гурьянов а е моделирование управления квадрокоптером инженерный вестник мгту им н э баумана

Современные тенденции развития роботизированных комплексов в авиации получили реализацию в виде беспилотных авиационных систем (БАС).

Благодаря росту возможностей и повышению доступности дронов, потенциал использования их в разных сферах экономики стремительно растёт. Это создало необходимость в новой профессии: оператор БАС. Стратегическая задача курса состоит в подготовке специалистов по конструированию, программированию и эксплуатации БАС.

Настоящая образовательная программа позволяет не только обучить ребенка моделировать и конструировать БПЛА, но и подготовить обучающихся к планированию и организации работы над разноуровневыми техническими проектами и в дальнейшем осуществить осознанный выбор вида деятельности в техническом творчестве.

методист МОУ ДО “Центр детского творчества” г. НадымДополнительная общеразвивающая программа “АЭРО-СТАРТ”Администрации муниципального образования Надымский районМуниципальное образовательное учреждение дополнительного образования«Центр детского творчества»Возраст учащихся: 11-17 летСрок реализации программы:1 годЧупина Мария Ильинична,г. Надым, 2019

В настоящее время наблюдается лавинообразный рост интереса к беспилотной авиации как инновационному направлению развития современной техники, хотя история развития этого направления началась уже более 100 лет тому назад. Развитие современных и перспективных технологий позволяет сегодня беспилотным летательным аппаратам успешно выполнять такие функции, которые в прошлом были им недоступны или выполнялись другими силами и средствами. Благодаря росту возможностей и повышению доступности дронов, потенциал использования их в разных сферах экономики стремительно растет. Направленность программы «АЭРО-СТАРТ» – техническая. Программа направлена на развитие у учащихся интереса к проектной, конструкторской и научной деятельности, значительно расширяющей кругозор и образованность ребенка. Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «АЭРО-СТАРТ» разработана в соответствии с:

Порядком организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам (утверждён приказом Министерства просвещения РФ от 09.11.2018 № 196);
Требованиями к образовательным программам дополнительного образования детей (письмо Минобрнауки от 11 декабря 2006г. № 06-1844);
Методическими рекомендациями по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы) (Приложение к письму Департамента государственной политики в сфере воспитания детей и молодежи Министерства образования и науки РФ от 18.11. 2015 № 09-3242);
СанПиН 2.4.4.3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей», (утверждены Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 4 июля 2014 г. N 41).

Уровень освоения содержания программы: стартовый. Актуальность программы – в настоящее время рынок беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) стал очень перспективной и быстроразвивающейся отраслью. Очень скоро БПЛА станут неотъемлемой частью повседневной жизни: мы будем использовать БПЛА не только в СМИ и развлекательных сферах, но и в инфраструктуре, страховании, сельском хозяйстве и обеспечении безопасности, появятся новые профессии, связанные с ростом рынка. Данная программа составлена с учетом современных потребностей рынка в специалистах в области информационных технологий, инженеров, конструкторов и операторов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Цель программы: формирование у учащихся устойчивых знаний и навыков по направлениям авиамоделирование, основы радиоэлектроники и схемотехники, программирование микроконтроллеров, прикладное применение БПЛА.

освоение базовых знаний об устройстве и функционировании беспилотных летательных аппаратов;
ознакомление с основами наук, занимающихся изучением физических процессов в летательных аппаратах;
изучение основ работы микроконтроллеров и датчиков;
развитие навыка пилотирования беспилотных летательных аппаратов на практике;
получение навыков работы с электронными компонентами.

развитие у учащихся инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования БПЛА;
развитие креативного и проектного мышления, пространственного воображения;
приобретение опыта работы своими руками над собственным проектом, направленным на решение реальных задач.

повышение мотивации учащихся к изобретательству;
формирование навыка работы в команде;
формирование стремления к получению качественного законченного материала;
развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности.

Планируемые результаты реализации программыПредметные результаты (Hard Skills):

определения понятий: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.;
технологию создания коптеров;
правила безопасной работы;
основные компоненты коптера;
компьютерную среду, включающую в себя язык программирования;
основные приемы конструирования летательных аппаратов;
приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и других объектов.

пользоваться различными датчиками и компонентами;
программировать и запускать простейшие программы;
самостоятельно решать технические задачи в процессе работы;
излагать логически правильно действие своей модели (проекта).

Метапредметные результаты (Soft Skills):

сформированность навыков проектного и инженерного мышления;
сформированность умения планировать, контролировать и оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей и условиями ее реализации.

