Очиститель водостока

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Очиститель водостока

Гуров С.С. 1
1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа №3" им.Д.Ф.Лавриненко
Гурова А.А. 1
1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа №3" им.Д.Ф.Лавриненко
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Жизнь в собственном доме загородом многим кажется очень привлекательной. Однако уборка дома занимает в разы больше времени, чем квартиры, в дом иногда заглядывают всякие незваные животные, каминную и водосточную трубы надо чистить, также необходимо следить за тем, чтобы крыша не протекала, а в дождливую погоду не переполнялся септик. В общем, жизнь в загородном доме имеет и достоинства, и недостатки. Мой папа уже второй год строит дом, в который мы планируем переехать жить, и прошлой осенью он установил водостоки. В конце осени мы обнаружили в них много опавших листьев и мелких веток, которые затрудняют поток воды. Их очень неудобно и долго вычищать вручную, поэтому я решил сделать робота для очистки водостока.

Цель проекта: создать очиститель водостока.

Исходя из поставленной цели были сформулированы задачи:

- исследовать необходимые технические и программные средства для создания робота;

- изучить и проанализировать уже имеющиеся решения для подобных роботов;

- выбрать комплектацию для робота и собрать его;

- запрограммировать робота.

В данной работе использованы следующие методы:

  1. Наблюдение и изучение.

  2. Анализ и обобщение.

  3. Моделирование.

1 Теоретическая часть

    1. Полезные инструменты для очистки водосточных желобов

Даже если водосточная система дома сделана идеально, всё равно требуется регулярное обслуживание желобов. Ниже описаны инструменты, которые будут полезны в процессе очистки водостоков от мусора и грязи. Профилактическую чистку водосточных желобов нужно проводить минимум дважды в год — после осеннего листопада, в преддверии холодов, и весной, когда заканчивается таяние снега и начинаются ливни.

Ручные способы очистки водостока:

  1. Чистить желоба можно просто руками. Потребуются лестница и перчатки, чтобы защитить руки.

  2. Если засоры невелики, прочистить водосточные трубы можно с помощью садового шланга. Или мойки высокого давления.

  3. Совки специальных размеров. Есть модели с зубцами на крае рабочей поверхности, чтобы зацеплять и поднимать слежавшиеся листья и грязь. Есть совки на телескопической ручке, чтобы не подниматься к желобу по лестнице.

  4. Щипцы на длинной ручке. Не требуется лестница, не нужно подключать воду, чтобы убрать мусор. Но нужно приловчиться, чтобы управлять этим инструментом, стоя внизу у стены дома.

  5. Щётки на телескопических ручках. Избавляют от необходимости карабкаться по лестнице, эффективно убирают всю грязь и мусор из желоба. Щетина должна быть достаточно жёсткой, а ручка — регулируемой по высоте.

  6. Телескопические палки с насадками для промывания водостоков. Подключаются к мойке высокого давления или просто садовому шлангу. Эффективно промывают весь водосточный желоб, в том числе в труднодоступных местах. Подниматься не нужно, ручка регулируется по высоте.

  7. Специальная насадка на обычный садовый шланг «водная ракета», которая усиливает напор воды и делает струю более направленной.


1.2 Возможности конструктора Lego Mindstorms EV3

В моем распоряжении находился набор конструктора LEGO MINDSTORMS EV3. Используя его, можно создать собственных роботов LEGO: животных, транспортные средства, машины, приборы и управлять ими. С помощью различных сочетаний программных блоков, моторов и датчиков можно заставить свои модели ходить, говорить, захватывать предметы, думать, стрелять и выполнять любые действия, которые только можно придумать. Каждый робот обладает уникальными функциями и программами для управления его поведением, которые можно написать в бесплатном приложении для программирования для планшетов и ПК/MAC. Есть множество способов оживить роботов LEGO MINDSTORMS, используя специальное приложение, которое можно установить на смартфон.

В состав набора входит микрокомпьютер и различные датчики. Большинство датчиков являются попыткой скопировать органы чувств человека и животных. В случае с конструкторами Lego датчики получают какую-то информацию от окружающей среды. Затем полученный сигнал преобразуется в удобную для обработки форму.

1.2.1 Датчик касания

    • Датчик касания LEGO EV3 является одним из самых простых датчиков. В самом начале нужно разобраться что такое датчики и для чего они нужны. Большинство датчиков являются попыткой скопировать органы чувств человека и животных. В случае с конструкторами LEGO датчики получают какую-то информацию от окружающей среды. Затем полученный сигнал преобразуется в удобную для обработки форму.

