Проектная работа «Как собрать манипулятор из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Школа № 42 с углубленным изучением отдельных предметов»

городского округа Самара.

 

Индивидуальный учебный проект

 

Тема: «Как собрать манипулятор из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3»
 

Предмет: технология, робототехника

 

Выполнил: Михайлычев Никита, ученик 9 «Б» класса

Руководитель: Пародина Ольга Александровна,

учитель технологии

 

Оценка: ______________________________________________

Председатель комиссии: __________________________________________

Члены комиссии: ________________________________________________

___________________________________________________

 

Самара, 2018
 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1. 1. 1. Обоснование выбора темы. 3

         Актуальность темы 3

         Постановка проблемы 3

         Цель проекта 3

         План работы над проектом 3

2. I. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОБЛЕМЕ 4

1.1 Анализ существующих решений 4

1.2 Техническое задание на проектирование 7

2. II. ПРАКТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ 7

2.1 Разработка и описание конструкции манипулятора 7

2.2 Разработка и описание ПО. 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

Оценка проекта 11

Выводы 11

Информационные источники 12

 

Введение.

Обоснование выбора темы.

Занимаясь на спецкурсе «Конструирование» мне приходилось собирать разные модели из конструктора Лего, но модель манипулятора я не собирал. За последнее время появилось много видеороликов про такие устройства, можно увидеть, как они устроены и как работают. Но всегда интереснее увидеть работу такого устройства вживую, поэтому я решил собрать эту модель.

Актуальность темы.

На уроках технологии в 7 классе при изучении технологических систем рассматривают разные механизмы и электротехнические устройства, в том числе на примере манипулятора. Этот материал подробно изложен в учебниках, при выполнении заданий учащиеся пользуются теоретической информацией. Если построить модель манипулятора, то урок будет проходить интереснее и более наглядно.

Постановка проблемы.

Хотелось, чтобы для проведения уроков технологии по изучению механизмов и электротехнических устройств в технологических системах использовалась рабочая модель манипулятора, но в настоящее время такой модели нет.

Цель проекта.

Разработать и построить действующую модель манипулятора в форме руки из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3.

План работы над проектом.

• Проанализировать существующие решения.
• Составить техническое задание на проектирование.
• Разработать и описать конструкцию манипулятора.
• Написать программу управления конструкцией.
• Протестировать модель.
• Оценить получившиеся результаты.

I. Исследование по проблеме.

1.1 Анализ существующих решений.

Манипулятор — механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Это значение закрепилось за словом с середины XX века, благодаря применению сложных механизмов для манипулирования опасными объектами в атомной промышленности. Используется для перемещения различных грузов, получил широкое развитие в современном обществе. Дело в том, что многие материалы, с которыми приходится иметь дело в этой области науки, обладают радиоактивностью – свойством выделять в окружающее пространство опасные для здоровья человека лучи. Механические руки стали устанавливать там, куда доступ человека нежелателен, а сам он, управляющий руками, располагался в другом, безопасном помещении. Сейчас манипуляторы используют в разных производствах.

Рисунок 1. Манипулятор в металлургии

Кран-манипулятор — кран стрелового типа, установленный на автомобильном шасси и служащий для его загрузки и разгрузки одиночными и сыпучими грузами в контейнерах и их транспортировки.

Рисунок 2. Передвижной кран-манипулятор

Для людей с ампутированной конечностью существует Бионический протез.

Bebionic —биоэлектрическая искусственная кисть с приводом электромеханическим и микропроцессорным контролем, созданная для восстановления функции ампутированной конечности.

Рисунок 3. Бионический протез

Принцип действия бионического протеза:

После травмы или в ходе болезни конечность ампутируют. Оставшаяся культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов. Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик, установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса участвует сложная компьютерная программа.

Минусы такого протеза:

У такого протеза единственный минус. Это его стоимость.Стоимость бионического протезирования пока высока и может достигать в сложных случаях миллионов рублей. Однако возврат к полноценной жизни трудно оценить в материальном исчислении. По сути, установка бионических протезов – единственная возможность для инвалида вернуться к нормальной жизни: строить и осуществлять планы, содержать семью, добиваться карьерных вершин.

NiryoOne – это 6-осевой манипулятор, созданный специально для производителей, системы обучения и небольших компаний. Согласно Niryo, имеющий шесть осей перемещения манипулятор позволяет выполнять задачи, которые до сих пор были доступны исключительно промышленным роботам. Манипулятор может выбрать и положить на место предметы с помощью вакуумного насоса, захвата или электромагнита. Он поможет автоматизировать 3D-принтер, позволит сверлить отверстия в изделиях. Он может выполнять необходимые домашние работы и даже творчески развлекать детей.

