Проект "Роботизированный Символ нового 2024 года - дракон-аниматор"
Автор публикации: М. Дюндиков, ученик 5 класса
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение дополнительного образования «Центр детского творчества» муниципального района «Ферзиковский район»
Творческий исследовательский проект
Роботизированный Символ нового 2024 года -
дракон-аниматор
Автор: Дюндиков Максим Александрович
Класс: 4 класс
Наставник: Касьянова Евгения Николаевна,
педагог дополнительного образования
Ферзиково
2023 год
Содержание
1 Основная часть 3
1.1 Обоснование выбора проекта 3
1.2 Ресурсное обеспечение для выполнения проекта 3
1.3 Планирование работы 4
1.3.1 Варианты изображения дракона, как символа нового года 4
1.3.2 Основные требования, которым должен соответствовать робот в виде символа нового года 5
1.3.3 Конструирование модели робота-дракона 6
1.3.4 Создание программного кода и испытание модели робота-дракона 9
1.3.5 Алгоритм программного кода модели робота-дракона 11
1.4 Схема и фотографии изделия 12
1.5 Вывод 13
1 Основная часть
1.1 Обоснование выбора проекта
Роботы – это не только сложные устройства и механизмы, которые выполняют за человека сложную работу, но и механические друзья, которые способны даже развлекать. А какой новый год без чудес и развлечений. Вдохновившись этой идеей, я решил создать робота в виде дракона, как символа нового 2024 года, который сможет выполнять функции аниматора на детском утреннике для развлечения гостей и детей на празднике.
Цель работы: разработать модель символа наступающего нового 2024 года в виде робота-дракона, способного выполнять функции аниматора на детском утреннике.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- изучить варианты изображения дракона, как символа нового года;
- вывести основные требования, которым должен соответствовать робот в виде символа нового года;
- создать действующую модель робота с учетом требований;
- рассмотреть возможность удаленного управления роботом и его автономную работу.
1.2 Ресурсное обеспечение для выполнения проекта
Изучение изображения дракона, как символа нового 2024 года через браузер «Яндекс» с выходом в интернет и поисковую систему «Яндекс Картинки».
Для реализации проекта предусмотрено использование роботизированного основной и ресурсного конструкторов Lego Mindstorms Education EV3:
- программируемый модуль EV3;
- 3 сервомотора – два для передвижения, один для анимирования хвоста и крыльев дракона;
- ультразвуковые датчики расстояния для ориентирования в пространстве при автономной работе и исполнения декоративной функции голов дракона;
- конструктивные детали (колеса, балки, оси, рамы и т.д) для корпуса, каркаса и декоративных элементов модели.
Управление роботом-драконом предполагается благодаря программируемому модулю Lego EV3 в двух вариантах:
- удаленное, через интеграцию с Android и получение команд по Bluetooth;
- автономное, через загрузку программного кода в модуль.
Программное обеспечение для реализации программирования модели - LEGO MINDSTORMS Education EV3 с графическим языком программирования.
1.3 Планирование работы
План:
- Разработать проект: продумать модель, изучив изображения дракона в виде символа нового года.
- Определить основные требования к будущей модели и подобрать материалы, необходимые для изготовления изделия, создать эскиз.
- Изготовить модель робота.
- Создать программный код и провести испытания модели.
1.3.1 Варианты изображения дракона, как символа нового года
На первом этапе работы над созданием модели, при изучении изображений в поисковой системе «Яндекс Картинки» в сети интернет, мною было найдено более 1 тысячи изображений. Большая часть из них показывала символ нового года, по внешнему виду больше похожего на китайского традиционного дракона. Оставшаяся часть изображений представляла символ нового года, как милого, вымышленного персонажа, среди которых можно было встретить и русского традиционного трехглавого дракона «Змея Горыныча». Именно изображение символа нового года, как «Змей Горыныч», была взята мной за основу будущей модели.
