Где учат делать роботов своими руками шаг-за-шагом. Это команда специалистов из области автоматизации, занимающаяся популяризацией робототехники среди детей, школьников и студентов.

Робот выполнен по технологии "распечатал и вперёд" (unpack and forward). При изготовлении его корпус распечатывается на принтере. Технология сборки полностью ориентирована на начинающих роботостроителей.

Плюсы данной разработки:

• Корпус распечатывается на принтере.
• Для сборки паяльник не требуется.
• Нет необходимости изготавливать печатную плату.
• Для сборки используется всего два радиокомпонента: мотор и батарейка.

Робот спроектирован с учётом минимального количества компонентов его возможности невелики. Но в конструкции предусмотрены: простая замена и установка фломастера любого цвета, регулировка диаметра прорисовываемого круга, включение-выключение питания, регулировка угла установки мотора.

Видеотесты

Через панель навигации видеоплеера можно избирательно выбрать необходимый видеофрагмент. Панель навигации доступна после запуска видео, справа внизу значок пиктограммы. Перед запуском каждого видеофрагмента автоматически выводится его название в верхнем левом углу. В нижней части окна проигрывателя слева название плейлиста и количество сгруппированных видеофрагментов.

Характеристики робота

На фото робот рисовальщик в сборке.

• Корпус робота полностью выполнен из тонкого картона с декоративным отпечатанным на принтере рисунком. Использованные способы сгибов придают форме жёсткость в точках напряжений. Сегменты (части) корпуса могут сгибаться и менять угол наклона двигателя, а также изменять позицию установки батарейки. Для стабилизации(устойчивость) корпуса во время вращения в конструкции предусмотрены опоры.
• Радиокомпоненты используемые для сборки: мотор и батарейка. Мотор приводит в движение всю конструкцию относительно центра масс. Кроме прямого назначения мотор и батарейка образуют центр масс, что и позволяет прорисовать круг с помощью фломастера.
• Регулировки, подстройка рисунка. Предусмотрена возможность быстрой замены (на другой цвет) пишущего узла (фломастера). Изменение диаметра прорисовываемого круга с помощью изменения положения батарейки, перемещение которой смещает центр масс. Фиксированное включение и выключение робота с помощью задания положений клипсы-разъёма на батарейке. Изменение угла положения мотора, которое позволяет использовать моторы с любым типом корпуса.

1.Пишущий элемент (фломастер)
2.Источник питания (батарея напряжением 9 вольт)
3.Клипса-разъём (для подключения к батареи 9 вольт).
4.Подвижная часть (регулировка диаметра круга).
5.Мотор с рабочим напряжением 5,9 вольт.
6.Корпус из тонкого картона.

Примечание. На фото недостаточно хорошо виден двусторонний скотч, которым закреплён мотор и батарейка. Проверенный факт, использование строительного двустороннего скотча буквально "примораживает" указанные выше элементы! Поэтому другие способы крепежа не потребуются.

Детали и материалы

Корпус выполнен из тонкого картона с наклеенной распечатанной на струйном принтере декоративной поверхностью (скины). Ссылка на архив со скинами размещена в конце статьи. Все чертежи в точных размерах, не редактировать! Фотографии используемых компонентов приведены далее.

Компоненты конструкции робота
1.Фломастеры цветные.
2.Скотч прозрачный односторонний.
3.Степлер.
4.Стержень гелиевый (цвет любой)-1шт
5.Мотор низковольтный с рабочим напряжением 5,9В тип RF-300F -1шт.
6.Скотч двусторонний строительный
7.Клипса-разъём для подключения 9в батареи.

Примечание.1. На фото не показана батарея напряжением 9 вольт. Рекомендуется устанавливать алкалиновую напряжением 9 вольт, с ней робот будет работать дольше.

Примечание.2. Двусторонний скот обладает клейким покрытием с двух сторон. С одной стороны закрыт защитной бумажной плёнкой для предотвращения склеивания.

Примечание.3. Мотор должен иметь рабочее напряжение не ниже 5,9 вольта, в противном случае велика вероятность пожига обмотки, так как используется напряжением питания 9 вольт! Мотор можно снять со старого CD или DVD-проигрывателя.

Инструкция по сборке

Для правильной сборки придерживайтесь инструкций по сборке. Редактировать, масштабировать чертежи в архиве нельзя, так как все чертежи архива в точных размерах.

Изготовление и сборка корпуса

После скачивания архива, распакуйте и выберите вариант печати. Для струйных принтеров используйте чертежи цветных скинов (по выбору), для лазерного принтера чёрно-белый вариант. Печать необходимо проводить на фотобумаге с клеящей основой или плёнке с клеящей основой. Это необходимо чтобы в дальнейшем без проблем приклеить распечатанный скин к тонкому картону.

Приклеивайте липкой основой распечатанный скин к листу картона. Затем аккуратно вырежьте по контуру. Если использована обычная фотобумага, то приклеивать придётся стойким не вредным клеем. На фото показан скин наклеенный на картон. На этом же фото показаны сгибы выполненные в необходимых местах (указано пунктирной линией).

На фото показано (приближено) большие отверстия, которые необходимо проделать в обозначенных кругами местах. Отверстия помечены белыми стрелками.

Приступайте к сборке частей корпуса. Найдите и совместите совместите поверхности обозначенные буквами "E". Совмещение необходимо выполнить с нижней стороны так, чтобы отверстия совпали. Далее проденьте в наложенные друг на друга отверстия фломастер и закрепите с помощью степлера. На фото чёрная стрелка указывает на скобу степлера в правильном положении. Скоба "сшивает" поверхности обозначенные буквой "E", и удерживает их.

На фото показан вид конструкции сбоку. Чёрная стрелка указывает направление свёртки передних поверхностей обозначенных буквами A и B.

Сверните переднюю часть корпуса разместив их как на фото. Обратите внимание на расстояние помеченной красными линиями и стрелками, обозначенное буквой "S". Это расстояние должно быть минимальным! Зафиксируйте область помеченную буквой "A" степлером. Жёлтые стрелки указывают на правильную фиксацию (расположение) скрепками степлера.

На поверхность подписанную "MOTOR" приклейте двусторонний скоч (на позицию указывает чёрная стрелка). На фото вид сбоку область установки мотора обозначена стрелкой с буквой "M".

Внимание! Защитную бумажную ленту с двустороннего скотча на этом этапе не снимать!

Корпус в сборке (вид сверху в перспективе) с фиксированными степлером поверхностями показан на фото.

С помощью одностороннего прозрачного скотча изолируйте участки со скобами степлера. Это необходимо для того, чтобы получить гладкую поверхность. Чёрные стрелки на фотопоказывают приблизительные границы областей изоляции прозрачным скотчем.

Область покрытия прозрачным скотчем показана чёрным квадратом. На фото чёрными стрелками показана область с отверстием для установки фломастера. Также рекомендуется изолировать прозрачным скотчем для увеличения надёжности. На фото показана чёрным полупрозрачным квадратом область изоляции скотчем с тыльной стороны (нижняя часть корпуса).

Изготовление и установка подвижной рамы

Чтобы регулировать диаметр прорисовываемого круга необходимо изготовить подвижную раму. Чертёж подвижной рамы находится в архиве. Чертёж выполнен в точных размерах. Его можно не переводить, а вырезать по контуру и наклеить на тонкий картон. Затем вырезать по контуру и подвижная рама готова. Области сгиба поверхностей показаны на чертеже пунктиром. Установите подвижную раму ориентируясь на фото.

С тыльной стороны поверхность подвижной рамы скрепите прозрачным скотчем (показано чёрным стрелками). Проверьте, подвижная рама должна легко перемещаться занимая крайние позиции.

На поверхность подвижной рамы приклейте двусторонний скотч.

Монтаж и подключение мотора, батареи.