Рисунок 4. Манипулятор серии NiryoOne

Минусы NiryoOne:

Минусом такого манипулятора является его большая стоимость, его можно приобрести за сумму 20000 – 200000 долларов.

 

1.2 Техническое задание на проектирование.

Проведя анализ существующих манипуляторов, делаем вывод, что форма устройства напоминает руку человека, движения осуществляются с помощью механизмов, таких как рычаг, зубчатые передачи.

Необходимо спроектировать и собрать механическую руку из конструктора ЛЕГО. Манипулятор должен захватывать предметы и перемещать их в нужное место. Для обеспечения автоматической работы устройства необходимо программное обеспечение.

II. Практическое решение проблемы.

2.1 Разработка и описание конструкции манипулятора.

1 ) Для создания самой руки требуется основание, которое могло бы удержать эту руку. После сборки основания на него нужно установить Миникомпьютер Lego MINDSTORMS EV3 и Большой Сервомотор Lego MINDSTORMS EV3 с зубчатым механизмом, которые приводили бы в движение руку, а также датчик касания, при нажатии на который рука бы останавливалась в нужном месте.

 

 

2) После сборки основания создаем саму руку. Для того, чтобы рука могла подниматься или опускаться, ставим на конструкцию руки Большой Сервомотор Lego MINDSTORMS EV3 с зубчатым механизмом и датчиком цвета, для того чтобы рука поднималось на определенную высоту.

 

3) После сборки конструкции руки нужно собрать захватывающий механизм из Среднего Сервомотора Lego MINDSTORMS EV3, с зубчатым механизмом выполняющий роль пальцев.

 

 

 

 

 

4 ) После сборки захватывающего механизма устанавливаем его на конструкцию руки и подключаем все сервомоторы и датчики к Миникомпьютеру.

 

2.2 Разработка и описание ПО.

Прежде чем приступать к составлению компьютерной программы, необходимо составить логическую последовательность действий манипулятора.

Опустить захват.

Сомкнуть захват, захватив предмет.

Поднять предмет.

Повернуть манипулятор на определенный угол.

Опустить предмет.

Разжать захват.

Поднять захват.

Повернуть манипулятор в исходное положение.

Повторить программу необходимое число раз.

В системе ПО записывается подпрограмма для калибровки и синхронизации моторов:

Затем записываем основную программу. Для этого мы должны в программе запрограммировать две кнопки, при нажатии одной из них рука повернулась в определенную сторону, в зависимости от того, где находится предмет:

Потом мы должны запрограммировать средний и большой сервомотор, находящиеся на конструкции руки для того, чтобы рука опустилась с помощью большого сервомотора и захватила предмет с помощью среднего сервомотора:

После того, как рука захватила предмет, мы записываем в программе для большого сервомотора на основании программу для возращения руки в то же положение, в котором она была изначальна. И для среднего, и большого сервомотора находящиеся на конструкции руки мы записываем программу для того, чтобы рука опустилась и отпустила предмет:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1.Оценка проекта.

Мне все же удалось достичь цели проектирования, потому что моя модель манипулятора соответствует техническому заданию на проектирование. Манипулятор выполняет следующие действия: захватывает предмет, осуществляет подъем предмета, затем поворачивается на заданный угол, опускает предмет и раскрывает захват, долее поднимается и возвращается в исходное положение. Работа манипулятора выполняется по заданной программе.

2.Выводы.

Полученная модель будет являться хорошим наглядным пособием для уроков технологии в 7 классе при изучении механизмов и электротехнических устройств в технологических систем.

Работая над этим проектом, мне потребовались такие умения, как: находить и обрабатывать информацию, читать схемы, чертежи, моделировать и конструировать устройства из конструктора Лего, составлять компьютерную программу, используя язык объектно-ориентированного программирования, работать с текстовым редактором, создавать презентацию в приложении Power point.

 

Информационные источники:

https://www.lego.com/ru-ru/mindstorms/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница

https://studbooks.net/2085604/informatika/mehanicheskie_ruki

https://www.popmech.ru/science/235633-kak-rabotayut-bionicheskie-protezy/#part0

http://www.robogeek.ru/interesnoe-o-robotah/niryo-one-dostupnyi-6-osevoi-manipulyator