Рис. 1 Варианты изображения дракона, как символа нового года в сети интернет
1.3.2 Основные требования, которым должен соответствовать робот в виде символа нового года
На следующем этапе разработки робота-дракона, после изучения изображений русского традиционного трехглавого дракона «Змея Горыныча» в сети интернет, мною были выведены следующие основные требования к модели:
- Внешний вид модели должен иметь схожесть с популярным изображением «Змей Горыныч», а именно иметь три головы, хвостовую часть и крылья.
- Модель должна иметь подвижность и движущиеся части.
- Робот должен выполнять запрограммированные движения и возможность удаленного управления.
Рис. 2 Эскиз будущей модели робота-дракона
Для создания модели в эскизе мною предусмотрены конструктивные элементы в виде трех ультразвуковых датчиков, которые изображают три головы, как у «Змея Горыныча». Соединение модульных балок друг с другом и с полусферами с шипами из ресурсного набора, представляющие собой хвостовую часть модели робота-дракона. Ходовая часть, состоящая из соединенных рамой сервомоторов на колесном ходе. Основной корпус и каркас предполагается из балок, рам и программного модуля EV3. Механизм анимирования крыльев и хвостовой части предполагает использование малого сервомотора и системы зубчатых шестеренок. Функцию крыльев предполагается выполнять из двух криволинейных панелей.
1.3.3 Конструирование модели робота-дракона
1 шаг. Ходовая часть
Ходовая часть робот-дракона выполнена посредством стандартного соединения больших сервомоторов рамой. Передняя ходовая часть представляет собой крепление к сервомоторам двух 30-ти миллиметровых колес, закрепленных муфтами. Задняя часть – двух цепных колес с рельсами на осях и зафиксированных муфтами. Такое выполнение ходовой части обеспечивает мощность и высокую проходимость за счет независимости колес и устойчивому сцеплению.
Рис. 3 Выполнение конструирования ходовой части робота-дракона
2 шаг. Конструкция и механизм движения крыльев
Взмах крыльев предполагалось организовать системой из 6 шестеренок, подключенных к малому сервомотору. В виду того, что крылья должны взмахивать в разные стороны, было принято решение игнорировать несимметричность конструкции и сделать упор на ее функциональности, установив в систему 5 шестеренок взамен 6.
Механизм выполнен из 4 зубчатых колес на 24 зубья, зафиксированных на балке. Передачу движения от малого сервомотора к системе шестеренок обеспечивает ось с зубчатым колесом на 40 зубьев, зафиксированное муфтой.
Рис. 3 Итоговый механизм движения крыльев
3 шаг. Крепление и испытание механизма движения крыльев
На данном этапе большую сложность вызвало фиксирование малого сервомотора к ходовой части модели, так как зубчатое колесо при испытаниях механизма, используя разделе «Motor Control» в модуле EV3, выскальзывало с системы зубчатых колес на 24 зубья.
Для решения возникнувшей сложности, была установлена система фиксации малого сервомотора к ходовой части с помощью 7-ми модульной балки, двухмодульных балок с поперечным отверстием. А также, для устранения выскальзывания оси с малого сервомотора, установлена опора для него в виде 3-х модульного двойного поперечного блока между большими сервомоторами.
Рис. 4 Крепление и фиксация малого сервомотора
4 шаг. Установка крыльев и конструирование хвоста
К крайним зубчатым колесам на 24 зубья в отверстия с помощью штифтов прикрепляются крылья, представляющие из себя две красные криволинейные панели 2х5, установленные на две черные криволинейные панели 3х7, зафиксированные угловыми блоками на 180о на оси.
К зубчатому колесу на 24 зубья угловым блоком на 180о присоединяется хвостовая часть, выполненная из 3-модульных балок, соединенных между собой в шаговом порядке штифтами друг с другом и с полусферами с шипами.
Использование данных соединений и деталей придает конструкции хвоста и крыльев максимальную схожесть с изображением трехглавого дракона «Змея Горыныча».
