ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ СКОРОСТЬ РОБОТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ДВИЖЕНИЯ

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

Личный портфель

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ СКОРОСТЬ РОБОТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ДВИЖЕНИЯ

Мухатдинов Я.М. 1
1МБОУ "Лицей"
Романова Т.В. 1
1МБОУ "Лицей"
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

Каждый из нас может с уверенность сказать, что самолет движется быстрее автомобиля, а искусственный спутник Земли – быстрее самолета. Быстроту движения характеризуют скоростью.

На занятиях кружка по робототехнике нам стало интересно, а можно ли измерить скорость движения робота. Попробуем решить поставленную проблему имеющимися средствами.

Цель: создать спидометр с использованием конструктора Lego MinstormsNXT 2.0 и изучить зависимость скорости движения робота от мощности мотора.

Задачи:

  1. разработать для робота приборную панель, которая будет отображать скорость движения робота;

  2. исследовать зависимость скорости движения робота от настройки параметра Мощность.

Оборудование: компьютер с программой NXT 2.0 Programming, робот Minstorms NXT.

Основная часть

  1. Проект «Измеряем скорость»

Из курса физики нам известно, что:

Значит, для нахождения скорости нам нужно знать время движения и расстояние (пройденный путь). Во-вторых, мы уже знаем, как сделать прибор для измерения расстояния (одометр) и прибор для измерения промежутков времени (хронограф). Если совместить возможности двух приборов, то получим спидометр – прибор для измерения скорости движения транспортного средства. Т.к. на цифровом экране мы будем видеть результат, значит наш прибор – цифровой спидометр.

Математическая модель спидометра.

Пусть робот будет двигаться 5 секунд и пройдет неизвестное пока нам расстояние S.Мы уже знаем коэффициент, который переводит градусы поворота колеса, нашего робота в сантиметры (0,0488692), а именно:

где D – диаметр колеса; – константа (3,1415926); n – число градусов поворотов колеса вокруг оси.

Значит, скорость нашего робота мы найдем, как:

Опыт первый.

Необходимо составить программу измеряющую скорость движения робота и измерить скорость.

Рис. 1 Программа, измеряющая скорость движения робота

Вывод: средствами Lego Mindstorms NXT нам удалось создать прибор для измерения скорости его движения.

Опыт второй.

Измерим расстояние пройденное роботом за 5 секунд. Вычислим скорость робота «на калькуляторе». Запишем полученные результаты. Сравним полученные значения из опыта первого и второго.

Результат эксперимента.

  1. Значение скорости на экране робота: 17,35 см/с.

  2. Расстояние, пройденное роботом за 5 секунд: 87 см.

  3. Скорость робота: 17,4 см/с.

Гипотеза о причинах отличия результатов:

Возможно, мы получили на экране усредненную скорость движения робота.

Вывод: Мы видим, что скорость на экране не совпадает с тем значением, которое мы получили на калькуляторе.

Выясним, что за скорость мы нашли.

  1. Скорость равномерного движения.

Значения, полученные на практике (экспериментальные), не совпали с теми, которые мы вычисляли (теоретическими).

В движении нашего робота, как и любого другого транспортного средства, присутствуют разгон и торможение. При разгоне скорость увеличивается, при торможении – уменьшается, а между этими этапами робот едет с неизменяющейся (постоянной) скоростью.

Движение, при котором скорость на всех участках пути постоянна, называется равномерным движением (рис. 2).

Движение, при котором скорость на разных участках пути различна, называется неравномерным движением.

Рис. 2 Виды движения

Скорость объекта при равномерном движении показывает, какой путь он проходит за единицу времени (за одну секунду).

Следовательно, для определения скорости объекта надо пройденный им путь разделить на время его движения. Введем обозначения: S – путь, V – скорость, t – время. Тогда формула для нахождения скорости имеет вид:

За единицу скорости принимает метр в секунду – обозначают как м/с. Это скорость движения, при котором объект за одну секунду проходит путь равный одному метру. Часто приходится применять еще одну единицу скорости – 1 км/ч. Мы знаем, что 1 км = 1000 м, а 1 ч = 60 мин = 3600 с, тогда:

Кроме числового значения скорость имеет свое направление. На рисунке 3 изображена стрелка, указывающая, в каком направлении движется объект. Эта стрелка называется вектором скорости.

