교육용 로봇 (RE)은 활동, 교육 프로그램, 물리적 플랫폼, 교육 자원 및 교육 철학의 모음을 나타내는 광범위한 용어입니다. 로봇 교사를 사용하는 학교가 많이 있습니다.
RE는 자신의 작품을 디자인하고 구성하여 동기를 부여받은 사람들이 참여하는 학습 매체입니다. 이 창작물은 정신적으로 처음 제공된 다음 물리적 형태로 제공되며 여러 유형의 자료로 제작되고 컴퓨터 시스템에 의해 제어됩니다.
정의
교육용 로봇 공학의 기본 목표는 로봇의 설계, 분석, 적용 및 작동에 대한 지식, 기술 및 태도에 대한 학생의 개발을 용이하게하는 일련의 경험을 제공하는 것입니다. 여기서 로봇이라는 용어는 매우 광범위하게 사용되며 다 관절 로봇, 이동 로봇 또는 임의의 규모의 자율 차량을 포함 할 수 있습니다. 접근 방식의 엄격함은 대상 고객의 배경에 따라 조정될 수 있으며 초등학교 또는 대학원 프로그램부터 전체 교육 영역의 학생들에게 적합 할 수 있습니다.
대체 또는 2 차적 목적은 컴퓨터 프로그래밍, 인공 지능 또는 엔지니어링 디자인과 같은 기타 주제, 주로 기초적인 주제에 동기를 부여하고 촉진시키기위한 확실하고 흥미로운 응용 프로그램으로서 로봇 공학을 사용하는 것입니다.
교육 로봇 공학의 목적은 학생들이인지 과정을 돕기 위해 로봇과 상호 작용하려는 욕구를 이용하는 것입니다. Martial Vivet은 다음과 같은 교육용 로봇의 정의를 제안합니다.
이것은 일상적으로, 특히 산업 환경에서 매일 사용되는 로봇 공정과 도구를 매우 충실하고 재현 한 기술 대상의 개념적 활동, 창작 활동 및 교육적 목적을위한 활동입니다.
교육용 로봇과 교육용 로봇의 차이점은 다음과 같습니다.
교육용 로봇 : 대부분의 경우 비용이 많이 드는 키트 및 상업용 자재를 사용하며 센서 및 모터를 광범위하게 사용하고 사이버네틱스에 초점을 맞추고 통합 성으로 간주하고 구체적인 것으로부터 추상적으로 전환하도록 허용합니다.
교육 로봇 공학 : 재활용 된 재료를 포함하여 저렴한 재료를 사용하고 수학, 자연 과학 및 기술에 중점을 둔 다양한 지식 영역을 통합합니다. 컴퓨터가 없어도 컴퓨터에 대해 배우고 교육용 로봇처럼 구체적인 것에서 추상적으로 이동합니다.
또한, 교육 자원으로서 로봇 공학은 일반적으로 과학 기술에 대한 자연 지식을 개발할 수있게 해줍니다. 특히 STEM 방법론 (과학, 기술, 공학 및 수학)이 사용되는 경우.
교수 방법론
교육용 로봇 공학 과정은 컴퓨터 도구를 지원하는 기계 부품, 전자 부품 및 패스너와 같은 교재를 사용하여 학생들이 해결할 수있는 과제에 대한 교사의 접근 방식으로 시작하여 문제를 해결할 수있는 프로토 타입을 생성하도록 프로그래밍 할 수 있습니다 도전에 놓이면 프로토 타입의 착상, 디자인, 조립 및 시동 과정이 학생의 학습 과정을 풍성하게합니다.
이 과정에서 학생들은 물리적, 수학적 및 기술적 개념이 포함 된 과제를 제시합니다. 이런 식으로 학생들은 공식 학교 커리큘럼의 다양한 과목에서 실제로 공부 한 개념을 실용적인 방법으로 작업합니다. 이것은 학생들이 이론적으로 공부 한 것을 실제 적용 할 수 있기 때문에 학생들이 이러한 과목을 배우는 동기가됩니다.
코스 과정 전반에 걸쳐 도전의 난이도가 높아져야합니다. 후자는 도전의 어려움과 그것을 유지하기 위해 해결할 수있는 능력 사이의 균형을 허용 할 것입니다. 이렇게하면 어려움을 해결할 수 없거나 자신의 능력에 너무 단순하여 지루해 지므로 어린이가 좌절하지 않습니다.
학생들이 물리적 인 자료를 소프트웨어와 결합하여 학생들이 어떤 일이 발생했는지에 대한 이해를 돕는 결과를 얻고 단순화하는 새로운 교육 추세가 있습니다. 이 방법으로 학생들은이 방법론을 통해 습득 한 지식을 이해하고 외삽 할 수 있으며 다른 주제에서 적용 할 수 있습니다.
다양한 지식 영역의 통합을 통해 상당한 결과를 얻을 수 있습니다. 로보틱스는 다양한 지식 영역의 통합 사례입니다. 이 분야를 통해 기계, 전기, 전자, 컴퓨터 및 통신 시스템이 통합되었습니다.
