| 12+ Свидетельство СМИ ЭЛ № ФС 77 - 70917 Лицензия на образовательную деятельность №0001058 |
Пользовательское соглашение Контактная и правовая информация |
 | Ольга Пародина576 Россия, Самарская обл., Самара Материал размещён в группе «Проектная деятельность » |
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
-
-
-
Обоснование выбора темы. 3
Актуальность темы 3
Постановка проблемы 3
Цель проекта 3
План работы над проектом 3
-
-
-
I. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОБЛЕМЕ 4
1.1 Анализ существующих решений 4
1.2 Техническое задание на проектирование 7
-
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 — для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Это значение закрепилось за словом с середины , 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 — 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 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: