пар, уложившихся в допуск «зачёт» и «олимпиадный».
После пробного тура: таблица «цель → % достигших»; сравнение топ-30% и боттом-30% пар по категориям причин провала (если у боттом-30% доминирует «калибровка» — усиливаем занятия 4–5; если «алгоритм» — занятия 11–12).
Итерация: одно структурное изменение на запуск, фиксируется в паспорте следующей версии.