Тема 2 · Урок 2.2

Повороты и развороты

Робот поворачивает на месте на 90° и разворачивается на 180°. Время поворота подбираешь сам.

2 × 45 мин1–2 ученика на роботаПрактика

Результат урока

Робот поворачивает на 90° налево и направо и разворачивается на 180°. Время поворотов подобрано и записано в бортовой журнал, повороты оформлены функциями.

Ты научишься

Объяснить, почему робот крутится на месте, когда колёса вращаются в разные стороны.
Подобрать время поворота опытом и проверить его повторением.
Написать функции turnLeft(), turnRight() и turnAround().
Предсказать, куда приедет робот по последовательности движений.

Нужно знать

2.1 Моторы: едем и останавливаемся

Понадобится

Мотор-редуктор × 2Шилд моторов L298P (Амперка)Батарейный отсек моторов с выключателем

Скачать PDF:Начальный Средний Продвинутый

Зачем этот урок

Робот умеет ездить вперёд и назад. Но на поле итоговой задачи нужно сворачивать к грузам и разворачиваться. Сегодня робот научится поворачивать на месте, а ты — подбирать числа опытом, как настоящий инженер.

Разминка · вспомни

Какая команда задаёт направление вращения колеса?
Что будет, если включить моторы и не написать stopMotors()?
Чем описание функции отличается от её вызова?

Занятие 1 · 45 мин

Поворот на месте

Колёса в разные стороны

10 мин

Что должен делать робот. Курьеру нужно менять направление: повернуть к ответвлению и развернуться для обратной поездки. Поворот получим теми же двумя моторами, без отдельного рулевого механизма.

Что используем и как это работает. Когда колёса проходят разные расстояния, корпус поворачивается. Если одно колесо вращается вперёд, а другое назад, робот разворачивается примерно вокруг середины между колёсами. Функция поворота объединяет направления колёс, время вращения и остановку.

Как связать измерение с действием. В этом уроке угол задаём временем работы моторов. Это приближение: заряд батареи, покрытие и проскальзывание меняют результат. Измерим получившийся угол, подберём время и повторим опыт. Имя turnLeft само по себе не гарантирует 90 градусов — это должна подтвердить проверка.

Предскажи

Левое колесо крутится назад, правое — вперёд с той же скоростью. Что сделает робот? Покажи руками.

Набери скетч L22_Turn_Test и загрузи его при выключенном питании моторов.

Проба поворотаL22_Turn_Test.ino.ino

const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = (FORWARD == HIGH) ? LOW : HIGH; int turnSpeed = 100;int turnMs = 400; // подбираем: время поворота на 90° void drive(int leftDir, int leftSpeed, int rightDir, int rightSpeed) {  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, leftDir);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, rightDir);  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, leftSpeed);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, rightSpeed);} void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, 0);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, 0);} void setupMotors() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);  stopMotors();} void setup() {  setupMotors();  delay(2000);   // Левое колесо назад, правое вперёд: робот крутится на месте налево.  drive(BACKWARD, turnSpeed, FORWARD, turnSpeed);  delay(turnMs);  stopMotors();} void loop() {}

Поставь робота на пол, на лист бумаги. Прочерти карандашом линию вдоль его носа.
Включи питание моторов и нажми Reset.

Должно получиться

Робот крутится на месте налево и останавливается. Нос повернулся, но, скорее всего, не ровно на 90°.

Как это устроено: Почему робот крутится на месте

Колёса толкают робота в разные стороны с одинаковой силой. Вперёд и назад он не едет — он вращается вокруг точки посередине между колёсами. Чем дольше включены моторы, тем больше угол поворота.

Предскажи

Робот должен повернуть налево на месте. Какое колесо должно крутиться вперёд, а какое назад? Запиши до запуска.

Создай скетч L22_Turn_Test по шаблону. Функции drive и stopMotors из урока 2.1 уже есть. Напиши поворот в setup() по своему прогнозу.

Шаблон: проба поворотаL22_Turn_Test_Gaps.ino.ino

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях. const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = (FORWARD == HIGH) ? LOW : HIGH;int turnSpeed = 100;int turnMs = 400; // подбираем: время поворота на 90° // ===== Твоя часть: напиши сам ===== void setup() {  setupMotors();  delay(2000);   // Робот крутится на месте налево turnMs миллисекунд и останавливается.} // ===== Готовое из урока 2.1 — не меняй ===== void drive(int leftDir, int leftSpeed, int rightDir, int rightSpeed) {  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, leftDir);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, rightDir);  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, leftSpeed);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, rightSpeed);} void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, 0);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, 0);} void setupMotors() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);  stopMotors();} void loop() {}

Поставь робота на пол, на лист бумаги. Прочерти карандашом линию вдоль его носа. Включи питание моторов и нажми Reset.
Измени программу так, чтобы робот повернул направо. Проверь.

