Использование LEGO-роботов в инженерных проектах школьников. Отраслевой подход

Использование LEGO-роботов 
в инженерных проектах    
школьников. 
Отраслевой подход

Москва, 2023

Л. Г. Белиовская, Н. А. Белиовский

2-е издание, электронное

УДК 373.016:004.896
ББК 73.263.0
Б43

Б43
Белиовская, Лидия Георгиевна.
Использование LEGO-роботов в инженерных проектах школьников. 
Отраслевой подход / Л. Г. Белиовская, Н. А. Белиовский. — 2-е изд., эл. — 
1 файл pdf : 89 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe 
Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-441-4

В методическом пособии представлены проекты школьников, которые были реализованы 
на научно-образовательных школах «Лифт в будущее», Некоммерческого 
партнерства содействия развитию интеллектуального и творческого потенциала 
молодежи. Ученики вместе с экспертами и представителями российских инновационных 
компаний разрабатывали решения, направленные на модернизацию существующих 
в регионах России производств и на внедрение новых технологий. Осуществляя 
обучение школьника в той или иной отрасли, авторы формируют осознанный 
подход к выбору специальности, и стремятся к тому, чтобы будущие технологические 
лидеры нашли применение своим идеям в России. Такой инженерно-
отраслевой принцип позволит развить существующие подходы в преподавании 
робототехники в школе и даст новое направление в развитии проектной деятельности 
учащихся.

Издание рассчитано на учителей средней и старшей школы, будет полезно школьникам 
основной школы при проведении проектной деятельности.

УДК 373.016:004.896 
ББК 73.263.0

Электронное издание на основе печатного издания: Использование LEGO-роботов в инженерных 
проектах школьников. Отраслевой подход / Л. Г. Белиовская, Н. А. Белиовский. — 
Москва : ДМК Пресс, 2016. — 88 с. — ISBN 978-5-97060-336-9. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме и какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических 
ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность 
приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные 
с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами 
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.


ISBN 978-5-89818-441-4
© Белиовская Л. Г., Белиовский Н. А., 2016
© Издание, оформление, ДМК Пресс, 2016

Содержание

 Инновационные технологии в образовании –  
 
прямые инвестиции в будущее школьников ..................6
 Благодарности руководителям и соавторам  
 
проектов ................................................................................8
 Перечень проектов с кратким описанием .................. 11
Направление «Космическая промышленность»  .......................................11
Блок «Космические роботы» ...............................................................11
Блок «Микробиология» ........................................................................12
Направление «Экология и природопользование»  ...................................12
Блок «Сельское хозяйство» ..................................................................12
Блок «Экология» ....................................................................................13
Направление «Транспорт»  ..........................................................................13
Направление «Энергетика»  ........................................................................14
Направление «Нефтехимия»  .......................................................................15
Направление «Телекоммуникации»  ............................................................16
Направление «Фармакология»  ...................................................................16

 Космическая промышленность ...................................... 18
Блок «Космические роботы»  ......................................................................18
Автономный мобильный робот – исследователь космической  
поверхности ..........................................................................................18
Управление роботом на подвесах в 3D-пространстве .....................19
Программно-аппаратный комплекс для моделирования  
процесса автоматической стыковки спутников с машинным  
зрением .................................................................................................21

Содержание
4

Программно-аппаратный комплекс для моделирования  
космического двигателя на лазерной тяге ..........................................24
Блок «Микробиология»  ...............................................................................26
BiosBox – автоматизированная система для проведения  
экспериментов с растениями ..............................................................26
 Экология и природопользование ................................. 31
Блок «Сельское хозяйство» ..........................................................................31
Мостовой сельскохозяйственный робот для обработки  
растений с различным периодом вегетации .....................................31
Сельскохозяйственный робот для точечной посадки семян  
с подкормкой и поливом .....................................................................34
Блок «Экология» ............................................................................................36
Робот-беспилотник для мониторинга экологической  
ситуации и взятия проб ........................................................................36
Автоматическая система сортировки мусора в жилых домах ..........39
 Транспорт ........................................................................... 43
Система с распределенным интеллектом для мультимодальной 
транспортной системы «Аэропорт» ..................................................43
1. Робот-кар .......................................................................................44
2. Робот-уборщик .............................................................................46
3. Робот-самолет ...............................................................................47
4. Робот-манипулятор с тремя степенями свободы .......................48
5. Автоматическая сортировочная горка ........................................49
Роботизированный капсульный трубопровод  
для транспортировки особо ценных и хрупких грузов ....................51
 Энергетика ......................................................................... 54
Умные сети. Поиск несанкционированного подключения.  
Управление загрузкой сети ..................................................................54
Мобильный робот с машинным зрением для локального  
устранения разрывов сетей.................................................................59
Автономный мобильный робот для нахождения и устранения  
короткого замыкания в труднодоступных местах ..............................62
 Нефтехимия ........................................................................ 66
Роботизированные модели процесса отделения воды от нефти .....66
1. Автоматизация слива воды после отстоя ....................................67
2. Последующая фильтрация нефти .................................................68