Установите мотор на обозначенную позицию предварительно сняв защитную бумажную ленту с двустороннего скотча. Возьмите гелиевый стрежень (1) снимите защитный колпачок (2). Оденьте колпачок на вал мотора (3) как показано на фото. Колпачок будет выполнять роль протектора и обеспечит лучшее сцепление с поверхностью.

Возьмите клипсу-разъём и скрутите её красный провод с красным проводом мотора. Чёрный провод клипсы-разъёма скрутите с чёрным проводом мотора. Загните место скрутки в сторону более толстого провода. Изолируйте соединения изоляционной лентой.

Установите батарейку на позицию подвижной рамы и сильно прижмите к двустороннему скотчу. Батарея должна быть установлена так, чтобы не закрывать отверстия для установки фломастера. Когда батарея будет закреплена установите клипсу-разъём как показано на фото. Клипса-разъём используется в конструкции робота рисовальщика как выключатель питания. Простой поворот относительно одного контакта батареи 9 вольт включит или выключит мотор (показано чёрной стрелкой на фото).

Установка пишущего узла (фломастера)

Как уже было сказано выше в качестве пишущего узла используется фломастер. Для создания рисунка отберите фломастеры пишущие при лёгком нажатии. Правильная последовательность установки фломастера следующая: поставьте робота на поверхность листа, снимите защитный колпачок фломастера, установите фломастер в отверстие с некоторым нажимом.

Настройка и включение робота

После сборки конструкции робота, может потребоваться простая настройка для получения фигур. Регулировкой уровня положения фломастера можно установить чёткость, непрерывность или прерывистость прорисовываемого круга. Регулировкой позиции подвижной рамы можно установить диаметр прорисовываемого круга. Сборка окончена!

Архив к роботу рисовальщику с чертежами можно скачать , пароль не требуется. Размер архива 3,26Mb.

Данный проект рассчитан на начинающих ардуинщиков и даст хорошую базу для дальнейшего освоения Arduino, Matlab, программирования и механики.

Электроники в проекте немного. Робот представляет из себя манипулятор с 2-мя степенями свободы, в качестве рабочего органа у которого используется карандаш. В проекте решена обратная задача кинематики и задача определение положения рабочего органа в плоскости в зависимости от углов поворота сервоприводов.

Необходимые элементы

1. Механика

• Mechanix kit - железный конструктор
• Болты и гайки
• Держатель для карандаша (в данном случае - прищепка)
• 2 колеса для опор

1. Электроника

• Плата Arduino uno
• Макетная плата
• Источник питания (адаптер на 5 вольт 2 ампера)
• USB Кабель

• 3 серводвигателя

1. Инструменты

• Отвертка
• Дрель

1. Программное обеспечение

• Arduino IDE
• Matlab (с установленным Arduino IO)
• Половина из перечисленного выше у вас вполне может найтись дома. Остальное можно приобрести за небольшие деньги.
• Можно использовать любые серводвигатели с крутящим моментом более 7 кг*см (например, дешевый и сердитый вариант вроде MG995). Да, кстати, для любителей макеток - вам, конечно же пригодятся коннекторы.

Разработка механической части

На рисунках сверху приведена исчерпывающая информация о механической части манипулятора и его сборке. В общем-то, при наличии конструктора, возвращаемся на уровень 5-6 лет и собираем все это вместе. Теперь пошагово.

1. Просверлите два отверстия в качалках от привода. При этом необходимо выдержать расстояние, приведенное на рисунке.
2. Следующая наша задача - сделать крепеж для основания с приводом. Просверлите 4 отверстия на расстоянии, равном расстоянию между винтами привода и установите его на основание. Мы используем этот привод в качестве неподвижного основания для нашей механической руки.
3. Прикрепите алюминиевые звенья из конструктора к качалкам приводов. Желательно, чтобы расстояние между двумя качалками примерно было равно 20 сантиметрам.
4. Прикрепите качалку к неподвижному сервоприводу основания, вторую качалку - ко второму приводу. Перед фиксацией качалок, откалибруйте сервопривода. Установите их таким образом, чтобы положение вала соответствовало 90 градусам, серводвигатель у основания был установлен параллельно звеньям, а серводвигатель на свободном конце - перпендикулярно.

