XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
УПРАВЛЯЕМЫЙ РОБОТ-СПАСАТЕЛЬ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Несмотря на то, что мы живем в современном мире, в жизни человека существует много опасностей, связанных с угрозой его здоровью и жизни, например, природные, техногенные и социальные. При возникновении этих ситуаций люди ждут помощи от служб спасения, ведь у них есть все современные способы защиты от негативных факторов и самое современное технологическое оснащение. И все же спасатели продолжают получать много увечий, когда спасают людей из пожаров, завалов и подобных чрезвычайных ситуациях. И я считаю, что в наш век это неприемлемо. Для уменьшения, а в последствии полного искоренения таких ситуаций можно использовать роботов.
Для помощи и защиты человека можно использовать роботов. Они в условиях опасной и непредсказуемой среды могут быстро просчитывать алгоритмы действий и безошибочно их выполнять. Роботы могут работать как автономном (без участия человека), так и при помощи оператора.
Я решил создать своего небольшого робота спасателя - малогабаритного, легко управляемого, с высокой проходимостью и с возможностью доставлять небольшие грузы. Изучая интернет-источники и литературу по данной теме, я не нашел готовых программ для создания похожего робота, поэтому в моем исследовании есть новизна.
Актуальность. Много спасателей получают травмы и увечья из-за работы напряжённых условиях - дым, пыль, огонь в зоне бедствия, возможность утечки газа, обрушения и т.д. Спасение одних человеческих жизней (потерпевших) может принести потерю других (спасатели), но мой робот может минимизировать потери человеческих жизней.
Гипотеза. Возможно самостоятельно создать и запрограммировать робота спасателя.
Цель проекта: изучение и создание робота для облегчения работы спасателей
Задачи:
ознакомиться с различными приемами создания роботов - спасателей;
выбрать материалы и инструменты для собственного робота - спасателя;
приобрести необходимые материалы и электронные компоненты для робота - спасателя;
распечатать необходимые детали с помощью 3D принтера и программы Cura;
собрать конструкцию робота - спасателя;
апрограммировать на основе языка C++ Плату ArduinoMega, что позволит управлять всей системой робота - спасателя;
установить и настроить FPV систему
Основная часть
Готовимся к работе
В первую очередь я решил разобраться в способе перемещения робота, то есть изучить использование колес, возможность полета или создание шагающего робота. Я выбрал последний вариант – «шагающий робот», ведь «ноги» имеют большую проходимость, чем колеса и имеют меньшие габариты по сравнению с летательными аппаратами.
После из-за большого количества шаговых роботов, я нашел наиболее оптимальную для себя 3д модель корпуса и прототип программы в интернете.
Затем я составил список нужных мне деталей и заказал их.
Технология работы
При рассмотрении вариантов работы робота я руководствовался принципами – дешевизна создания и простота использования.
1.Выбор способа передвижения.
Выбор способа передвижения я начал с изучения в социальных сетях моделей используемых роботов, например:
тяжёлый гусеничный Робот Tmsuk T52, который используют для разбора завалов и поднятия веса до 500 кг,
Небольшой гусеничный Робот Cougar 10-LTM, который способен видеть сквозь стены,
Змееподобный робот Snakebot , который с легкостью проникает сквозь узкие проходы,
Разработанный русским конструктором Игорем Лобановым, робот Isopod.
Приложение 1.
Основываясь на опыт использования тех или иных роботов, я остановил свой выбор на 3-х вариантах средств передвижения, которые я бы смог реализовать в своей работе – ходьба, колеса или беспилотный летательный аппарат. При этом я руководствовался 3 правилами:
1) Высокая проходимость,
2) Малогабаритность,
3) Возможность дополнительной нагрузки.
Я думаю понятно, что означает малогабаритный и имеющий хорошую проходимость, но про возможность нагрузки стоит пояснить. Я не планирую, что робот вытащит на себе человека, а предполагаю, что на него можно поместить набор первой необходимости, который поможет пострадавшему, например, оказать себе первую помощь во время ожидания спасателей.
Теперь объясню почему все-таки приоритетным для меня стал шагающий робот.
Хоть при помощи передвижения на колесах или гусеницах, за счет мощных и хороших движков, робота можно сильно нагрузить, но при этом в проходимости, при таком размере, они сильно уступают другим вариантам.
Летательный аппарат или коптер сможет быстро преодолеть большое расстояние, например, пролететь весь лес, и на него даже можно будет повесить аптечку, но в стрессовой ситуации люди его могут испугаться, он травмоопасен, если вешать на него груз, то его размеры сильно увеличиваются и в условиях условного пожара будет плохая видимость из-за дыма. Поэтому этот вариант для воплощения своего проекта я отклонил.