Рис. 5 Установка крыльев и хвоста робота-дракона
5 шаг. Крепление программируемого модуля EV3 к модели
Для крепления модуля EV3 к модели робота-дракона используются две 4х7 модульные угловые балки, присоединенные к балкам системы шестеренок механизма движения крыльев, а также сцепленные между собой резинками. На соединение установлены красные соединительные штифты с муфтой для придания конструкции вида хребта дракона.
Рис. 6 Крепление модуля EV3 к модели робота-дракона
6 шаг. Установка ультразвуковых датчиков
На последнем шаге конструирования модели робота-дракона были установлены три ультразвуковых датчика, выполняющие декоративную функцию голов «Змея Горыныча». Один закреплен на модуле EV3 при помощи угловых блоков на 90о и два прикреплены штифтами к большим сервомоторам под модулем EV3.
Рис. 7 Установка ультразвуковых датчиков
1.3.4 Создание программного кода и испытание модели робота-дракона
Программный код для модели создавался в LEGO MINDSTORMS Education EV3 при помощи графического языка программирования.
Для первоначальных испытаний надежности конструкции была создана простейшая программа для движения модели робота-дракона вперед, разворот, назад с параллельным взмахом крыльями. Основной упор при создании данной программы делался на регулировку мощности и подбор количества оборотов на малом сервомоторе, чтобы движение крыльев было плавным и конструкция не ломалась.
Рис. 7 Первоначальный программный код при подборе мощности и оборотов малого сервомотора
В процессе испытаний была выведена максимальная мощность малого сервомотора, равная 7 и 0,2 оборотов, при которых взмах крыла стал плавным, конструкция не рушилась и в целом, движение стало похоже на полет робота-дракона.
В дальнейшем работа над программой для робота-дракона заключалась в изменении кода так, чтобы модель не сталкивалась с препятствиями и разворачиваясь, удалялась от них. Для этого было принято решение использовать один из установленных и подключенных ультразвуковых датчиков.
Рис. 8 Измененный программный код для остановки робота при приближении к препятствию
После успешно проведенного испытания ранее созданной программы, мною снова был изменен программный код, в который я добавил программные блоки для избегания столкновений с преградами роботом-драконом.
Рис. 9 Конечный вариант программного кода для модели робота-дракона
1.3.5 Алгоритм программного кода модели робота-дракона
Конечный алгоритм движения модели робота-дракона выглядит следующим образом:
- робот едет вперед на мощности 50 до тех пор, пока ультразвуковой датчик не увидит препятствие на расстоянии меньше или равное 1 сантиметру от модели робота;
- параллельно движению вперед, идет запуск малого сервомотора на мощности 7 по 0,2 оборота оси то в одну, то в другую сторону в бесконечном цикле №2;
- при обнаружении препятствия, цикл №1 прерывается и робот отъезжает назад на один оборот при мощности 70 и затем производит разворот на мощности одного мотора 50, другого -50 на 2 оборота колеса, что позволяет ему развернуться практически на месте;
- процесс движения робота вперед с обнаружением препятствий и отъездом назад с последующим разворотом происходит в бесконечном режиме до ручного отключения программного кода (цикл №3).
1.4 Схема и фотографии изделия
Рис. 10 Схема модели робота-дракона
Рис. 11-15 Фотографии модели робота-дракона
1.5 Вывод
Использование данной модели робота-дракона как аниматора на детском утреннике возможна в данном виде, но все же требует некоторых доработок:
добавление декоративных конструктивных элементов, в том числе и не из конструкторского роботизированного конструктора Lego Mindstorms Education EV3, для придания роботу еще большей схожести с русским традиционным трехглавым драконом «Змеем Горынычем»;
доработка и расширение функциональности модели, через добавление в конструкцию и других датчиков конструктора и изменение программного кода через включение блоков программирования для реакции робота не только на препятствия.
Проект участвовал в Межрегиональном конкурсе. Результат - 1 место