1. После этого возьмите еще звенья из конструктора и прикрепите их параллельно к свободному концу и серве.
2. Прикрепите колеса к нижней части механической руки для балансировки и обеспечения поддержки нашей конструкции
3. Последний серводвигатель должен быть подключен к концу второго звена из 5 пункта.

Подберите подходящую прищепку (или другой схват) и прикрепите ее к серве так, чтобы расстояние от второй сервы до рабочего органа составляло около 20 сантиметров.

При разработке механической части важно выдерживать указанные расстояния - 20, 15 сантиметров и правильно проводить калибровку двигателей. Естественно, доработка конструкции возможна и зависит того, какие именно узлы у вас еще есть в наличии. Например, вместо алюминиевых звеньев из набора конструктора можно использовать обычные линейки, куски пластика и т.п.

Электрическая часть проекта

На рисунке сверху приведена схема подключения платы Arduino. Можно использовать макетную плату, можно распаять шилд , на ваше усмотрение.

Программирование платы Arduino для манипулятора

Эта часть проекта самая интересная и, наверное, самая важная.

Давайте вкратце разберемся, что именно происходит в программной части.

Сначала мы берем изображение и находим его границы. После начинаем рисовать. Процесс рисования состоит из двух частей.

Часть первая. Сначала мы находим пиксель, который соответствует 1, так как наш рисунок теперь представлен в виде 0 и 1. Проходит проверка того, не являются ли пиксели рядом тоже 1, после чего ручка перемещается на выбранный пиксель и удаляет предыдущую 1. Функция повторяется по кругу и позволяет создавать плавные линии.

Вторая часть. Решение обратной задачи кинематики для перемещения рабочего органа к определенному пикселю. При расчете берутся координаты пикселя и вычисляются соответствующие углы приводов. Как именно решается эта задача можно увидеть на рисунке выше.

Теперь перейдем к настройке Matlab и Arduino для отрабатывания кода.

Для начала установите Arduino IO плагин в Matlab.

После этого замените файл arduino.m тем, что прикреплен к проекту под тем же именем.

Скачайте и сохраните finaldraw.m и draw.m в директорию с матлабом.

Загрузите файл adioes.ino на плату Arduino.

Проверьте, к какому порту подключена ваша плата Arduino, после чего откройте finaldraw.m и измените COM3 на ваш порт.

Измените расширение рисунка, который вы хотите нарисовать на.png. Это можно сделать с посощью большинстве графических редакторов. Сохраните полученный файл в директорию с Matlab. Откройте finaldraw.m и измените emma.png на название вашего рисунка с рисширением.png. Схраните файл emma.png.

По молчанию в проекте загружена фотография Эммы Уотсон, которую вы можете использовать для тестирования. Конечно же, вы можете настроить параметры определения положения рабочего органа в соответствии с вашими габаритами конструкции.

На этом все. Подключите вашу плату Arduino к персональному компьютеру, пропишите в командной строке Matlab слово finaldraw и играйтесь.

Программирование продолжается

Алгоритм работы нашего манипулятора достаточно простой. Давайте немного разберемся в этом вопросе.

Сначала мы конвертируем изображение, которое хотим нарисовать в формат png и сохраняем его в папке с Matlab. После этого наш алгоритм преобразовывает рисунок в формат ч/б пикселей, как это показано на рисунке выше. Самая интересная часть - это прорисовка полученных пикселей.

Начинается проверка пикселей конвертированного рисунка. Когда находится 1, которая соответствует белому пикселю на рисунке, рабочий орган перемещается в это положение и опускает ручку. После этого проверяются ближайшие 8 пикселей и, если находится хоть один, ручка перемещается на него, не отрываясь от плоскости. При этом предыдущий пиксель заменяется на 0, чтобы избежать повторов. Таким образом продолжается работа, пока не исчезнут все 1. После этого, рабочий орган перемещается в новое положение проверяет новый массив пикселей. Данный алгоритм позволяет постепенно воспроизвести весь рисунок.