Содержание

Автоматизация процесса создания катализатора на сетчатой  
подложке для нефтепромышленности ................................................71
 Телекоммуникации ............................................................ 74
Li-Fi-моделирование. Действующий макет .........................................74
 Фармакология .................................................................... 79
IT-аптека – автоматизированная система для доставки лекарств .....79
Наноробот для диагностики и уничтожения раковых клеток  
в тканях ................................................................................................... 83
Очищение кровеносных сосудов от холестериновых бляшек  
и тромбов .............................................................................................. 85

Инновационные  
технологии  
в образовании –  
прямые инвестиции  
в будущее школьников

Специфика 
выполнения 
исследовательских 
проектов 
с использованием робототехнического оборудования 
в школьной среде заставляет педагогов искать пути 
с быст рым стартом в освоении сложных понятий теории 
автоматического управления, конструирования машин и 
механизмов, теории алгоритмов, да и саму сложную современную 
технику желательно уметь быстро собирать 
и осваивать. Конструкторы ЛЕГО – незаменимые помощники 
в этом плане. ЛЕГО-технологии – это не только 
практическая творческая деятельность, но и развитие 
сенсорного интеллекта школьника в современном IT-пространстве. 
Замечательная особенность ЛЕГО-педагогики – 
быстрый старт при реализации проектов. 
В процессе создания робототехнических проектов для 
школьников необходимо использовать такую среду программирования, 
которая была бы наглядной, компактной 
и понятной неспециалистам IT. Подобному требованию 
удовлетворяет инженерная графическая среда программирования 
LabVIEW. Эта среда широко используется 
в современном производстве, на удивление легко осваивается 
школьниками и будет полезна им в будущем в профессиональной 
деятельности.
Вооружившись такими инструментами быстрого старта, 
можно успешно изучать вместе со школьниками основы 
алгоритмизации с тестированием готовых алгоритмов 

на движущихся роботах – со всеми их несимметричностями 
конструкции, силами трения и проскальзывания и 
прочими «паразитными явлениями», которые так непросто 
смоделировать в 3D-конструкторах на ПК. 
В современном обучении школьника большое значение 
имеет освоение метапредметных образовательных технологий. 
Опираясь на глубокие знания школьных предметов, 
можно развивать метадеятельность в рамках отдельных 
отраслей и проводить научно-исследовательские и опытно-
конструкторские разработки. Осуществляя обуче ние 
школьника в поле той или иной отрасли, мы сформируем 
осознанный подход к выбору специальности и – как следствие 
этого – поможем успешному карь ерному росту.
Выполнение проектов в рамках отраслевого подхода 
является главной инновационной идеей педагогических 
технологий, предлагаемых и развиваемых Некоммерческим 
партнерством содействия развитию интеллектуального 
и творческого потенциала молодежи «Лифт в будущее».

Оценить эту работу вы сможете, ознакомившись с материалами 
данного издания.
Отметим, что все работы выполнены школьниками 
в рамках Летних школ, организованных «Лифтом в будущее», 
за предельно короткое время (около 20 часов на 
проект). За это время школьники освоили технологии 
программирования и основы конструирования. Сами 
школьники были очень вдумчивыми, трудолюбивыми ребятами 
с огромным желанием разобраться в предмете.

Инновационные технологии в образовании

Проекты осуществлялись под началом руководителя 
направления робототехники в Летних школах «Лифт 
в будущее» Белиовской Лидии Георгиевны. Л. Г. Бели-
овская – кандидат физико-математических наук, педагог 
высшей квалификационной категории ГБОУ г. Москвы 
«Лицей № 1557», эксперт ЕГЭ, Лауреат Премии города 
Москвы в области образования 2010 за большой вклад 
в организацию научно-исследовательской работы школьников 
в области робототехники и мехатроники, дважды 
Лауреат Гранта Москвы в области науки и образования, 
победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации, 
трижды награждена медалью «Лауреат ВВЦ», 
награждена золотой медалью Лауреата Международного 
салона инноваций «Архимед», тренер сборной школьников 
России по робототехнике. Л. Г. Белиовская участвовала 
в подготовке школьников на «World Robot Olympiad» 
2006, 2007, 2008, 2012, 2014. Также она является автором 
книг по программированию в среде LabVIEW для школьников.