    • Датчик касания LEGO EV3 является обычной подпружиненной кнопкой. Очень похожая кнопка у обычных дверных звонков. Когда нажимаешь на кнопку раздается звонок. Если нажатия нет, то контакт под действием пружины возвращается обратно. Такое хорошо всем знакомое устройство как компьютерная мышь также использует датчик касания. В клавишах мыши расположены кнопочные микровыключатели, которые при нажатии издают характерный щелчок. Датчик касания LEGO EV3 является аналоговым датчиком.

    • Для программирования мы можем использовать три случая:

    • 1.Кнопка нажата и находится постоянно в этом положении.

    • 2.Кнопка не нажата.

    • 3.Кнопку нажали и отпустили т.е. щелчок.

    • Датчик касания не определяет, с какой силой происходит нажатие на кнопку. Но можно осуществлять подсчет нажатий. Часто датчик касания служит для остановки робота на определенном расстоянии от препятствия. Это расстояние может регулироваться закрепленными красной кнопке осями. Для крепления осей есть специальное крестообразное отверстие.

2 Практическая часть

Кроме ручных способов очистки водостока, уже существуют и роботы с резиновыми лопастями компании iRobot для чистки водосточных желобов от листьев, грязи и засоров.

Однако попробовав некоторые ручные инструменты, я пришел к выводу, что робот с жесткой щеткой будет работать эффективнее.

2.1 Требования к модели

Продумав все элементы и изучив различные модели и конструкции для, я приступили к конструированию модели. Требования к роботу были сформулированы следующие:

  1. Необходимо хорошее сцепление с поверхностью, чтобы не было проскальзывания, поэтому в качестве механизма передвижения были выбраны резиновые колеса;

  2. Обязательно должна быть конструкция для защиты моторов, чтобы в них не попадала грязь;

  3. Использование двух моторов: один – для движения, другой – для вращения щетки, а также понижающая передача для увеличения мощности;

  4. Размер не должен превышать по ширине 12 см и по высоте 7 см, чтобы свободно проходить по водосточной трубе. Причем щетка должна немного превышать данные размеры, чтобы лучше прочищать водосток.

  5. Необходимо предусмотреть два режима работы: с дистанционным управлением и в автономном режиме.

  6. У нас двухэтажный дом и всё время наблюдать за тем, как и где передвигается робот будет очень сложно и опасно. Поэтому на роботе должен быть закреплен элемент, который будет виден с земли.

2.2 Сборка робота

Конструкции роботов для работы в автономном режиме и на дистанционном управлении имеют некоторые отличия.

Два L-мотора модуль, а также блок питания и пульт с дальностью действия до 30 м используются для работы с дистанционным управлением:

Вид снизу

Вид сверху

В конструкцию для автономной работы добавляется микрокомпьютер и L-моторы заменяются на сервомоторы EV3:

Вид снизу

Вид сверху

Вид сбоку

Вид спереди Вид сзади

Таким образом, у пользователя есть возможность попробовать два режима работы и выбрать для себя наиболее подходящий.

2.3 Программирование робота

Для работы робота была составлена программа для автономной работы в приложении Lego Mindstorms EV3. При нажатии на кнопку микрокомпьютера робот приходит в движение и медленно движется вперед, быстро вращая щеткой.

Также возможно два варианта вращения. Если очиститель запускается в правую сторону, то нужно нажать на кнопку «вправо» и щетка будет вращаться против часовой стрелки, чтобы листья и мусор вылетали наружу и падали вниз, а не летели на крышу, а потом с крыши снова в водосточную трубу. Если очиститель запускается в левую сторону, то нужно нажать на кнопку «влево» и щетка будет вращаться по часовой стрелке.

Как только робот доходит до конца трубы, он упирается в стенку и происходит нажатие на датчик касания. После этого он начинает отъезжать назад и возвращается в исходное положение или несколько раз проходит по трубе, чтобы прочистить ее еще лучше.

Заключение

В результате моей работы были созданы два варианта роботов-очистителей водостока. В дальнейшем я планирую придумать такую конструкцию, чтобы робот мог поворачивать и за один запуск прочищать водосток сразу по всему периметру дома самостоятельно. Цель своей работы считаю достигнутой.

Список использованных источников и литературы

  1. Полезные инструменты для очистки водосточных желобов https://www.rmnt.ru/story/roof/poleznye-instrumenty-dlja-ochistki-vodostochnyx-zhelobov.1844785/

  2. Робот для чистки водостоков https://novate.ru/blogs/140408/9035/

  3. С.А. Филиппов «Робототехника для детей и родителей», С-Пб «Наука», 2011г.

  4. Д.Г. Копосов «Робототехника: практикум для 9 классов», М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2020 г.

Просмотров работы: 15