교육용 로봇의 주요 작업 영역은 다음과 같습니다.
초등 및 중등 교육 지원;
전문 교육 성인;
장애인에게 적용되는 로봇 공학;
실험실 도구로 로봇;
인지 과정과 표현의 발전을 촉진시키는 교육 로봇 공학;
교육용 로봇 및 그 응용에 대한 분석 및 고찰.
유래
교육용 로봇 공학은 로봇을 사용하는 사람들의 운동 능력과인지 능력을 훨씬 더 실용적이고 교훈적으로 개발하는 유일한 목적을 가진 로봇의 제작에 주로 중점을 둡니다. 이 방법은 경성 과학에 대한 관심을 자극하고 건강한 활동을 유도하기위한 것입니다. 또한 자녀가 그룹 조직을 구성하게하고, 사회 기술을 개발할 수있는 토론을하고, 각자의 차례를 공개하고 팀으로서 일하는 방법을 배웁니다.
교육용 로봇 공학은 매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology)의 미디어 연구소 (Media Laboratory)의 연구원 그룹이 어린이들이 특정 행동을 수행하도록 상호 작용하고 프로그램 할 수있게 해주는 기술 장치의 건설을 제안한 60 년대 경에 기원을두고 있습니다. 연구 그룹이 컴퓨터에서 실행할 수있는 프로그래밍 요소와 레고 건물 조각의 통합으로 구성된 LEGO / Logo로 알려진 것을 개발하기 위해 LEGO 회사와 계약을 맺은 것은 여기에 있습니다. 나중에 80 년대에 레고 (LEGO) 회사는 교육 목적으로 전 세계에 이러한 장비 나 장난감을 보급했습니다.
단계
그는 로봇이 실제 생활에서 케이블과 장비를 사용하여 만들어 졌다고 생각하지만 교육용 로봇 공학에서는 처음에는 컴퓨터를 통해 로봇을 만들려고하기 때문에 그렇지 않습니다. xLogo (무료 버전 사용)와 같은 특별 프로그램의 도움으로이 작업이 가능합니다.이 프로그램에서는이 로봇이 실제로 작동하는지 여부를 확인하기 위해 작은 연구가 진행됩니다. 여기에 컴퓨터에 설치하면이 로봇이 수행 할 기능이 설정됩니다.이 기능은 작은 작업 (예 : 물건 가져 오기 또는 물건 정리)과 관련이 있으며이 로봇의 모습을 화면에서 볼 수 있습니다 . 그 후, 제거하고 배열하고, 우리는 물질을 사용하여 실제로 그것을 수행합니다.
이 시점에서 Lego, Múltiplo 또는 Robo-Ed와 같은 건설 시스템 부품에서 가정에서 사용하지 않는 폐기물 (예 : 마분지 상자 및 사용하지 않는 회로)에 이르기까지 다양한 재료가 사용됩니다. 금속이나 다른 파생물과 같은 더 많은 종류의 재료도 사용됩니다.
교육용 로봇 :
문제를 분석하여 환경을 조사하고 해결할 문제를 제안합니다.
설계, 문제에 대한 가능한 해결책은 로봇 키트를 사용하여 설계됩니다.
건설, 모델은 그것이 움직이기 위해 필요한 부품과 재료로 만들어집니다. 이를 위해 로봇 키트가 사용됩니다.
프로그래밍 : 프로토 타입의 움직임과 동작이 소프트웨어를 통해 프로그래밍됩니다.
테스트에서 모델은 로봇 키트를 사용하여 이동에 필요한 부품을 사용하여 제작됩니다.
설계의 기능을 증명하는 증거를 수집하는 문서.
프레젠테이션 : 환경에서 분명히 드러난 문제의 대안으로 만들어진 프로토 타입이 공개됩니다.
단계 개발을 시작하기 전에 학생들에게 어려운 상황이 제기되어야한다는 점을 고려해야합니다. 역량과 역량의 개발에 따라 교실을 팀으로 조직해야 함. 그리고 각 그룹이 자료의 목록을 만들 수있는 시트가 제공되어야한다.
목표
로봇 교육의 일부 목표는 다음과 같습니다.
학생들의 질서를 정돈하십시오.
실수가 학습과 자기 발견의 일부인 실험을 촉진하십시오.
너의 일에 더 책임 져라.
손에 더 큰 이동성을 개발하십시오.
지식을 계발하십시오.
그룹의 기술을 개발하여 사람들의 사회화를 가능하게하십시오.
당신의 창조적 능력을 계발하십시오.
모든 세부 사항을 관찰 할 수 있습니다.
프로그래밍 언어의 작동을 알고 있어야합니다.
재미있는 방식으로 학습을 개발하십시오.
자동화가 매우 중요한 역할을하는 현재 생산 공정에서 학생들을 적응시킵니다.
특히 유아 교육의 목표는 다음과 같습니다 :
미래를위한 중요한 기술과 능력을 개발하십시오.
게임을 통해 제기 된 문제점을 해결하십시오.
창의력과 혁신을 촉진하십시오.
공간에서 객체 간의 관계를 설정합니다.
