XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот-уборщик TURBOTRACK. Роботизированная уборка городской среды
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Мечта: Изобрести беспилотный уборщик на гусеницах для уборки города зимой и летом в автоматическом режиме на электротяге для того, чтобы город был всегда чистым.
Актуальность работы: Зимой и летом в общественных зонах города очень остро стоит вопрос своевременной уборки тротуаров и территории от снега, пыли и мусора. Сейчас за чистотой следят дворники. TURBOTRACK позволит заменить тяжелый человеческий труд работой машины.
2. Анализ ситуации
Новая техника для ЖКХ позволит уменьшить не только физический труд человека, но также сократить расходы на содержание огромного количества дворников, тракторов и трактористов, за счет того что TURBOTRACK будет способен сам убирать улицы в автономном режиме. Кроме того постоянно чистые тротуары и газоны будет всегда радовать глаз прохожих. Применение электродвигателей, позволит сократить вредные выбросы в атмосферу и в отличии от тяжелой дизельной техники, мой TURBOTRACK совершенно экологичный. Чистые тротуары — это не только безопасно, но и красиво!
3. Решение проблемы
Для робота-уборщика Turbotraсk необходимо было разработать гусеничную платформу, гусеничные траки, рассчитать силовую установку. Продумать механизм для быстрой смены щеток/отвалов/шнеков, спроектировать механизм подъема стрелы. Требовалось спроектировать специальный пылесос для установки на стрелу, а также контейнер для мусора. Также необходимо было поработать над промдизайном, чтобы техника радовала глаз. Ну и самое главное - наделить его искусственным интеллектом.
4. Этапы проектирования
4.1. Разработка гусеничного трака
Основным условием было - высокий клиренс и большая площадь опоры, чтобы увеличить проходимость. Ведущее колесо было самым сложным в разработке, из-за нехватки знаний в области правильного расчета зубьев. Также сделал автоматический механизм натяжки гусеницы на пружинке. Мегасложный элемент в разработке - трак. Я долго пытался сделать правильный зуб, чтобы он заходил в зацеп с ведущим колесом. Спроектировал в Компасе 3D
4.2. Силовые установка. Двигатели и планетарные редуктора
Для уверенного движения на гусеницах требуется постоянный полный привод и мощный двигатель. Я решил пойти для себя новым путём и сделать танковое управление на четырех двигателях, это позволило мне сделать Turbotrack более маневренным. Теперь для разворота требуется не больше двойной ширины турботрака. Редуктор сделал из шестеренок от шуруповерта в одном корпусе с двигателем, получился мотор-редутор.
4.3. Разработка шасси
Шасси - основной силовой элемент на который приходятся все нагрузки, поэтому решено было сделать его профильной трубы 20*20мм. Папа мне помог вырезать по моим шаблонам и сварить по моим чертежам, я доработал напильником, загрунтовали покрасил.
4.4. Разработка вакуумной установки(турбина, кузов)
TURBOTRACK не может быть без турбины, поэтому спроектировал целую вакуумную установку. Турбину сделал сам по урокам из youtube, запрессовал её на двигатель от шуруповерта, спроектировал корпус для турбины и контейнер для сбора мусора. Этой вакуумной установкой можно собирать пыль и мусор с тротуаров, а если включить реверс, то можно сдувать осенью листву.
4.5. Разработка стрелы и механизма подъема
Стрелу я решил сделать элементом дизайна, т.к. корпуса отдельного нет. Кроме того стрела оснащена механизмом быстросъема, что позволяет в считанные секунды менять навесное оборудование. Я разработал турбощетку, щетку для мойки бордюров и отвал, воплотить в жизнь успел только отвал. В качестве механизма подъема было принято решение использовать винтовую передачу. Сердцем подъемника стал двигатель от квадрокоптера, которому я спроектировал планетарный редуктор и поместил сам двигатель в редуктор.
4.6. Дизайнерское решение
Над промдизайном пришлось хорошо поработать, все элементы кузова и стрелы спроектированы так, чтобы техника вызывала восторг. Металлические конструкции покрасил из краскопульта в ярко-оранжевый цвет. Контейнер для мусора для своей экологичной машинки напечатал зеленым пластиком из экологического PETG.
4.7. Проектирование схемы электроники и программирование
Схему собирал на ARDUINO NANO, готовых модулях реле, светодиодном модуле, дальномере, также взял передатчик и камеру FPV. Всё соединил проводками. Скетч делал очень долго, было много глюков. Примеры брал в интернете и дорабатывал под свои нужны, также помогал руководитель, когда сталкивался с неразрешимыми проблемами.
4.8. Сборка, тестирование. Экспериментальная часть.
Все пластиковые элементы я распечатал на 3D принтере пластиком PETG. Собрал. Видео со сборкой и тест-драйвом есть у меня на канале youtube ТЕХНОМЕЙКЕР https://youtu.be/9nwD6lTg-lU
5. Результаты проекта
Робот-уборщик TURBOTRACK получился очень маневренным, габаритные размеры ДхШхВ: 700х400х300мм. Вес 14,2 кг. Работает на LiPo АКБ 4S. Управляется с помощью радиоаппаратуры как в прямой видимости, так и через FPV шлем в радиусе 1 км.
6. Перспективы проекта
Уже многое сделано. Я с роботом-уборщиком Turbotrack стал победителем на Всероссийском конкурсе изобретателей ШУСТРИК 2022, моё изобретение позволило мне стать участником международной выставки инноваторов IN’HUB 2022. С развитием своего проекта я знакомлю подписчиков через свой youtube канал ТЕХНОМЕЙКЕР https://youtu.be/9nwD6lTg-lU
Я пригласил в команду своего друга и начинающего программиста Арсения, вместе с ним хотим сделать Turbotrack умнее, установить больше датчиков, чтобы сделать технику ещё безопаснее, установить WiFi и подключить Turbotrack к интернету. Хотим написать программу для ардуины для автономного передвижения. Хотим сделать так, чтобы TURBOTRACK управлялся голосом.
7. Коммерциализация
Себестоимость моего Turbotrack составляет не больше одной месячной зарплаты дворника, около 20 000 руб. Один Turbotrack способен заменить не менее одного дворника, т.к. может работать 24 часа 7 дней в неделю с перерывом на зарядку. Продавать буду за шесть зарплат дворника, чтобы через полгода Turbotrack приносил не только пользу, но и прибыль покупателю. Таким образом можно заработать 100 000 руб с одного устройства. Всего в России трудится более 200 000 дворников и коммунальных работников, тяжелый труд которых способен заменить мой Turbotrack, таким образом емкость российского рынка составляет не менее 200 000 штук Turbotrack.
200 000шт * 100 000руб = 20 000 000 000 руб
Вот так я смогу заработать 20 миллиардов рублей! :)
8. Заключение
Подводя итоги создания робота-уборщика TURBOTRACK, виден огромный потенциал использования его для решения бытовых нужд любого человека, как в нашу жизнь начали входить роботы-пылесосы, которые освобождают людей от рутинной уборки, так и мой TURBOTRACK сможет помогать человечеству для решения бытовых вопросов по уборке территории в автоматическом режиме, без участия человека, без загрязнения окружающей среды вредными выбросами. Я уверен, что мой TURBOTRACK будет приносить пользу людям!