Gör en transportör

Förberedelser
- Läs igenom det här lärarmaterialet.
- Om du tror att det behövs planerar du en lektion med hjälp av kom igång-materialet i EV3 Lab Software eller EV3-programmeringsappen. På så vis får eleverna bekanta sig med LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Engagera (30 minuter)
- Använd idéerna i avsnittet Starta en diskussion nedan för att få eleverna att diskutera projektet.
- Förklara projektet.
- Dela in klassen i par.
- Ge eleverna tid för att komma på idéer.

Utforska (30 minuter)
- Låt eleverna skapa flera prototyper.
- Uppmuntra dem att utforska både byggande och programmering.
- Låt varje par bygga och testa två lösningar.

Förklara (60 minuter)
- Be eleverna att testa sina lösningar och välja ut den bästa av dem.
- Se till att de kan skapa sina egna testtabeller.
- Ge paren tid att avsluta sina projekt och samla in material för att dokumentera sitt arbete.

Utveckla (60 minuter)
- Ge eleverna tid att skapa slutrapporter.
- Skapa en möjlighet att dela där varje grupp får presentera sina resultat.

Utvärdera
- Ge återkoppling kring varje elevs prestation.
- Du kan använda utvärderingsmatrisen som ingår för att förenkla processen.

Transportörer på fabriker förflyttar allt från råmaterial till färdiga och förpackade produkter mellan olika platser. Ett transportband är den mest kända transportören på en fabrik men en mängd olika transportsystem har utvecklats för att flytta alla möjliga slags föremål på ett effektivt sätt.

Uppmuntra eleverna att aktivt komma på idéer.

Be eleverna att fundera kring följande frågor:

• Vad är en transportör och var används de?
• Vilken typ av motoriserad mekanism kan användas för att flytta en kula?
• Hur kan robotsystemet flytta kulan och samtidigt behålla kontrollen över den?
• Vilken funktion har sensorn? På vilket sätt kan du mäta hur bra robotsystemet fungerar?

Uppmuntra eleverna att dokumentera sina första idéer och förklara varför de valde den lösning de kommer att använda till sin första prototyp. Be dem att beskriva hur de kommer att utvärdera sina idéer under projektet. Det ger dem specifik information att använda när de i gransknings- och revideringsskedet utvärderar sin lösning och fastställer om den fungerar eller inte.

Fördjupning i språkfärdighet

För att integrera utveckling i språkfärdigheter kan du låta eleverna:

Alternativ 1

• Använda text, skisser och/eller foton för att sammanfatta designprocessen och skapa en slutrapport.
• Skapa en film som skildrar designprocessen – från de allra första idéerna till det färdiga projektet.
• Skapa en presentation om sina program.
• Skapa en presentation som kopplar deras projekt till verkliga applikationer av liknande system och beskriva nya innovationer som skulle kunna göras utifrån deras modell.

Alternativ 2
I den här lektionen skapade eleverna ett system som flyttade en boll längs en bana. Varianter av sådana system används inom modern tillverkning.

• Fundera på om internetsäkerhet eller intern datasäkerhet bör vara något som man tar hänsyn till inom modern tillverkning, och skriv en uppsats om modern tillverkning och användning av molndata
• Beskriv användning av transportbandssystem i paketeringslager för onlinebutiker
• Diskutera fördelar och nackdelar med att lagra konsumenternas inköpsdata i molnet

Fördjupning i matematik

I den här lektionen skapade eleverna ett system som flyttade en boll längs en bana. Varianter av sådana system används inom modern tillverkning. I många moderna tillverkningsprocesser används automatisering för tillverkning och kvalitetskontroll. Maskininlärning är en typ av artificiell intelligens som kan användas för att analysera prestandadata och generera nya procedurer i syfte att förbättra arbetet och effektiviteten. Maskininlärning innebär att tillverkningsingenjörerna samlar in stora mängder data som beskriver systemets prestanda och effektivitet. Datamängderna analyseras sedan i inlärningsalgoritmer, för att få fram beslut som förbättrar systemets prestanda och effektivitet.

För att integrera utveckling inom matematik och utforska fler tillverkningsrelaterade områden, exempelvis kvalitetskontroll och maskininlärning, kan du låta eleverna:

• Lägga till maskinvara och programvara i sina konstruktioner, för att mäta prestanda och komma på sätt att representera maskinens prestanda med hjälp av kvantitativa mått

• Utveckla kvantitativa representationer av vad som kan sägas vara ”tillräckligt bra”, med utgångspunkt i att både maskiner och människor måste bedöma vad som är ”tillräckligt bra” när kvalitetskontroll och prestandaanalys utförs

• Lista så många variabler som möjligt som förekommer i systemen och kan påverka dess prestanda och effektivitet, med utgångspunkt i att maskininlärning är ett verktyg som används för att undersöka stora datamängder och urskilja komplexa förhållanden mellan maskindata (dvs. de steg som utförs) och prestanda

Byggidéer
Ge eleverna möjlighet att bygga några exempel från länkarna nedan. Uppmuntra dem att utforska hur dessa system fungerar och att använda dem som inspiration för att komma på idéer till en lösning på konstruktionsbeskrivningen.