Результат всех приведенных выше пунктов приведен на видео ниже:

Но и набраться ценного опыта в плане робототехники. Такойробот является манипулятором, который имеет всего две степени свободы. В качестве рабочего инструмента используется карандаш. В этом проекте автор решил обратную задачу кинематики, а также задачу определения расположения рабочего инструмента в зависимости от того, на какой угол развернуты сервоприводы.

Материалы и инструменты для самоделки:
- железный конструктор (Mechanix kit);
- гайки и болты;
- прищепка (или другой держатель для карандаша);
- два колеса (для опор);
- контроллер типа Arduino uno;
- питание (источник 5В 2А);
- макетная плата;
- USB-кабель;
- три серводвигателя;
- дрель, отвертка, ключ;
- необходимое программное обеспечение (Arduino uno, Matlab).

Процесс изготовления робота:

Шаг первый. Разработка механических элементов робота
Механическая часть собирается очень просто, это делается из конструктора. С такой задачей справится и пятилетний ребенок.

1. В качалках от серводвигателя нужно просверлить два отверстия. Отверстия должны находиться на определенном расстоянии, каком именно, видно на фото.
2. Теперь нужно сделать крепеж для основания с приводом. Нужно просверлить четыре отверстия для крепления привода и затем зафиксировать его с помощью винтов. Привод будет использоваться в качестве неподвижного основания для робота-руки.
3. Алюминиевые звенья конструктора нужно прикрутить к качалкам приводов. Желательно, чтобы расстояние между качалками составляло 20 см.
4. Одну качалку нужно прикрепить к неподвижному основанию, а вторую ко второму двигателю. Перед тем как качалки будут зафиксированы, сервоприводы нужно откалибровать. Их нужно установить таким образом, чтобы вал находился под углом 90 градусов. Серводвигатель у основания должен располагаться параллельно звеньям, а привод на свободном конце должен быть размещен перпендикулярно.
5. Далее берутся звенья конструктора и крепятся параллельно к свободному концу и серводвигателю.
6. К нижней части конструкции нужно прикрепить колеса, они нужны для балансировки робота и его поддержки.
7. Последний мотор должен быть подключен к окончанию второго звена из пятого пункта.

Для крепления карандаша используется прищепка, также можно использовать и любой другой подходящий схват. Ее нужно прикрепить к серводвигателю таким образом, чтобы расстояние между ним и рабочим инструментом было около 20 см.

В процессе сборки важно придерживаться указанных расстояний, а также постоянно проводить калибровку двигателей по мере сборки. Несомненно, робота можно усовершенствовать, но тут уже все зависит от того, какие узлы имеются в наличии. Если так вышло, что нет конструктора, то можно использовать линейки, куски пластика и другие подходящие предметы.

Шаг второй. Электрическая схема робота
На рисунке можно увидеть, как подключается контроллер Arduino. Для подключения можно использовать макетную плату или же можно спаять шилд.

Шаг третий. Программирование робота
Программирование состоит из нескольких этапов. Сперва нужно взять изображение и найти его границы. После этого можно начинать рисовать, процесс рисования состоит из двух этапов.

Сначала нужно найти пиксель, который соответствует цифре 1, поскольку рисунок теперь выглядит в виде нулей и единичек. В процессе происходит проверка, есть ли рядом пиксели с единицей, после этого ручка перемещается на следующую единицу, а предыдущую удаляет. Функция замкнута по кругу, что позволяет рисовать плавные линии.

На втором этапе происходит решение обратной задачи кинематики. При этом учитываются координаты пикселей и затем на основе этих данных выбираются углы поворота серводвигателя. Что же именно при этом происходит, можно увидеть на рисунке.

Теперь можно переходить к настройке Matlab и Arduino для того чтобы код отрабатывал. Сперва в Matlab нужно установить плагин Arduino IO. Далее файл под названием arduino.m нужно заменить тем, который прикреплен проекту под точно таким названием.

