XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
РОБОТ-ОХРАННИК НА БАЗЕ КОНСТРУКТОРА LEGO MINDSTORMS EV3
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Робототехника – одна из наиболее актуальных наук на сегодняшний день, у многих по дому передвигаются бытовые роботы-пылесосы, занимающиеся уборкой. На выставках нас встречают, роботы, которые общаются с нами и делятся нужной информацией. Боевые роботы спасают многие человеческие жизни, участвуя в разведывательных операциях и разминировании. Промышленные роботы все лучше и качественнее выполняют работу на предприятиях разных направлений. Роботы ходят, ездят, летают, плавают, общаются, танцуют и создают шедевры мирового искусства. Да, многие из этих умных машин еще не настолько совершенны в своем исполнении и не всегда действуют автономно, без нашей помощи. Но мы как никогда близки к этому.
В робототехнике соединяются механика, системы управления и искусственный интеллект, активно развивающиеся в наше время направления, именно эта сфера является важнейшим составляющим научно-технического прогресса в современном мире.
Робототехника в наше время стала очень доступной, и меня заинтересовал вопрос: «Возможно ли построить робота-охранника самостоятельно на базе конструктора Lego Mindstorms?»
Целью моего исследования стало изучение принципа работы и создание модели робота-охранника на основе конструктора Lego Mindstorms.
Передо мной встали следующие задачи:
Продумать конструкцию робота;
Изучить принцип работы датчика ультразвука;
Написать программу для работы робота-охранника;
Привлечение интереса молодежи к научно- техническому творчеству, робототехнике.
Объектом исследования является конструктор Lego Mindstorms EV3. Предметом исследования стал принцип строения и работа робота на базе этого конструктора.
Актуальность работы состоит в том, что конструкторы Lego Mindstorms EV3 широко используются в обучении робототехнике и многим детям будет полезно узнать, как можно построить робота-охранника.
Конструктор Lego Mindstorms EV3, построение робота
Модель конструктора Lego Mindstorms EV3вышла в свет в 2013 году (Приложение, рис.1).
В набор конструктора входят :
- контроллер;
- моторы;
- датчики (цвета, касания, ультразвука и т.д);
- соединительные кабеля ;
- различные балки, пластины, штифты, втулки….
При создании робота важно понимать суть работы каждого элемента конструктора.
Рассмотрим некоторые из них.
Главный элемент конструктора – это контроллер (микрокомпьютер), он является «мозгом» любой модели робота, он позволяет роботу «ожить» и производить какие-либо действия Контроллер собирает данные с датчиков и управляет моторами с помощью загруженной программы[3].
Информацию об окружающем мире контроллер получает от датчиков: ультразвукового, касания, и датчика цвета…
Датчик касания позволяет роботу реагировать на касания и в зависимости от ситуации (нажатие, касание, щелчок) реагировать на это. Датчик цвета дает возможность роботу определять цвет поднесенного к нему предмета, измерять степень освещенности помещения.
Остановимся на ультразвуковом датчике (Приложение, рис.4). Главное назначение ультразвукового датчика, это определение расстояния до предметов, находящихся перед ним. Для этого датчик посылает звуковую волну высокой частоты (ультразвук), ловит обратную волну, отраженную от объекта и, замерив время на возвращение ультразвукового импульса, с высокой точностью рассчитывает расстояние до предмета [6].
Ультразвуковой датчик может выдавать измеренное расстояние в сантиметрах или в дюймах. Диапазон измерений датчика в сантиметрах равен от 0 до 255 см, в дюймах - от 0 до 100 дюймов. Датчик не может обнаруживать предметы на расстоянии менее 3 см (1,5 дюймов). Так же он не достаточно устойчиво измеряет расстояние до мягких, тканевых и малообъемных объектов [6].
Программное приложение конструктор Lego Mindstorms EV3 основано на графическом языке программирования, оно позволяет легко составлять программу для работы робота с помощью командных блоков. Таким образом, чтобы писать программы, следует размещать блоки функциональности на схеме.
Итак, изучив работу конструктора и среду программирования, я понял, что конструкция робота-охранника может быть абсолютно любой, главное чтобы он мог определять нарушение периметра на определенном расстоянии, издавать звуки (например выстрелы). Чтобы работа не выглядела слишком скучно, я подобрал модель на сайте Prorobot.ru и собрал ее (Приложение, рис.5). Сборка робота оказалась не такой уж и сложной, так как я люблю этим заниматься, а потом решил ее немного доработать. Я подключил к своей модели датчик звука NXT, который может реагировать на шум (Приложение, рис. 5 ) .
Датчик звука NXT (Приложение, рис.3) измеряет интенсивность (громкость) звука, используя микрофон на передней стороне датчика. Например, вы можете использовать датчик звука, чтобы заставить робота реагировать на громкий звук, такой как хлопок в ладоши. "Значение уровня звука (дБА) скорректировано таким образом, чтобы приблизить его к примерной чувствительности человеческого уха к разным частотам. [5].
Программирование робота- охранника
На этапе программирования робота началось самое интересное. Для осуществления поставленной задачи пришлось проводить различные эксперименты, составлять много элементарных программ для выполнения роботом несложных действий и проводить тестирование. После этого мне стало ясно, что согласно поставленной задаче, нужно прописать в программе целую цепочку действий, каждый шаг.
В итоге получилась следующее (Приложение, рис.7): при появлении какого-либо объекта в зоне ультразвуковой волны или при определенном уровне шума, робот начинает издавать звуки.
Вывод
Для достижения поставленной цели – создания робота-охранника самостоятельно на базе конструктора Lego Mindstorms EV3– я изучил принцип строения и работы робота, среду программирования Lego Mindstorms EV3. Я узнал, что главным элементом конструктора является контроллер EV3, моторы и датчики, а для того чтобы робот «ожил», необходимо написать программу, отладить ее и загрузить в контроллер.
Собранный мной робот-охранник, после загруженной в него программы , выполнил все действия, согласно условиям.
Таким образом, по итогам проделанной работы, можно сделать вывод, что изучив принцип работы робота и среду программирования, можно изготовить робота-охранника на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 самостоятельно. Следовательно моя гипотеза доказана, цели и задачи проекта выполнены.
Учитывая, что я планирую продолжать заниматься робототехникой, изучать другие виды конструкторов, микроэлектронику, я буду совершенствовать совершенствовать своего робота и создавать другие новые модели.
Список литературы
Программы NXT- Забавные проекты для вашего LEGO Mindstorms [электронный ресурс] URL:http://www.nxtprograms.com/ (дата обращения 6.09.2022)
http://www.brainstorming.ru – научно-методический сайт, материалы по развитию творческого мышления и интеллекта.
Лего роботы и инструкции для робототехника [электронный ресурс] URL// http://www.prorobot.ru/ (дата обращения 10.12.202).
Виес Ю.Б. Настольная книга для мальчиков.- Мн: Книжный дом, 2006.- 672 с.
https://ev3-help-online.api.education.lego.com/Education/ru-ru/page.html?Path=editor%2FUsingSensors_SoundSensor.html (дата обращения 10.12.2022).
Лего роботы и инструкции для робототехника (prorobot.ru) (дата обращения 8.12.2022).
Приложение
Рис.1 Набор Lego Mindstorms EV3
Рис.2 Контроллер LegoMindstormsEV3 с подключенными моторами и датчиками
Рис.3 Датчик звука NXT Рис. 4 Датчик ультразвука
Рис.5 Готовая модель Робота-охранника
Рис.6 Модель Робота-охранника с датчиком звука
Рис.7 Программа для Робота-охранника