сформированность ответственного отношения к самообразованию, саморазвитию на основе мотивации к обучению;
сформированность коммуникативной культуры, умений работать в команде.

В процессе реализации программы «АЭРО-СТАРТ» у учащихся формируются следующие компетенции:

Ценностно-смысловые компетенции –способность видеть и понимать окружающий мир, ориентироваться в нем, уметь выбирать целевые и смысловые установки для своих действий и поступков, принимать решения;Общекультурные компетенции –умение вести диалог, отстаивать свою точку зрения, знать особенности национальной и общечеловеческой культуры, духовно – нравственные основы жизни человека и отдельных народов;Учебно-познавательные компетенции –самостоятельная познавательная деятельность, включающая элементы логической, технической и проектной деятельности– умение самостоятельного поиска знаний, связанных с предметом деятельности, непосредственно с помощью методической литературы, Интернета, телепередач и т.д.;Коммуникативные компетенции –приобретение и развитие коммуникативных способностей, активности, сообразительности, умение взаимодействовать со сверстниками и взрослыми;
Ценностно-смысловые компетенции –способность видеть и понимать окружающий мир, ориентироваться в нем, уметь выбирать целевые и смысловые установки для своих действий и поступков, принимать решения;
Общекультурные компетенции –умение вести диалог, отстаивать свою точку зрения, знать особенности национальной и общечеловеческой культуры, духовно – нравственные основы жизни человека и отдельных народов;
Учебно-познавательные компетенции –самостоятельная познавательная деятельность, включающая элементы логической, технической и проектной деятельности
– умение самостоятельного поиска знаний, связанных с предметом деятельности, непосредственно с помощью методической литературы, Интернета, телепередач и т.д.;
Коммуникативные компетенции –приобретение и развитие коммуникативных способностей, активности, сообразительности, умение взаимодействовать со сверстниками и взрослыми;

Отличительные особенности программы: настоящая образовательная программа позволяет не только обучить ребенка моделировать и конструировать БПЛА, но и подготовить учащихся к планированию и организации работы над разноуровневыми техническими проектами. Содержание программы интегрирует в себе достижения современных и инновационных направлений в малой беспилотной авиации. Программа предоставляет учащимся возможность освоения учебного содержания с учетом их уровня общего развития, способностей и мотивации. Адресат программы: программа предназначена для работы с детьми среднего и старшего школьного возраста (11-17 лет). Объем и срок освоения программы: срок реализации программы – 1 год, количество учебных часов по программе – 108, в том числе предусмотрено 28 часов теоретических занятий и 80 часов практических занятий. Условия набора в учебное объединение: группы формируются без конкурсного отбора на основании заявлений родителей (законных представителей). Форма обучения: очная, очно-заочная с применением дистанционных технологий. Режим занятий: единицей измерения учебного времени и основной формой организации учебно-воспитательного процесса является учебное занятие. Форма занятий – групповая. Состав групп постоянный, разновозрастный. Продолжительность занятий устанавливается в зависимости от возрастных и психофизиологических особенностей, допустимой нагрузки учащихся с учетом СанПиН 2. 3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей», утвержденные Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 4 июля 2014 г. N 41. Продолжительность одного занятия составляет 40 мин. Перерыв между учебными занятиями – 10 минут. Занятия проводятся 2 раза в неделю по 1,5 часа. Наполняемость групп: не менее 12 учащихся. Промежуточная аттестация учащихся проводится в течение учебного года в форме практического или контрольного занятия. Используемые методы: тестирование, практическое задание, проектная деятельность, опрос. Итоговая аттестация проводится по окончании полного курса обучения по образовательной программе в следующих формах: выполнение практического задания, презентация и защита проектов. Используемые методы: наблюдение, опрос. Программа итоговой аттестации содержит методику проверки теоретических знаний учащихся (защита проекта) и их практических умений и навыков (выполнение практических заданий). Содержание программы итоговой аттестации определяется на основании содержания дополнительной образовательной программы и в соответствии с ее прогнозируемыми результатами. Результаты итоговой и промежуточной аттестации фиксируются в протоколах. Копии протоколов итоговой аттестации вкладываются в журналы учета работы педагога дополнительного образования в объединении. Выпускникам учебных групп по результатам итоговой аттестации выдаются удостоверения о прохождении полного курса обучения по образовательной программе. Формы отслеживания и фиксации образовательных результатовМеханизмом промежуточной и итоговой оценки результатов, получаемых в ходе реализации данной программы, является контроль знаний, умений и навыков (ЗУН), который проводится три раза в год и общих учебных умений и навыков (ОУУиН), который проводится два раза в год (в начале и в конце освоения программы).