Остаётся вариант шагающего робота. Такой вид робота соответствует цели и концепции моего проекта:
- он обладает высокой проходимостью,
- малогабаритен,
- его конструкция позволяет увеличить нагрузку в случае необходимости,
-можно управлять дистанционно на большом расстоянии, что позволит избежать возможных травм спасателей.
2. Печать компонентов.
После того как я определился со способом передвижения и задачами которые должен выполнять мой робот, встал вопрос о внешнем виде робота, материале для его изготовления и способе их изготовления. В интернете можно найти каналы, на которых люди рассказывают о своих проектах, на одном из них я нашел 3D модель корпуса своего будущего робота. После этого я преступил к печати деталей на 3д принтере. В моем случае их было 2 - Anet A 8 и Flying Bear Ghost 5.
В качестве филамента были выбраны:
ABS для деталей на которые идет нагрузка
PLA для остальных деталей корпуса
В будущем корпус будет усилен карбоновыми стержнями
Для печати нужно с начала разделить 3D модель на слои для загрузки программы в принтер. Естественно никто не будет делать это вручную, поэтому существуют слайсеры, в моем случае это Cura. В ходе работы не обошлось без проблем. Иногда у меня сбивалась настройка стола, иногда напечатанные детали были не качественные и их приходилось переделывать, например, когда я забывал менять настройки печати при смене филамента. Приложение 2 и Приложение 3.
3.Сборка.
После того, как я распечатал детали корпуса я преступил к сборке робота.
В качестве микроконтроллера, проще говоря мозгов робота, я выбирал между raspberry pi 3 и Arduino mega. Для своего проекта я решил, что роботу будет нужен оператор, поэтому был сделан выбор в пользу Arduino mega – ее мощности достаточно для выполнения задач моего робота.
Пластиковые детали соединяются между собой винтами, поэтому для большей надежности в местах соединения вплавлены металлические втулки
Далее я приступил к сборке ног. Тут надо отметить, что у ног робота 3 сустава и управляет каждым отдельный сервопривод. В силу возможностей повышающих преобразователей на одну «повышайку» приходится 6 серводвигателей или 2 ноги.
Плата, камера, фонарь и габариты питаются от отдельных «повышаек». Далее были поставлены габариты (светодиоды) они управляются через мосфет модули. По идее этот модуль как ключ, когда на него подают сигнал, он замыкается. Также была подключена система охлаждения в виде 2 вентиляторов, а также камера и приемник. Приложение 4.
4. Программа.
Прототип программы был взят из интернета, программа для управления роботом написана в Arduino IDE. Сложность программирования многоногих роботов заключается в написании программы для последовательного перемещения конечностей при движении робота.
В рамках моего проекта я предусмотрел возможность управления габаритными огнями и фонариком. Внешне это выглядит просто - когда я нажимаю на кнопку на пульте, он отправляет сигнал приемнику, тот его принимает и отправляет микроконтроллеру, тут он обрабатывается и либо включает габариты или выключает их. Так же и с фонариком. Использование габаритов и фонарика позволяет использовать робота в темное время суток. Приложение 5.
Заключение
В ходе работы я окончательно убедился, что роботы-спасатели действительно являются эффективным инструментом для современных спасателей.
Создание робота спасателя стало для меня неоценимым опытом. В ходе проекта был создан робот спасатель способный помочь реальным спасателем. Приложение 6.
Практические советы
Будьте готовы к ошибкам
Не старайтесь делать все и сразу
Начинайте c простых задач
Делайте перерывы
Не стесняйтесь использовать опыт других людей
Соблюдайте технику безопасности на всех этапах работы
Несмотря на то, что в результате работы над проектом мной был создан робот-спасатель , который может облегчить и обезопасить работу спасателей, я достиг цели и всех поставленных задач, но останавливаться на достигнутом я не планирую. В будущем можно изменить пульт и приемник, тогда будет больший радиус работы, можно поставить raspberry pi и написать программу, которая позволит работать роботу без оператора.
Библиографический список использованной литературы и электронных ресурсов
https://markwtech.com/robots/hexapod/
https://www.arduino.cc/en/main/docs
Книга “Программирование на Python. Том II. 4-е издание (2011)”
Приложения
Приложение 1. Используемые службой спасения роботы
|
Робот Tmsuk T52 |
Р обот Cougar 10-LTM |
|
Змееподобный робот Snakebot |
робот Isopod |
Приложение 2. Настройки печати в программе Cura
Приложение 3. Процесс печати частей робота
Приложение 4. Процесс сборки робота - спасателя
Приложение 5. Программирование робота - спасателя
Приложение 6. Робот - спасатель в законченном виде