Беспилотные летательные аппараты

Актуальность дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программы «Управление беспилотными летательными аппаратами» в том, что она реализует потребности обучающихся в техническом творчестве, развивает инженерное мышление, соответствует социальному заказу общества в подготовке технически грамотных специалистов.

Актуальность беспилотных технологий и робототехники очевидна – это новое слово в науке и технике, способное преобразить привычный мир уже в ближайшее десятилетие. В настоящее время наблюдается повышенный интерес к беспилотной авиации как инновационному направлению развития современной техники.

Благодаря увеличению возможностей и повышению доступности дронов, потенциал использования их в разных сферах экономики стремительно растёт. Это создало необходимость в новой профессии: оператор беспилотных авиационных систем (БАС). Именно поэтому важно правильно подготовить и сориентировать будущих специалистов, которым предстоит жить и работать в новую эпоху повсеместного применения беспилотных летательных аппаратов и робототехники.

Настоящая образовательная программа позволяет не только получить ребенку инженерные навыки моделирования, конструирования, программирования и эксплуатации БПЛА, но и подготовить обучающихся к планированию и организации работы над разноуровневыми техническими проектами, а также нацеливает на осознанный выборв дальнейшем вида деятельности в техническом творчестве или профессии: инженер-конструктор, инженер-технолог, проектировщик, программист БПЛА, оператор БПЛА.

Новизна настоящей образовательной программы заключается в том, что она интегрирует в себе достижения современных и инновационных направлений в малой беспилотной авиации. В основе программы – комплексный подход в подготовке обучающихся. Современный оператор беспилотных летательных аппаратов должен владеть профессиональной терминологией, разбираться в сборочных чертежах агрегатов и систем беспилотных летательных аппаратов, иметь навык по пилотированию, сборке и починке БПЛА.

Педагогическая целесообразность программы в том, что она направлена на развитие в ребенке интереса к проектной, конструкторской и предпринимательской деятельности, значительно расширяющей кругозор и образованность школьника.

Педагоги

Малков Александр Андреевич, педагог высшей квалификационной категории

Содержание программы

Теория мультироторных систем. Основы управления
Инструктаж по технике безопасности. Введение в беспилотную авиацию, в дроностроение. Знакомство с "Воздушным кодексом РФ"
Обзор видов БПЛА (планеры, мультикоптеры, вертолеты, конвертопланы, дирижабли, аэростаты и т.д.).
Особенности устройства мультироторных БПЛА. Разбор альтернативных компоновок мультироторных БПЛА
Основы электричества. Литий-полимерные аккумуляторы. Практическое занятия с литий – полимерными аккумуляторами (зарядка/разрядка/балансировка/хранение)
Полеты на симуляторе
Работа с квадрокоптером. Учебные полёты
Анализ телеметрии инерциальных сенсоров.
Сборка-наладка дрона. Подключение к смартфону/ПК. Инструктаж по технике безопасности полетов
Подключение к смартфону/ПК. Тестовые полеты.
Система управления с обратной связью, управление угловым положением
Обзор системы оценки углового положения
Состояние системы – просмотр телеметрии. Воздействие P и D части регулятора на полет аппарата.
Теория и тесты на интегральную часть регулятора, смещение центра тяжести.
Система стабилизации высоты аппарата
Датчик высоты и оценка высоты с использованием измерений акселерометра
Теория по фильтру низких частот, практика по настройке фильтрации
Тюнинг P компоненты регулятора, тесты системы удержания высоты, анализ телеметрии
Введение в программирование Arduino/Scratch
Обзор основных команд для программирования Nanopix
Установка и настройка, подключение и запуск тестовой программы
Программирование Nanopix
Разбор готовых примеров программ, их запуск и тестирование
Как не нужно писать программы для дрона, чтобы не терять контроль над аппаратом
Написание программы, изменяющей цвет светодиод в зависимости от высоты, наклона аппарата
Обучение учебным полетам:

"взлёт/посадка", используя готовые функции взлета/посадки.
Обучение учебным полетам:

"взлёт/посадка", без использования готовых функций взлета/посадки.
Написание программы, инвертирующей команды крена/тангажа с пульта
Обучение учебным полетам:

"удержание на заданной высоте"
Обучение учебным полетам:

перемещения "вперед-назад"
Обучение учебным полетам:

перемещения "влево-вправо"
Разбор аварийных ситуаций
Выполнение полётов: "точная посадка на удаленную точку"
Написание программы, управляющей чувствительностью по крену/тангажу в зависимости от установленного цвета светодиодов
Написание программы, управляющей чувствительностью на команды управления по крену/тангажу в зависимости от высоты аппарата
Написание программы, самостоятельно реализующей функцию head-free
Настройка ПИД-регуляторов. Основы автоматического регулирования. Разбор структуры ПИД-регулятора.
Настройка ПИД-регуляторов. Демонстрация изменений в динамике полета при изменении конкретных параметров регулятора (крен, тангаж, курс, высота)
Выполнение полётов: "коробочка"
.Выполнение полётов: "челнок"
Выполнение полётов: "восьмерка"
Выполнение полётов: "змейка"
Выполнение полётов: "облет по кругу"
3D моделирование и печать
Основы 3D моделирования.
Практика разработки простейших 3D моделей
Основы 3D печати: схема устройства FDM принтера и принцип работы.
Основы 3D печати: как моделировать детали для последующей печати.
Проработка требований для нового корпуса дрона Nanopix, измерений компонентов.
Моделирование корпуса для Nanopix
3D печать смоделированных корпусов
Проведение вибрационных тестов на оригинальных корпусах
Сборка и наладка Nanopix в смоделированном корпусе
Проведение вибрационных тестов на новых корпусах и сравнение результатов
Знакомство, настройка, установка FPV – оборудования
Основы видеотрансляции. Применяемое оборудование, его настройка
Установка и подключение радиоприёмника и видеооборудования
Пилотирование с использованием FPV – оборудования (с препятствиями и без них)
Итоговая аттестация
Прохождение квалификационного трека

Цели программы

Формирование начальных знаний и инженерных навыков в области проектирования, моделирования, конструирования, программирования и эксплуатации сверхлегких летательных дистанционно пилотируемых летательных аппаратов.

Результат программы

Личностными результатами обучения управлением БПЛА являются:

· формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся;

· формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и технологий;

· самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

· готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями;

· проявление технико-технологического и экономического мышления при организации своей деятельности;

· формирование коммуникативной компетентности в процессе проектной, учебно-исследовательской, игровой деятельности.

Метапредметными результатами обучения управлением БПЛА являются:

· овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности: умения видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы, давать определения понятиям, классифицировать, наблюдать, проводить эксперименты, делать выводы и заключения, структурировать материал, объяснять, доказывать, защищать свои идеи;

· умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

· овладение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;

· умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;

· развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли, способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение;

· формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию;

· комбинирование известных алгоритмов технического и технологического творчества в ситуациях, не предполагающих стандартного применения одного из них;

· поиск новых решений возникшей технической или организационной проблемы;

· самостоятельная организация и выполнение различных творческих работ по созданию технических изделий;

 

· формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий.

Предметными результатами обучения управлением БПЛА являются:

умение использовать термины области "Робототехника и БПЛА";
· умение дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом;

умение конструировать и собирать беспилотные летательные системы;
умение эксплуатировать беспилотные летательные системы;
умение визуального пилотирования беспилотного летательного аппарата;
умение программировать контролер БПЛА;
умение конструировать модели БПЛА с различными геометрическими конфигурациями;
умение составлять линейные алгоритмы управления исполнителями и записывать их на выбранном языке программирования;
умение использовать логические значения, операции и выражения с ними;
умение формально выполнять алгоритмы, описанные с использованием конструкций ветвления (условные операторы) и повторения (циклы), вспомогательных алгоритмов, простых и табличных величин;
умение создавать и выполнять программы для решения несложных алгоритмических задач в выбранной среде программирования;
умение использовать готовые прикладные компьютерные программы и сервисы в выбранной специализации, умение работать с описаниями программ и сервисами;
навыки выбора способа представления данных в зависимости от постановленной задачи;
рациональное использование учебной и дополнительной технической и технологической информации для проектирования и создания беспилотных летательных систем;
владение алгоритмами и методами решения организационных и технико-технологических задач;
владение методами чтения и способами графического представления технической, технологической и инструктивной информации;
применение общенаучных знаний по предметам естественнонаучного и математического цикла в процессе подготовки и осуществления технологических процессов для обоснования и аргументации рациональности деятельности;
владение формами учебно-исследовательской, проектной, игровой деятельности;
планирование технологического процесса в процессе создания беспилотных летательных систем;
проектирование последовательности операций и составление операционной карты работ;
выполнение технологических операций с соблюдением установленных норм, стандартов и ограничений;
обоснование критериев и показателей качества промежуточных и конечных результатов работы над проектом.

Особые условия проведения

Принимаются все желающие без специального отбора

Материально-техническая база

1. Компьютерный класс – для программирования БПЛА Nanopix, настройки БПЛА, отладки программ, проверка совместной работоспособности программного продукта и модулей БПЛА Nanopix.

2. Наборы конструкторов БПЛА Nanopix:

- образовательные конструкторы БПЛА Nanopix;

- FPV система;

- 3D принтер;

- программный продукт – по количеству компьютеров в классе;

- ящик для хранения конструкторов Nanopix и FPV системы.

3. Дидактическая оснащённость:

Раздаточный материал:

- тестовые задания;

- таблица требования к проекту;

Средства наглядности:

- иллюстрации, фотографии;

- записи кино- и видеофильмов.

Памятки:

- моделирование объектов ;

- как вести поиск информации.

4.Технические средства обучения:

- аудиовизуальное проекционное оборудование.