Руководитель проектов Белиовский Николай Александрович – 
выпускник МГТУ им. Н. Э. Баумана, участник 
сборной школьников России по робототехнике на 
World Robot Olympiad WRO 2006 Наннинг Китай, WRO 
2007 Тайбей Тайвань, WRO 2008 Якогама Япония, 4-е место 
в конкурсе проектов по физике Intel International 

Благодарности  
руководителям  
и соавторам проектов

Благодарности руководителям и соавторам проектов

Science and Engineering Fair (New Mexico USA), Лауреат 
премии по поддержке талантливой молодежи, установленной 
Указом Президента Российской Федерации, 
за 2007 год, Лауреат международных и всероссийских 
выставок, конференций и конкурсов научно-исследовательских 
работ.
Большой вклад в осуществление проектов внес ученик 
Белиовской Л. Г. Исаченко Андрей Валерьевич – 
студент МФТИ, участник Intel International Science and 
Engineering Fair (Intel ISEF, Питтсбург, США), дипломант 
международных выставок «Съезд изобретателей и 
исследователей» (София, Болгария), Московский международный 
Салон изобретений и инновационных технологий «
Архимед», призер международных и всероссийских 
конкурсов научно-исследовательских работ: Балтийского 
научно-инженерного конкурса СПГУ (Санкт-Петербург), 
Международной конференции «Старт в науку» МФТИ, 
Всероссийского конкурса «Юниор» МИФИ, Международной 
конференции «XXIII сахаровские чтения» 
(Санкт-Петербург), дипломат регионального этапа Всероссийской 
олимпиады школьников по физике.
Особая благодарность за постановку задач выражается 
соавторам проектов:
 • Григорьеву Игорю Петровичу – направление «Космос»;
 • 
Половковой Татьяне Викторовне – направление 
«Транспорт»;
 • Сергееву Юрию Николаевичу – направление «Нефтехимия»;
 • 
Усольцеву Сергею Петровичу – направление 
«Энергетика»;
 • Рязанову Ивану Анатольевичу – направление 
«Экология и природопользование»;

Использование ЛЕГО-роботов в инженерных проектах школьников
10

 • Майсак Марии Викторовне – направление «Транспорт»;
 • 
Вдовенко Дарье Юрьевне – направление «Микробиология».

Направление «Космическая 
промышленность» 

Блок «Космические роботы»

Проект: Автономный мобильный робот-исследователь 
космической поверхности. Распознавание и преодоление 
ландшафтных препятствий. Разработка стратегии 
движения робота.
Робот, объезжающий препятствия с использованием 
двух инфракрасных дальномеров. 

Проект: Стыковка космических аппаратов. Управление 
роботом на подвесах в 3D-пространстве.
Осуществление ручной стыковки. Управление роботом 
на подвесах в 3D-пространстве с использованием машинного 
зрения. 

Проект: Программно-аппаратный комплекс для моделирования 
процесса автоматической стыковки спутников 
с машинным зрением. 
Согласованная взаимная ориентация двух роботов, 
сближение в автоматическом режиме с последующей стыковкой 
двух роботов.

Перечень проектов  
с кратким описанием

Использование ЛЕГО-роботов в инженерных проектах школьников
12

Проект: Программно-аппаратный комплекс для моделирования 
космического двигателя на лазерной тяге.
Действующий макет лазерного ракетного двигателя 
с автоматическим наведением на объект луча лазера, положение 
которого отслеживается с помощью машинного 
зрения.

Блок «Микробиология»

Проект: Автоматическая установка Biosbox для экспериментов 
с растениями.
Создание автоматизированной установки для выявления 
условий эффективного использования фотосинтеза 
в космосе для пополнения запасов кислорода в многолетних 
космических экспедициях.

Направление «Экология 
и природопользование» 

Блок «Сельское хозяйство»

Проект: Мостовой сельскохозяйственный робот для обработки 
растений с различным периодом вегетации.
Автономный мобильный робот оригинальной П-образ 
ной конструкции, способный подкармливать растения 
разной высоты на грядках. 

Проект: Сельскохозяйственный робот для точечной 
посадки семян с подкормкой и поливом.
Автономный мобильный робот, собранный на базе 
конструктора VEX, способный работать в полевых условиях.

Перечень проектов с кратким описанием

Блок «Экология»

Проект: Робот-беспилотник для мониторинга эко ло ги-
ческой ситуации и взятия проб. 
Процесс полета моделировался так: робот был закреплен 
на подвесе на трех нитях в 3D-пространстве, и с помощью 
трех моторов изменялись координаты робота. Робот 
оснащен машинным зрением.

Проект: Автоматическая система сортировки мусора 
в жилых домах.
Создана оригинальная система сортировки мусора 
в жилых многоэтажных домах. Мусор разделяется на три 
фракции: бумага, металл и пластик. Комплекс работает 
без участия человека.

Направление «Транспорт» 

Проект: Система с распределенным интеллектом для 
мультимодальной транспортной системы «Аэропорт».
Реализовано моделирование согласованного взаимодействия 
нескольких видов транспорта: грузовых авиаперевозок (
с последующей транспортировкой грузов 
на автомобильном транспорте), системы автоматизированной 
подачи грузов (для последующей транспортировки 
грузов на магнитолевитационном транспорте) и 
сортировка грузов на железнодорожной сортировочной 
горке. 
Система была смоделирована для города Смоленска 
как вариант реконструкции аэропорта «Смоленск-Северный».