점진적으로 시공간 관계를 구축하십시오.
장애 학생과 함께하는 교육용 로봇 공학의 목표는 다음과 같습니다.
교육 및 / 또는 치료를 받아야합니다.
유료 활동을 얻는 데 도움이됩니다.
일상 생활의 실현에 보조적으로 참여하십시오.
교육용 로봇에 사용되는 재료
교육 및 레저 로봇 환경에서는 제어 인터페이스 또는 더 많은 구어체 컨트롤러 (18)라는 장치가 자주 사용됩니다.이 컨트롤러의 임무는 PC 개인용 컴퓨터가 자동 제어의 두뇌 역할을하기 위해 필요한 모든 변환 및 컨디셔닝 시스템을 단일 요소로 모으는 것입니다 시스템 또는 로봇. 따라서, 제어 인터페이스는 다기능 I / O 보드 (입력 / 출력)로 정의 될 수 있으며, 이들은 컴퓨터의 통신 포트 중 하나를 통해 컴퓨터에 연결되고 제어 시스템의 센서와 액추에이터 사이의 인터페이스 역할을합니다 .
인터페이스는 일반적으로 다음 기능 중 하나 이상을 제공합니다.
아날로그 입력은 컴퓨터에서 처리 할 수있는 디지털 정보로 아날로그 또는 아날로그 전압을 변환합니다. LDR (light-dependent resistance)과 같은이 유형의 입력에 다른 아날로그 센서를 연결할 수 있습니다.
컴퓨터가 “실제”이벤트를 제어 할 수 있도록 디지털 정보를 아날로그 전류 또는 전압으로 변환하는 아날로그 출력. 주요 임무는 밸브, 모터, 서보기구 등 다양한 제어 장비를 작동시키는 것입니다.
제어 시스템이 디지털 양 (예 : 접촉 센서)의 상태를 구별하고 특정 프로세스의 요소 (예 : 활성화 / 비활성화)에 대해 조치를 취해야하는지 여부를 결정하는 데 필요한 디지털 입력 및 출력. 솔레노이드 밸브의 비활성화.
카운팅 및 타이밍, 일부 카드에는 이벤트 계산, 펄스의 주파수 및 진폭 측정, 구형파의 신호 및 펄스 생성, 정확한 순간의 신호 캡처에 유용한 이러한 유형의 회로가 포함됩니다.
가장 진보 된 제어 인터페이스의 일부는 또한 자체 마이크로 프로세서와 메모리를 사용하여 신호 컨디셔닝 및 변환을위한 정밀 전자 장치를 갖추고 있습니다. 따라서 컴퓨터에서 전송 된 작은 제어 프로그램을 저장할 수 있기 때문에 더 이상 연결되어 있지 않아도 실행할 수 있습니다.
LOGO, JAVA, BASIC, C 등 다양한 범용 언어를 사용할 수 있도록 프로그래밍 라이브러리 I / S가 있습니다. 교육용 로봇 공학에서 일반적으로 사용되는 또 다른 프로그래밍 언어는 Scratch입니다.이 소프트웨어는 단순한 개발을 목표로하는 무료 소프트웨어 프로젝트입니다. 학생들이 각자의 커리큘럼 일정을 통해 개발할 때 필요한 다른 유형의 기술과 능력을 습득 할 수있는 링크 역할을합니다. 스크래치 (scratch)는 애니메이션을 간단한 방식으로 생성 할 수 있고 프로그래밍의 가장 진보 된 세계를 향한 발판이 될 수있는 비주얼 프로그래밍 언어입니다.
Acer CloudProfessor, Neulog Sense, Flexbot의 팬더 페인터 키트, Makeblock, LEGO WeDo, bq Zum Kit, littleBits, LEGO Mindstorms EV3, Beebot, OzobotBit 또는 Aisoy1과 같은 교육용 로봇 키트도 있습니다.
주요 재료는 사용자의 나이에 따라 작동했습니다.
교육용 로봇이 향하는 사용자의 나이에 따라 다양한 종류의 자료가 있습니다. 나이에 따르면 :
학교 단계 : 교육 단계에서 교육용 로봇은 일반적으로 로봇을 제조 할 수있는 모든 필요한 부품을 갖춘 로봇 제조 키트를 통해 작동합니다. 모듈 식 구성 요소와 모터, 센서 등과 같은 기타 키트의 전자 및 운동 구성 요소가 있습니다. 프로그래밍은 블록이있는 닫힌 프로그램에서 수행됩니다. 이 단계에서 가장 관련성이 높은 브랜드 중 일부는 LEGO, Fisher Technik 또는 BQ입니다.
성인 단계 :이 단계에서 교육용 로봇은 무료 하드웨어 플레이트 (Arduino 및 Raspberry) 및 기타 일반 구성 요소 (전자 및 운동 모두)를 사용하여 프로토 타입을 작성하는 작업을 기반으로합니다. 제품은 Arduino 및 Raspberry와 같은 앞서 언급 한 무료 하드웨어 번호판을 제외하고 일반적으로 특정 브랜드가 아닙니다.