XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот-охранник на базе VEX IQ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В настоящие время существует множество систем безопасности, осуществляющих мониторинг окружающей среды, а также предотвращающих попытки взлома, несанкционированного доступа к объекту.
Роботы и автоматы работают в промышленности, помогая или вовсе заменяя человека. Их труд неоценим там, где есть риск для жизни человека. Но могут ли они заменить обычных охранников в патруле? И так ли нужна эта замена?
Патрулирование объектов — не самая опасная работа. Здесь нет такого повышенного риска как, например, на предприятиях, где роботы передвигают тяжелые заготовки, с которыми не справляется даже кран. Тем не менее, охранные роботы уже сегодня патрулируют заводы, стройки, электространции и др.
В первую очередь это помогает сэкономить на оплате труда нескольких охранников. Кроме того, охрана и мониторинг требуют ответственности и внимательности, а человек не всегда может быть начеку из-за усталости. Роботы в этом плане преуспевают, так как им не нужен отдых.
Основная часть проектной работы
Актуальность проекта состоит в том, что роботы сегодня призваны не только помочь человеку, но и избавить его от рутинной или вредной работы. Охранники - люди этой профессии тратят большую часть своего времени, почти ничего не делая. Даже в случае какой-то нештатной ситуации, их основная задача, согласно инструкциям, состоит в том, чтобы как можно быстрее сообщить об этом всеми возможными способами в соответствующие службы, а уже затем непосредственно действовать по ситуации. Другими словами, охранники должны ходить вокруг зданий и офисов (а также внутри них), контролируя доверенную зону и иногда общаться с людьми. И, (это самое важное) если заметят что-нибудь подозрительное, то должны немедленно сообщить об этом.
Объект и предмет исследования:
Объект исследования: промышленная робототехника.
Предмет исследования: изучение особенностей моделирования, программирования и создания робота охранника.
Цель творческой работы:
Создать робота-охранника, который бы позволял обнаруживать злоумышленника и подавать световое и звуковое оповещение .
Задачи проектной работы:
изучение новых возможностей образовательного робототехнического набора VEX IQ;
разработать и собрать свою модель робота-охранника;
составить алгоритм и программу работы робота-охранника.
Технологическая часть
Разработка модели робота
Разрабатываемый в рамках данного проекта робот представляет собой мобильную платформу (на основе робота «Автопилот») на базе робототехнического набора VEXIQ.
Для сборки робота использованы следующие основные элементы:
Блок VEX;
Два электромотора – регулирует и измеряет скорость, направление, время, количество оборотов в минуту и/или градус поворота с помощью кодового датчика;
два датчика расстояния – использует ультразвуковые волны для измерения расстояния. Измеряет расстояние в диапазоне от 2,5 см до 3 м;
гиродатчик – измеряет скорость поворота и рассчитывает направление;
бамперный переключатель – позволяет улавливать момент контакта с платформой VEXIQ. Фиксирует наличие стен, препятствия либо ограничивает движения механизма.
контактный индикатор – интеллектуальный датчик с красным, зеленым и синим светодиодным индикаторами. Постоянно включен, выключен или мигает с любой частотой. Контактный датчик с воспринимающим «пальцем».
Алгоритм сборки робота:
собрать робота «Автопилот» по инструкции в комплекте;
подключить датчики: бампер, контактные индикаторы, датчики расстояния, гиродатчик;
придать конструкции робота - охранник.
Программа для работы робота
Основная задача робота патрулирование охраняемой территории, при обнаружении объекта на определенном расстоянии робот подает звуковое и световое оповещение. Робот работает в двух режимах:
1 режим: движение робота по периметру охраняемой территории (начиная от центра). При обнаружении объекта робот поворачивается на 900 к объекту и издает звуковое и световое оповещение;
2 режим: движение робота вокруг своей оси. При обнаружении объекта робот поворачивается и движется к объекту со звуковым и световым оповещением. При отдалении объекта, робот возвращается на место и продолжает повороты.
Программа движения робота написана в программе VexCode IQ blocks визуальная (графическая) среда программирования.
I шаг: Подключение блока VEX к компьютеру.
II шаг: Подключить все необходимые устройства к соответствующим портам
Д атчики расстояния – 4,9 порт
Бампер – 5 порт
Трансмиссия – 1,6 порт
Гиродатчик – 2 порт
Контактный индикатор – 8,11 порт
III шаг: Составление блок-схемы
Основная программа: при включении робот находится в режиме ожидания. Если нажат индикатор касания 1 (TouchLED11), то включается 1 режим выполнения программы. Если нажат индикатор касания 2 (TouchLED8), то включается 2 режим выполнения программы.
индикатор касания 8
индикатор касания 11
Подпрограмма Zadacha1. При запуске режима 1, робот подъезжает к стене охраняемой территории и начинает бесконечное движение по периметру зоны. Датчик расстояния (distance 9) определяет до стены и при значении меньшем 12 см. робот поворачивается налево. При обнаружении объекта (distance 4) в зоне меньше 40 см робот издает звуковое и световое сообщение на TouchLED 8 и 11.
Датчик расстояния 9
Датчик расстояния 4
Подпрограмма Zadacha2. При запуске режима 2, робот начинает вращение по часовой стрелки (полный оборот), а затем против часовой стрелки (полный оборот). Цикл бесконечен. При обнаружении датчиком расстояния (distance 4) объекта останавливается, поворачивается к нему и начинает движение к объекту (distance 9). Если объект отходит, то робот возвращается на место и продолжает обследовать территорию, до следующего объекта.
Датчик расстояния 4
Датчик расстояния 9
Заключение
После проведенный тестовых испытаний была можно сделать вывод, что сконструированный робот с загруженной в него программой выполнили свои функции на 72 %
|
№ п/п |
Действие, которое должен выполнять робот |
Результат |
|
Режим 1 |
||
|
1 |
Движение по периметру охраняемой территории |
Выполняет |
|
2 |
Обнаруживает объект на заданном расстоянии |
Выполняет |
|
3 |
Поворачивает в сторону объекта |
Выполняет |
|
4 |
Включает звуковое сопровождение |
Выполняет |
|
5 |
Включает световое сопровождение |
Выполняет |
|
6 |
Задерживается возле объекта |
Не выполняет |
|
7 |
Выключает звуковое и световое сопровождение сразу после удаления объекта |
Не выполняет |
|
Режим 2 |
||
|
1 |
Поворот вокруг своей оси |
Выполняет |
|
2 |
При обнаружении объекта поворачивается к нему |
Не всегда выполняет |
|
3 |
При обнаружении объекта подъезжает к нему |
Выполняет |
|
4 |
После касания отъезжает от объекта |
Выполняет |
|
5 |
Если объект остался в зоне видимости, подъезжает ли робот повторно |
Не выполняет |
|
6 |
После удаления объекта, возвращается робот на исходное положение |
Выполняет |
|
7 |
После возвращения на исходное положение продолжает повороты |
Выполняет |
Как программа, так и конструкция робота требует доработок.
Режим 1.
Движение робота должно быть по произвольному периметру охраняемой зоны (не только прямоугольного).
Робот должен останавливался строго возле объекта и продолжать движение только после удаления объекта из зоны видимости.
Режим 2.
При обнаружении объекта, робот должен сразу подъезжать к нему или следовать за ним, оповещая при этом звуковой и световой сигнализацией.
Список используемых источников
Волкова Е.В., Мацаль И.И. Основы программирования в среде VEXcodeIQ: Учебно-методическое пособие – М.: Издательство «Экзамен», 2021 – 64с.
http://vexacademy.ru/