Файлы finaldraw.m и draw.m нужно сохранить в директорию с Matlab. Файл под названием adioes.ino загружается на плату.
На следующем этапе нужно проверить, к какому порту подключена плата Arduino, открыть файл finaldraw.m и заменить порт COM3 на нужный.

Расширение рисунка, который требуется нарисовать, нужно изменить на тип.png. Это делается очень просто, можно использовать графический редактор, к примеру, стандартный Paint. Файл сохраняется в директорию Matlab.

Затем нужно открыть файл finaldraw.m и заменить там emma.png на название рисунка, который нужно нарисовать.
Как видно на картинке, в качестве теста используется фотография Эммы Уотсон.

Компьютеры уже научились создавать потрясающие произведения искусства, и возможности в этой области ограничены только их способностью обучаться и изображать то, что они знают, в творческой манере.

Но может ли что-то, сделанное с помощью компьютерного алгоритма, где нет человеческих мыслей или эмоций, называться искусством? Мы привыкли к тому, что творчество - это прерогатива людей. Оно субъективно и заряжено чувствами. Это та область, в которой роботы вряд ли когда-нибудь смогут сравниться с живыми художниками. Но, возможно, они смогут помочь им выйти на новый уровень и полностью раскрыть свой потенциал.

Сегодня знакомимся с роботами, которые уже вошли в историю современного искусства.

Робот eDavid был сконструирован на факультете информатики Констанцкого университета в Германии для того, чтобы сваривать детали автомобилей. Но, как это часто бывает с прирождёнными художниками, судьба распорядилась иначе, и теперь Дэвид пишет картины.

Oliver Deussen and Thomas Lindemeier/Univ. of Konstanz

Его создатели, Оливер Дойссен и Томас Линдемайер, снабдили робота камерой, сенсорами и программным обеспечением, которые позволяют ему перерабатывать и воссоздавать изображения в разных техниках. Дэвид даже подписывает свои произведения.

Oliver Deussen and Thomas Lindemeier/Univ. of Konstanz
Oliver Deussen and Thomas Lindemeier/Univ. of Konstanz
Oliver Deussen and Thomas Lindemeier/Univ. of Konstanz

Талантливый робот Пиндара Ван Армана

Некоторые свои картины робот Пиндара Ван Армана пишет в полностью автоматическом режиме. Сначала он фотографирует то, что хотел бы изобразить - например, вида на Нью-Йорк, - а затем переносит изображение на холст в «авторской» интерпретации.

Pindar Van Arman

В отличие от Дэвида этот робот относится к категории так называемых телероботов и способен создавать произведения совместно с человеком. Результаты такого тандема бывают весьма неожиданными:

Pindar Van Arman
Pindar Van Arman

The Painting Fool

«Рисующий дурак» - это детище Саймона Колтона, профессора лондонского колледжа Goldsmith. В июле 2013 года у робота-художника прошла полноценная выставка в парижской галерее Oberkampf. С тех пор его работы не раз выставлялись онлайн и оффлайн.

Коллаж, созданный на основе новостных сводок из Афганистана http://www.thepaintingfool.com/

Создатель «дурака» первым предложил оценивать творческие способности искусственного интеллекта отличным от теста Тьюринга образом: робот-художник должен обладать «мастерством» и «образным мышлением», а также быть «восприимчивым» к окружающему миру. Поэтому многие работы «дурака» основаны на реальных событиях.

http://www.thepaintingfool.com/

Picassnake

Робот, созданный командой разработчиков из Манитобского университета, выглядит, как плюшевая зелёная змея. Змеебот рисует под музыку, из которой и черпает вдохновение. Это значит, что он танцует под модненький инди-рок и наносит на полотно мазки, которые постепенно превращаются в произведение импровизированного абстрактного искусства.