начальный контроль – в начале освоения программы с 15 по 25 сентября (ЗУН, ОУУиН);
промежуточная аттестация – с 20 по 26 декабря (ЗУН);
итоговая аттестация – в конце освоения программы с 12 по 19 мая (ЗУН, ОУУиН).

Контроль ЗУН осуществляется по следующим критериям: владение практическими умениями и навыками, владение специальной терминологией, уровень выполнения практических заданий, владение коммуникативной культурой. ЗУН учащихся оцениваются по 4-х бальной системе, от 2 -5 баллов.

Контроль ОУУиН проводится в форме наблюдения в сроки, установленные для начального контроля и итоговой аттестации, данные заносятся в соответствующий протокол. Контроль ОУУиН осуществляется по следующим критериям: организационные, информационные, коммуникативные, интеллектуальные умения и навыки. Критерии оценки результатов освоения программыНа 1 году обучения:

владение основными понятиями;
знание технологии создания коптеров;
знание законов аэродинамики;
умение создавать коптеры;
умение программировать и запускать простейшие программы;
умение пилотировать коптеры;
самостоятельное решение технических задач в процессе работы.

Условия реализации программыДанная программа может быть реализована при взаимодействии следующих составляющих ее обеспечения:Учебное помещение, соответствующее требованиям санитарных норм и правил, установленных СанПиН 2. 3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей», утвержденных Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 4 июля 2014 г. N 41. При организации учебных занятий соблюдаются гигиенические критерии допустимых условий и видов работ для ведения образовательной деятельности.

конструктор программируемого квадрокоптера с системой машинного зрения (учебно-лабораторный комплекс «Беспилотный летательный аппарат мультироторного типа»);камера для однопалатного компьютера;квадрокоптер DJI Phantom 3 Standart;оборудованная зона для полетов или куб для полетов.
конструктор программируемого квадрокоптера с системой машинного зрения (учебно-лабораторный комплекс «Беспилотный летательный аппарат мультироторного типа»);
камера для однопалатного компьютера;
квадрокоптер DJI Phantom 3 Standart;
оборудованная зона для полетов или куб для полетов.

Педагог дополнительного образования. Методическое и дидактическое обеспечение:

методические инструментарий тьютора «АЭРО квантум», методические указания и рекомендации к практическим занятиям;тестовые задания, материалы кейсов;дидактические материалы: схемы; таблицы, модели – схемы, карточки по темам;
методические инструментарий тьютора «АЭРО квантум», методические указания и рекомендации к практическим занятиям;
тестовые задания, материалы кейсов;
дидактические материалы: схемы; таблицы, модели – схемы, карточки по темам;

Воспитательная деятельность. Работа с родителямиСоциальный заказ государства в образовании направлен на воспитание человека нравственного, образованного, предприимчивого, готового самостоятельно принимать решения в ситуации выбора, способного к сотрудничеству и межкультурному взаимодействию, обладающего гражданской позицией современного человека. Это находит подтверждение в документах Федерального уровня: «Национальная доктрина образования Российской Федерации до 2025 года», «Концепция духовно-нравственного развития и воспитания личности гражданина России». Для воспитательного пространства характерно:

Работа с родителями предусматривает:

индивидуальные беседы и консультации;
совместные воспитательные мероприятия.

При составлении образовательной программы в основу положены следующие принципы:

единства обучения, развития и воспитания;
последовательности: от простого к сложному;
связи теории с практикой.

словесный (рассказ, беседа, лекция, объяснение);
наглядный (демонстрация оборудования, позволяющая конкретизировать учебный материал использование видеофрагментов, презентаций);
практический (практические задания, работа со словарями, практикум);
объяснительно-иллюстративный (рассказ, демонстрация с последующей беседой, объяснение в ходе демонстрации);
репродуктивный (работа по образцу, тренировочные упражнения);
игровой (игра, конкурс, викторина, и т.д.);
проектный (разработка мини-проектов, защита проектов).

И воспитания: убеждение, поощрение, упражнение, стимулирование, мотивация и др. ;Формы организации образовательной деятельности: индивидуальная, индивидуально-групповая и групповая;Формы организации учебного занятия:

технология индивидуализации обучения,
технология группового обучения,
технология программированного обучения,
технология дифференцированного обучения,
технология разноуровневого обучения,
технология проблемного обучения,
технология дистанционного обучения,
технология проектной деятельности.