• Kulhållare 1
• Uppfångare
• Färgsensor 2
• Griparm
• Ramp
• Robotarm
• Larvband
• Vridplatta

Testningstips
Uppmuntra eleverna att designa en egen testmetod för att välja den bästa lösningen. Följande tips kan hjälpa eleverna att utforma sina tester:

• Skapa testtabeller för att dokumentera iakttagelser.
• Utvärdera robotsystemets precision genom att jämföra förväntade resultat med faktiska resultat.
• Upprepa testet minst tre gånger.

Exempellösning
Här är ett exempel på en lösning som uppfyller kriterierna i konstruktionsbeskrivningen:

EV3 MicroPython exempelprogram

#!/usr/bin/env pybricks-micropython

from pybricks import ev3brick as brick
from pybricks.ev3devices import Motor, TouchSensor, ColorSensor
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, SoundFile
from pybricks.tools import wait
from random import randint

# Configure the belt motor, which drives the conveyor belt.  Set the
# motor direction to counterclockwise, so that positive speed values
# make the conveyor move upward.
belt_motor = Motor(Port.A, Direction.COUNTERCLOCKWISE)

# Configure the "catch" motor with default settings.  This motor moves
# the ball to either cup.
catch_motor = Motor(Port.D)

# Set up the Color Sensor.  It is used in Reflected Light Intensity
# Mode to detect when the ball is placed at the bottom of the conveyor
# belt.
color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

# Set up the Touch Sensor.  It is used to detect when the ball reaches
# the catch at the end of the ramp.
touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

# Initialize the conveyor belt.  This is done by slowly running the
# motor backward until it stalls.  This means that it cannot move any
# further.  Then it resets the angle to "0."  This means that when it
# rotates backward to "0" later on, it returns to this starting
# position.
belt_motor.run_until_stalled(-300, Stop.BRAKE, 30)
belt_motor.reset_angle(0)

# This is the main part of the program.  It is a loop that repeats
# endlessly.
#
# First, it waits until the ball is placed on the conveyor belt.
# Second, the ball is moved upward until it reaches the ramp where it
# rolls down to the catch.
# Finally, the ball is moved to the left or the right cup, or an error
# sound is made, chosen at random.
#
# Then the process starts over.  The ball can be placed at the
# beginning of the conveyor belt again.
while True:

    # Wait until the ball is placed in front of the Color Sensor.
    while color_sensor.reflection() < 5:
        wait(10)
    wait(500)
    
    # Move the ball up on the conveyor belt.
    belt_motor.run_target(250, 450, Stop.COAST, False)

    # Wait until the ball hits the Touch Sensor at the catch at the end
    # of the ramp.
    while not touch_sensor.pressed():
        wait(10)
    
    # Generate a random integer between "-1" and "1" to determine what
    # to do with the ball.
    catch_command = randint(-1, 1)

    # If it generates a "1," change the light to green and move the
    # ball to the right cup.
    if catch_command == 1:
        brick.light(Color.GREEN)
        catch_motor.run_target(400, -20)
        wait(1000)
        catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)
    # If it generates a "0," change the light to orange and move the
    # ball to the left cup.
    elif catch_command == 0:
        brick.light(Color.ORANGE)
        catch_motor.run_target(400, 20)
        wait(1000)
        catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)
    # Otherwise, change the light to red and play an error sound.
    else:
        brick.light(Color.RED)
        brick.sound.file(SoundFile.RATCHET)
        wait(1000)
    
    # Return the conveyor belt to its starting position.
    belt_motor.run_target(250, 0)

Elever som uppskattar den här lektionen kan vara intresserade av att utforska följande yrkesval:

• Tillverkning och konstruktion (maskintekniker)
• Naturvetenskap, teknik, ingenjörskonst och matematik (konstruktör, tekniker, ingenjör)

Checklista för lärarobservationer
Skapa en skala som passar dina behov, t.ex.:

1. Delvis genomfört
2. Helt genomfört
3. Genomfört över förväntan

Använd följande kriterier för att utvärdera elevernas prestationer:

• Eleverna kan utvärdera konkurrerande designlösningar utifrån prioriterade kriterier och med avseende på kompromisser.
• Eleverna kan självständigt utveckla en fungerande och kreativ lösning.
• Eleverna kan på ett tydligt sätt kommunicera sina idéer.

Självutvärdering
Ge eleverna tid att reflektera kring sina lösningar när de har samlat in data från sina resultat. Hjälp dem genom att ställa frågor som:

• Uppfyller lösningen kriterierna i konstruktionsbeskrivningen?
• Kan robotsystemets rörelse(r) göras mer exakt?
• Hur har andra löst uppgiften?

Be eleverna att komma på idéer och dokumentera två sätt att förbättra sina lösningar.

Gemensam återkoppling
Uppmuntra eleverna att granska varandras arbeten och låt varje grupp ansvara för att utvärdera sitt eget och andras projekt. Det utvecklar deras förmåga att ge konstruktiv feedback, att analysera och att använda objektiva data som stöd för sina argument.