Картина, написанная роботом Picassnake под композицию These Demons группы Greek Riots

Робот Пол

Патрик Трессет больше не пишет картины, но называет себя художником. Его робот Пол уже много лет остаётся одним из самых успешных творческих роботов. Работы, созданные совместно с Полом, выставлялись в лучших музеях мира, участвовали в серьёзных выставках и полюбились многим ценителям искусства и даже критикам. Кажется, они и впрямь достигли статуса «произведений искусства» в глазах широкой публики.

http://patricktresset.com/new/

AARON

Удивительно, но художники экспериментируют с искусственным разумом уже довольно давно. В 1973 году Гарольд Коэн, профессор Калифорнийского университета, создавал произведения искусства совместно с программой AARON. Десятилетиями AARON была способна автономно производить творческие работы. В конце 80-х Коэн уже шутил, что станет единственным художником, чья посмертная выставка будет целиком и полностью состоять из картин, написанных после его смерти.

Harold Cohen and AARON
Harold Cohen and AARON
Hank Morgan | Getty

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №16 «Французская»

Робот «Рисовальщик»

Шульженко Александра,

учащиеся инженерного 7 «В» класса

Руководители проекта:

Бублик Анна Николаевна,

Краскова Мария Ивановна,

учителя информатики

г. Новосибирск 2016

Оглавление

Паспорт проекта

Цель: на основе микрокомпьютера EV 3, деталей конструкторов ЛЕГО и различных дополнительных материалов сделать робота, способного «нарисовать» на плоскости заданную фигуру (круг, квадрат, треугольник) при помощи пшена.

Задачи:

Составить план сбор автономного робота «Рисовальщик»;

Осуществить сборку робота, который способен рисовать на плоскости геометрические фигуры при помощи зерна;

Составить программу для корректной работы робота;

Провести апробацию робота «Рисовальщика».

Тип проекта

Творческий проект.

Используемые технологии

3D принтер , ПО LEGO Mindstorms EV3 Home Edition, набор LEGO Mindstorms education.

Форма продукта проекта

Робот «Рисовальщик».

Результативность

Участие в турнире юный инженер-исследователь.

Введение

С недавнего времени в школах появились инженерные классы, в том числе и в нашей гимназии.

Инженер-конструктор - инженерная специальность , чья деятельность необходима для разработки и создания конечного продукта из продуктов и ресурсов существующего материального производства. Например, инженер-конструктор деревообрабатывающего и мебельного производства, инженер-конструктор стальных конструкций и т. д. Под созданием конечного продукта при этом понимают объединение продуктов, например, сборка, монтаж, сварка, бетонирование и т. д.

Инженер - специалист, осуществляющий . Инженеры вовлечены, как правило, во все процессы жизненного цикла , являющихся предметом инженерного дела, включая , планирование, разработку технологии изготовления, подготовку технической документации, производство, наладку, испытание, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и утилизацию устройства, и . В своей деятельности инженер опирается на и . В список должностных обязанностей инженера входит разработка технической документации, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ, участие в работах по исследованию, разработке проектов и программ предприятия, в проведении мероприятий, связанных с испытаниями оборудования и внедрением его в эксплуатацию, а также выполнении работ по стандартизации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов, в рассмотрении технической документации и подготовке необходимых обзоров, отзывов, заключений по вопросам выполняемой работы и многое другое. Для формирования этих навыков в нашем «Робототехника», «инженерном классе ведется много интересных предметов, например, Программирование», «Проектная деятельность» и другие.

В 5 классе на уроках робототехники мы впервые попробовали собрать и запрограммировать робота. В декабре 2014г. мы приняли участие в городском конкурсе по робототехнике, попробовав свои силы в «Сумо», «Линия». В декабре 2015г. мы приняли участие в городском конкурсе по робототехнике в категориях: «Сумо. Перетягивание каната», «Линия. Доставка грузов».

В начале 2016 года по муниципальным образовательным учреждениям были отправлены задачи на турнир юных инженеров – исследователей. И мы подумали: «А действительно, можно ли сделать робота, который рисует зерном?», как было сказано в одной из задач.

Мы обозначили следующую гипотезу: может ли робот рисовать геометрические фигуры при помощи пшена?