Подсказка: Робот едет, а не крутится

Если оба колеса крутятся в одну сторону, робот едет. Для поворота на месте нужны разные направления.

Должно получиться

Робот крутится на месте налево, а после твоего изменения — направо. Прогноз проверен.

Требование. В своей программе L21_Moves из урока 2.1 сделай пробу поворота: колёса крутятся в разные стороны с одной скоростью turnSpeed в течение turnMs, потом робот останавливается. Сохрани как L22_Turn_Test.

Исследование: вокруг чего крутится робот.

Положи робота на лист бумаги и обведи карандашом оба колеса.
Запусти поворот и обведи колёса снова. Найди точку, вокруг которой повернулся робот.
Совпадает ли она с серединой между колёсами? Если нет — насколько сантиметров и почему?

Подсказка: Как найти точку поворота

Соедини старое и новое положение каждого колеса. Точка поворота лежит там, где эти положения одинаково далеко.

Должно получиться

Проба поворота работает. В журнале — рисунок, точка поворота и объяснение, почему она там.

Подбери время поворота на 90°

20 мин

На поворот 90° нужно какое-то время в миллисекундах. Узнать его можно только опытом.

Начерти на листе две линии под прямым углом (угольник или край тетради).
Поставь робота носом вдоль первой линии. Запусти программу.
Если робот не довернул — увеличь turnMs, если перевернул — уменьши. Меняй понемногу: на 20–50 мс.
Когда поворот получился, повтори его три раза. Запиши время в журнал.

Попытка	`turnMs`	Что получилось
1	400
2
3

Должно получиться

Робот три раза подряд поворачивает примерно на 90°. Время записано в журнале.

Подсказка: Каждый раз поворачивает по-разному

Проверь, что батарея заряжена: от разряженной моторы крутятся медленнее. Пол должен быть ровным и не скользким. Небольшая разница между попытками — нормально.

На поворот 90° нужно какое-то время в миллисекундах. Узнать его можно только опытом. Как подбирать — реши сам, но меняй только turnMs и записывай каждую попытку.

Начерти на листе две линии под прямым углом. Поставь робота носом вдоль первой.
Подбирай turnMs, пока робот не повернёт на 90°. В журнале — не меньше четырёх попыток и объяснение, почему ты выбрал следующее число.
Когда поворот получился, повтори его три раза.

Попытка	`turnMs`	Что получилось	Что поменять дальше и почему
1
2
3
4

Подсказка: С какого числа начать

Посмотри, сколько повернулся робот в пробе с turnMs = 400. Больше 90° или меньше?

Подсказка: Каждый раз поворачивает по-разному

Проверь, что батарея заряжена, а пол ровный и не скользкий. Небольшая разница между попытками — нормально.

Должно получиться

Робот три раза подряд поворачивает примерно на 90°. В журнале четыре попытки с объяснением и итоговое время.

Подбери время поворота методом и узнай, насколько ему можно доверять.

Найди одно время, при котором робот явно не доворачивает, и одно, при котором явно перекручивает. Пробуй середину между ними и сужай промежуток, пока ошибка не станет меньше 5°.
С найденным временем сделай пять поворотов подряд. Для каждого отметь на листе, куда смотрит нос, и измерь транспортиром ошибку в градусах.
Повтори пункт 2 при другой turnSpeed (например, 160). При какой скорости повороты точнее и одинаковее?
Повернёт ли робот направо за то же время? Проверь и запиши.

`turnSpeed`	`turnMs`	Ошибки 5 поворотов, °	Самая большая ошибка, °
100
160

Подсказка: Как измерить ошибку без транспортира

Сравни отметку носа с линией 90° на расстоянии 10 см от центра поворота: 1 см в сторону — это примерно 6°.

Должно получиться

В журнале — способ поиска, время для двух скоростей, ошибки пяти поворотов и вывод: какую turnSpeed брать и одинаково ли время налево и направо.

Разворот на 180°

15 мин

Предскажи

Если на 90° нужно, например, 400 мс, сколько нужно на 180°? Запиши свой прогноз.

Поставь в turnMs своё время, умноженное на 2. Проверь разворот.
Подправь число, если нужно. Запиши время разворота в журнал.

Должно получиться

Робот разворачивается и смотрит в обратную сторону. Время разворота записано.

Как это устроено: Почему ровно в два раза не всегда получается

В начале поворота моторам нужно время, чтобы разогнаться, а в конце робот немного проскальзывает по инерции. Поэтому время на 180° может быть чуть меньше двух поворотов на 90°. Опыт важнее расчёта.

Предскажи

Сколько миллисекунд нужно на разворот на 180°, если ты знаешь своё время на 90°? Запиши прогноз.

Проверь прогноз на полу и подправь число, если нужно. Запиши время разворота.
Ответь в журнале: получилось ровно вдвое больше, чем на 90°? Если нет, как ты это объяснишь?