Рис. 3 Движение велосипедиста

  1. Скорость неравномерного движения.

В проведенных нами опытах движение робота было неравномерным: были разгон и торможение. Чем же охарактеризовать скорость в этом случае?

Скорость неравномерного движения характеризуется средней скоростью. Средняя скорость находится так же, как и скорость равномерного движения, т.е. пройденный телом путь делится на время движения:

Средняя скорость не совпадает со скоростью движения тела на отдельных участках пути: на одних участках скорость меньше средней, на других – больше.

Из опыта и полученных теоретических знаний мы можем сделать вывод, что робот показывает среднюю скорость.

Опыт третий.

Внесем некоторые изменения в первую программу для спидометра. Мы хотим видеть на экране изменение скорости в данный момент времени, а не среднюю скорость.

Программа будет выглядеть так (рис. 4):

Рис. 4 Программа «Спидометр» (бета)

Вывод: При старте на экране робота можно увидеть, как происходит нарастание скорости, в середине пути скорость практически неизменна и к концу пути она достигает максимального значения.

Опыт четвертый.

Изменим программу спидометра так, чтобы она запускалась по нажатию кнопки датчика касания (рис 5).

Рис. 5 Программа «Спидометр»

Опыт пятый.

С помощью программы, изображенной на рис. 5, проведем исследования «Зависимость скорости движения робота от настройки параметра Мощность».

Гипотеза зависимости результатов: скорость будет увеличиваться пропорционально увеличению мощности мотора; робот пройдет большее расстояние за одинаковое время движения.

Таблица 1.

Соответствие параметра Мощность и скорости движения робота.

Настройки мотора Мощность, %

Скорость, см/с

20

5,96

40

13,8

60

21,56

80

29

100

38

График 1

Вывод о зависимости скорости движения робота от настройки Мощность: скорость движения робота увеличивается прямопропорционально увеличению мощности мотора.

Заключение:

С помощью конструктора Lego MinstormsNXT 2.0 мы создали спидометр для измерения скорости движения робота.

Опытным путем мы вывели зависимость скорости от мощности мотора и отобразили это графически.

  1. Движение, при котором скорость на всех участках пути постоянна, называется равномерным движением.

  2. Движение, при котором скорость на разных участках пути различна, называется неравномерным движением.

  3. Скорость неравномерного движение характеризуется средней скоростью.

  4. Средняя скорость находится так же, как и скорость равномерного движения, т.е. пройденный телом путь делится на время движения.

В будущем робототехника займет значительное место в жизни человечества, что приведет к роботизации многих сфер жизни.

Литература и интернет источники:

  1. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 класса. М.Бином. Лаборатория знаний -2012, 286 с.

  2. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012

  3. Робототехника для детей и родителей, 3-е издание. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2013. 319 с.

  4. Сервомотор NXT - http://lego56.ru/nxt-ext-capter4/

  5. http://www.philohome.com/nxtmotor/nxtmotor.htm

  6. LEGO Mindstorms - официальный сайт (http://www.mindstorms.ru) Описание состава конструкторов LEGO.

  7. Блог «Роботы и робототехника» (http://insiderobot.blogspot.com) Блог посвящен роботам и робототехнике. Здесь публикуются ссылки на полезные ресурсы по робототехнике, успехи и поражения

  8. Интеллектуальные мобильные роботы (http://imobot.ru)

  9. Лаборатория робототехники и искусственного интеллекта Политехнического музея (http://railab.ru)

  10. ЛЕГО - Википедия про создание ЛЕГО (http://ru.wikipedia.org/wiki/LEGO)

Приложение 1

Программа измеряющая скорость движения робота и выводящая результат на экран

Приложение 2

Программа «Спидометр» (бета)

Приложение 3

Программа «Спидометр»

Приложение 4

10

Просмотров работы: 2105