Цель нашего проекта: на основе микрокомпьютера EV3, деталей конструкторов ЛЕГО и различных дополнительных материалов сделать робота, способного «нарисовать» на плоскости заданную фигуру (круг, квадрат, треугольник) при помощи пшена.

Для достижения цели были решены следующие задачи:

составить план сбор автономного робота «Рисовальщик»;

осуществить сборку робота, который способен рисовать на плоскости геометрические фигуры при помощи зерна;

составить программу для корректной работы робота;

провести апробацию робота «Рисовальщика».

Основные методы создания – это моделирование, конструирование и программирование нашей модели с помощью конструктора LEGO Mindstorms .

В ходе выполнения проекта нами был создан робот «Рисовальщик», который способен нарисовать геометрические фигуры при помощи пшена.

Описание проекта

На первом этапе осуществлялся поиск необходимой информации, знакомство с 3D принтером и его программным обеспечением. Мы просмотрели в интернете множество моделей роботов «Рисовальщик», все они, безусловно, интересные, но нам хотелось создать робота с крепкой и устойчиво конструкцией.

Проанализировав всю информацию, мы поняли, что основой нашего робота будет трёхколёсный бот с тележкой, в которой находится емкость для хранения и подачи зерна.

На втором этапе мы определились с тем, как будет выглядеть робот «Рисовальщик», какое количество моторов, деталей нам нужно будет использовать, как, каких и сколько нужно использовать микропроцессоров.

Для создания модели робота мы использовали:

3 D принтер;

набор LEGO Mindstorms education ;

программное обеспечением LEGO Mindstorms EV3 Home edition.

В таблице приведены основные блоки и их использование в проекте.

Изображение

Название

Для чего используется

Микропроцессор EV3 .

Управляют движением сервомоторов NXT

2 Сервомоторов EV3

Электромоторы управляют движением робота

Средний сервомотор EV3

Электромотор управляет функцией подачи пшена

Воронка

Для хранения и подачи зерна

Продумав все конструкционные элементы, мы приступили к конструированию нашей модели. Модель робота состоит из двух частей трехколесного бота и тележки с воронкой. В основу трехколесного бота входит микропроцессор EV 3 и 2 сервомоторов EV3, отвечающих за движения робота.

Тележка состоит из деталей лего, а вот воронку нам пришлось моделировать и создавать с помощью 3 D принтера. За подачу пшена в воронке отвечает средний сервомотор EV3.

Как и у всех конструкций есть плюсы и минусы, наш робот не исключение. Преимущество конструкции: Крепкая, легкая, устойчивая конструкция. Работает быстро и манёвренно. Может помогать людям (в рассортировки зерна, посадки культур).

Сложность возникла при сборке устройства выдачи робота «Рисовальщик». Первоначально конструкция робота задумывалась таким образом, чтобы зерно высыпалось только тогда, когда робот движется по заданной траектории. Для этого был создан клапан, который задерживал зерно внутри устройства. Но мы столкнулись с тем, что пшено просто не высыпалось из устройства. Поэтому нам пришлось переделать клапан на лапку, которая периодически ударяет по носику, тем самым помогает зерну высыпаться. Вот плюсы и минусы нашего робота:

Плюсы данной конструкции

Минусы данной конструкции

Крепкая, легкая, компактна, устойчивая конструкция.

Неудобно расположен аккумулятор робота.

Работает быстро и манёвренно.

Сложность при сборке (конструкция выдачи).

Может помогать людям в посадке полевых культуры в удобрении почвы.

Этапы сборки:

Выявление функций, необходимых роботу;

Создание конструкции робота, отвечающей этим функциям;

Создание программы, испытание;

Устранение дефектов;

Показ робота.

На третьем этапе мы создавали программу движения робота в среде программирования LEGO MINDSTORMS EV 3 Home Edition . В ходе работы над программой нами был составлен алгоритм движения робота по траектории: квадрат, круг, треугольник с заданными сторонами и углами.

3)

4) Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 в среде EV3: основные подходы, практические примеры, секреты мастерства / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. – Челябинск: ИП Мякотин И.В., 2014. – 204 с.