Подсказка: Почему не ровно вдвое

Подумай, что происходит в начале поворота, когда колёса только трогаются, и в конце, когда моторы уже выключены.

Должно получиться

Робот разворачивается и смотрит в обратную сторону. Время разворота и объяснение записаны.

Предскажи время разворота по своему времени на 90° и проверь на полу. Подбери точное время тем же методом, что и для 90°.
Сравни: во сколько раз время на 180° больше времени на 90°? Объясни в журнале, откуда берётся разница. Назови две причины.
Выведи правило: сколько миллисекунд нужно на один градус при развороте и при повороте на 90°? Какое из чисел точнее подойдёт для поворота на 45°? Проверь.

Должно получиться

Время разворота подобрано. В журнале — сравнение с удвоенным поворотом на 90°, две причины разницы и проверка правила на 45°.

Занятие 2 · 45 мин

Функции поворотов

12 мин

Создай скетч L22_Turns. Впиши свои времена из журнала в turn90Ms и turn180Ms.

Функции поворотовL22_Turns.ino.ino

const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = (FORWARD == HIGH) ? LOW : HIGH; int speed = 100;int turnSpeed = 100;int turn90Ms = 400;  // впиши своё время из журналаint turn180Ms = 800; // впиши своё время из журнала void drive(int leftDir, int leftSpeed, int rightDir, int rightSpeed) {  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, leftDir);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, rightDir);  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, leftSpeed);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, rightSpeed);} void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, 0);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, 0);} void setupMotors() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);  stopMotors();} void forward(int ms) {  drive(FORWARD, speed, FORWARD, speed);  delay(ms);  stopMotors();} void turnLeft() {  drive(BACKWARD, turnSpeed, FORWARD, turnSpeed);  delay(turn90Ms);  stopMotors();} void turnRight() {  drive(FORWARD, turnSpeed, BACKWARD, turnSpeed);  delay(turn90Ms);  stopMotors();} void turnAround() {  drive(BACKWARD, turnSpeed, FORWARD, turnSpeed);  delay(turn180Ms);  stopMotors();} void setup() {  setupMotors();  delay(2000);   for (int i = 0; i < 4; i++) {    forward(1000);    delay(300);    turnLeft();    delay(300);  }} void loop() {}

Найди разницу между turnLeft() и turnRight(). Что поменялось местами?

Должно получиться

Программа проверяется без ошибок. Ты можешь объяснить, чем отличаются функции поворота.

Создай скетч L22_Turns по шаблону. Впиши свои времена из журнала в turn90Ms и turn180Ms.
Напиши turnLeft, turnRight, turnAround и квадрат в setup() сам. Функция forward из урока 2.1 уже есть — пользуйся ей как образцом.

Шаблон: функции поворотовL22_Turns_Gaps.ino.ino

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях. const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = (FORWARD == HIGH) ? LOW : HIGH;int speed = 100;int turnSpeed = 100;int turn90Ms = 400;  // впиши своё время из журналаint turn180Ms = 800; // впиши своё время из журнала // ===== Твоя часть: напиши сам ===== void turnLeft() {  // Поворот на месте налево на 90° по времени turn90Ms; в конце колёса стоят.} void turnRight() {  // Поворот на месте направо на 90° по времени turn90Ms; в конце колёса стоят.} void turnAround() {  // Разворот на месте на 180° по времени turn180Ms; в конце колёса стоят.} void setup() {  setupMotors();  delay(2000);   // Квадрат: четыре раза — вперёд 1 секунду, пауза, поворот налево, пауза.} // ===== Готовое из урока 2.1 — не меняй ===== void drive(int leftDir, int leftSpeed, int rightDir, int rightSpeed) {  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, leftDir);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, rightDir);  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, leftSpeed);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, rightSpeed);} void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, 0);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, 0);} void setupMotors() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);  stopMotors();} void forward(int ms) {  drive(FORWARD, speed, FORWARD, speed);  delay(ms);  stopMotors();} void loop() {}

Нажми Проверить.

Подсказка: Чем отличаются повороты

Сравни свою пробу поворота: какие колёса и в какую сторону крутятся налево, а какие — направо? А при развороте?

Подсказка: Четыре раза

Повторить одно и то же четыре раза помогает цикл for из урока 1.1.

Должно получиться

Программа проверяется без ошибок. Ты можешь объяснить, чем отличаются функции поворота.

Требование. Продолжи свою программу L21_Moves из урока 2.1 и сохрани как L22_Turns:

turnLeft(), turnRight(), turnAround() — повороты на 90° и разворот по твоим временам, каждый заканчивается остановкой;
времена — именованные переменные в начале скетча; если в шаге подбора время налево и направо получилось разным, у каждого поворота своя переменная;
направление и скорость колёс задаёт только drive;
в setup() — квадрат для следующего шага: четыре раза «вперёд 1 секунду, налево».