Алгоритм учебного занятия:

Подготовительный этап – организационный момент. Подготовка учащихся к работе на занятии. Выявление пробелов и их коррекция. Проверка (практического задания).
Основной этап – подготовительный (подготовка к новому содержанию) Обеспечение мотивации и принятие детьми цели учебно-познавательной деятельности. Формулирование темы, цели учебного занятия и мотивация учебной деятельности детей (вопросы). Усвоение новых знаний и способов действий (использование заданий и вопросов, которые активизируют познавательную деятельность детей). Применение пробных практических заданий, которые дети выполняют самостоятельно. Практическая работа.
Итоговый этап – подведение итога занятия. Анализ работы. Рефлексия

Дидактические материалы – раздаточные материалы (карточки по темам, таблицы, схемы).

Аэроквантум тулкит. Александр Фоменко. – М.: Фонд новых форм развития образования, 2017 – 154 с.
Белинская Ю.С. Реализация типовых маневров четырехвинтового вертолета. Молодежный научно-технический вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. №4. Режим доступа:
Гурьянов А. Е. Моделирование управления квадрокоптером Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014 №8 Режим доступа:
Институт транспорта и связи. Основы аэродинамики и динамики полета. Рига, 2010. Режим доступа:
Канатников А.Н., Крищенко А.П., Ткачев С.Б. Допустимые пространственные траектории беспилотного летательного аппарата в вертикальной плоскости. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. №3.

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) – летательный аппарат, без экипажа на борту, управляемый дистанционно по радиоканалу, автономно с использованием информации с датчиков или же с использованием смешанной схемы управления. Другие названия БПЛА – беспилотное воздушное судно (БВС), дрон, беспилотник. Беспилотная авиационная система (БАС) – комплекс взаимосвязанных элементов, включающий в себя одно или несколько беспилотных воздушных судов, средства обеспечения взлета и посадки, средства управления полетом одного или несколькихбеспилотных воздушных судов и контроля за полетом одного или нескольких беспилотных воздушных судов. Мультикоптер — общее название для беспилотных летательных аппаратов, у которых количество пропеллеров (несущих винтов) больше, чем 2. Образовано от слов «multi» (несколько) и «copter» (вертолет). Квадрокоптер — беспилотный летательный аппарат с 4 моторами. Русское название «квадрокоптер» — калька с английского «quadcopter», что переводится как 4-роторный вертолет. Гексакоптер — беспилотный летательный аппарат с 6 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов «hexa» («гекса», с древнегреческого — «шесть») и «copter». Октокоптер — беспилотный летательный аппарат с 8 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов «octo» («окто», с латыни — «восемь») и «copter». Коптер — сокращение от слова «helicopter», вертолет. Используется либо по прямому назначению, либо как обозначение беспилотного летательного аппарата с n-ым количеством несущих винтов. Аппаратура управления (радио, радиоаппаратура) — система дистанционного управления БПЛА по радиоканалу. Состоит из наземного передатчика (пульт) и бортового приёмника. Полётный контроллер — центральная и обязательная часть любого мультикоптера, отвечающая за управление моторами в соответствии с полётным режимом и руководствуясь командами управления. Акселерометр — датчик, способный определить ускорение коптера в направлении всех трёх осей. Его наличие помогает контроллеру выравнивать коптер в «горизонт». Гироскоп — датчик, реагирующий на изменение углов ориентации коптера, относительно его предыдущего положения в пространстве. Программное обеспечение использует гироскопы, чтобы определить положение платформы в воздухе и дать команду на компенсацию изменения положения от внешних возбудителей. Центральная платформа — основа коптера, база. К ней крепятся все остальные части: лучи, электронные компоненты, дополнительные деки, передатчики и прочее. Луч — вытянутая «рука» коптера, которая отходит от центральной платформы. Именно на лучах крепятся моторы и их регуляторы. BEC (англ. «Battery Eliminator Circuit») — устройство для обеспечения питанием бортовой аппаратуры (+5 вольт) постоянным напряжением от аккумуляторов, которые имеют свойство менять это напряжение от зарядки до разрядки. ESC — контроллер скорости бесколлекторного электродвигателя. Другое название – регулятор оборотов. Бесколлекторный мотор – основной тип моторов, использующихся в мультироторных летательных аппаратах. Он обладают выдающимися характеристиками и сроком службы в связи с отсутствием трущихся узлов (щеток), посредством которых передается ток.