Подсказка: Идея (1 из 2)

Поворот — это drive с колёсами в разные стороны, ожидание и остановка.

Подсказка: Фрагмент кода (2 из 2)

drive(BACKWARD, turnSpeed, FORWARD, turnSpeed); — так робот крутится налево. Что поменять для поворота направо?

Должно получиться

Программа выполняет требование и проверяется без ошибок.

Квадрат

18 мин

Предскажи

Программа повторяет 4 раза: «вперёд 1 секунду, налево». Где окажется робот в конце и куда будет смотреть? Нарисуй путь в журнале.

Отметь старт скотчем. Запусти программу на полу.
Сравни, где робот остановился, с прогнозом.
Насколько робот не доехал до старта? Запиши.

Должно получиться

Робот проезжает квадрат и возвращается близко к старту, носом в ту же сторону.

Найди ошибку · Квадрат превратился в линию

У соседей робот едет вперёд, крутится, но квадрат не получается: он ездит туда-обратно. В их turnLeft() стоит delay(turn180Ms). Что не так?

Предскажи

Программа повторяет 4 раза: «вперёд 1 секунду, налево». Нарисуй путь в журнале. Где окажется робот в конце и куда будет смотреть?

Отметь старт скотчем. Запусти программу на полу три раза.
Каждый раз измерь, на сколько сантиметров робот не доехал до старта, и на сколько градусов примерно повёрнут его нос.
Объясни в журнале, почему ошибка в конце больше, чем ошибка одного поворота.

Должно получиться

Три заезда с замерами и объяснение накопления ошибки.

Найди ошибку · Квадрат превратился в линию

Запусти квадрат три раза. Каждый раз измерь, насколько робот промахнулся мимо старта (в сантиметрах) и насколько повёрнут нос (в градусах).
Оцени ошибку одного поворота: раздели ошибку направления в конце на четыре. Совпадает ли она с ошибкой, которую ты мерил при подборе времени?
Что сильнее портит квадрат: ошибка поворотов или увод на прямой? Как это проверить отдельным опытом? Проведи его и запиши вывод.

Найди ошибку · Квадрат превратился в линию

Должно получиться

Замеры трёх квадратов, оценка ошибки одного поворота и опыт, который показал главную причину промаха.

Задания по уровням

15 мин

Основное · Поворот и разворот

Робот поворачивает налево и направо на 90° и разворачивается на 180° по твоим временам.

Средний уровень · Разворот обратно на линию

Наклей на пол полоску изоленты. Поставь робота на неё, сделай разворот на 180°. Робот должен снова стоять вдоль полоски, а нос — уходить от неё не дальше её ширины. Так разворот будет работать в итоговой задаче.

Продвинутый уровень · Поворот на любой угол

Напиши функцию turn(int degrees): положительный угол — налево, отрицательный — направо. Время считай как degrees × msPerDegree, где msPerDegree = turn90Ms / 90. Проверь на 45°, 90° и 180°. Где точность хуже всего и почему?

Проверь себя

Я могу объяснить, почему робот крутится на месте.Мои времена поворотов записаны в журнале.Я могу предсказать путь робота по программе из движений.

Проверь себя

Выберите ответы для подготовки. Они не сохраняются и не оцениваются на сайте. Пройдите проверку знаний в программе курса или обсудите ответы с преподавателем.

Итог

Робот поворачивает по времени, которое ты подобрал опытом. Это простой способ, но он зависит от батареи и пола. В уроке 4.2 робот научится поворачивать точнее — по датчикам: крутиться, пока не найдёт новую линию.

Как подтвердить результат

Для каждого опыта сохраняй условия, версию программы, наблюдение и вывод. Сравнивая попытки, меняй одну причину за раз; неудачные попытки тоже остаются в журнале. Отметка результата относится к уже выполненным действиям, повторять их ради отметки не нужно. Если результат не получен, запиши расхождение и следующую проверяемую гипотезу. Модель, измерения настоящего робота и объяснение — разные виды доказательств.

Словарь урока

поворот на месте	Колёса крутятся в разные стороны, и робот вращается вокруг середины между колёсами.
калибровка	Подбор числа по опыту: например, сколько миллисекунд нужно на поворот 90°.
погрешность	Насколько результат отличается от нужного: например, робот повернул на 85° вместо 90°.

Повороты и развороты

Результат урока

Ты научишься

Нужно знать

Понадобится

Зачем этот урок

Колёса в разные стороны

Подбери время поворота на 90°

Разворот на 180°

Функции поворотов

Квадрат

Задания по уровням

Проверь себя

● Основное

★ Средний уровень

★★ Продвинутый уровень

Итог

Как подтвердить результат

Словарь урока