XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Автоматизированный инструмент «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMS EV3

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тулятова Э.Р. 1Маликов А.И. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Будрёнкина А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

893.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Роботизированная система «ГФП-helper» это современный инструмент, позволяющий облегчить работу лаборантов и инженеров, занимающихся настройкой и обслуживанием геофизических приборов.

Познакомившись с темой сезона, мы пригласили на беседу сотрудника местной компании ООО «Карсар» ОП Тюмень геофизика-Коморникова Егора Вячеславовича, от которого мы узнали с какими проблемами сталкиваются инженеры.

Не смотря на разнообразие диагностических приборов и инструментов, ежедневно специалисты сталкиваются с множеством трудностей, например перемещение геофизических приборов в рамках лаборатории производится вручную, каждый прибор весит примерно 300-400 килограмм, снятие элементов прибора и заглушек для диагностики так же делается вручную.

Мы увидели проблему в том, что несмотря на использование современной техники для диагностики геофизических приборов, их обслуживание требует больших физических сил.

Наша команда поставила перед собой цель- создание эффективного инструмента, позволяющего минимизировать физические трудозатраты специалистов.

Данный прибор должен быть мобильным, легким в использовании и иметь возможность работать с разными приборами.

В связи с этим, мы поставили перед собой следующие задачи:

-изучить инструменты, подходящие для работы с геофизическими приборами и проанализировать принцип их работы;

-создать инструмент, позволяющий минимизировать физические трудозатраты специалистов;

-продемонстрировать возможности инструмента «ГФП-helper» на примере одного использования;

-проанализировать его эффективность экспериментальным путем.

Новизна данной работы заключается в том, что для диагностики геофизических приборов роботизированные системы в качестве инструментов для обслуживания ранее использованы не были.

В процессе работы мы использовали следующие методы работы: сбор и анализ информации, эксперимент.

В результате работы мы планируем получить уникальный инструмент, который облегчит диагностическую работу геофизических приборов.

В данной работе мы пользовались следующими источниками:

-LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов;

-Курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни»;

- Lego удивительные творения;

-tool-tech.ru;

- wikipedia.org.

Глава 1. Теоретическое обоснование создания автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMS EV3

1. 1. Инструменты, подходящие для работы с геофизическими приборами и принцип их работы

Для того что бы убедиться в популярности использования тех или иных инструментов в лабораториях направленных на диагностику и обслуживание геофизических приборов, мы проконсультировались с Каморниковым Егором, сотрудником Тюменской компании «Карсар». С его помощью мы смогли выбрать несколько инструментов, которыми чаще всего пользуются геофизики.

Чаще всего используется радиусный ключ. (Приложение, Рисунок 1.1.1) Это ключи для откручивания шлицевых гаек. Ключ имеет своеобразный выступ в передней части для зацепления паза гайки, основная нагрузка идет на наконечники самого ключа. Размеры радиусных ключей показывают минимальный и максимальный предел диаметров гаек, с которыми может работать данный ключ. [4] Так же специалист нам рассказал, что во многих лабораториях его совершенствуют за счет увеличения рукоятки-приваривают металлическую трубу, что бы легче было раскрутить гайку, выталкивающую втулку.

Следующий прибор-это цепной ключ. (Приложение, Рисунок 1.1.2)

Им пользуются в особенно трудных случаях. Технически цепной ключ достаточно прост. Он состоит из прочной рукоятки, которая используется в роли рычага. У ее основания располагается порожек с металлическими насечками, который служит упором для трубы и основным центром, на который направлено физическое усилие, приложенное к рукоятке. Основным элементом, который и дал название самому ключу, является металлическая цепь. Она обхватывает трубу по всему радиусу, распределяя усилие, приложенное к ключу, по всей окружности трубы. Для ее крепления служит фиксатор, задача которого заключается в обеспечении плотности обхвата. Кроме того, он не позволяет снизить натяжение цепи по окружности трубы.[4]

Как можно заметить, все перечисленные нами инструменты, и самые часто используемые требуют физического воздействия.

Значит, создание роботизированного инструмента, позволяющего без особых усилий открутить гайки выталкивающие заглушки.

1.2 Экономическое обоснование создания автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMS EV3

Данная таблица была составлена нами для более полного представления о рациональности испоьзования и создания автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMSEV3.

Глава 2. Модель автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMS EV3

2.1 Конструкция модели роботизированного инструмента «ГФП-helper»

Наша модель создана на базе конструктора MINDSTORMS EV3. В ней использован 1 блок EV3, 1 большой мотор, 1 средний мотор и датчик цвета. (Приложение, Рисунок 2.1.1)

По сигналу датчика цвета мы можем узнать что за геофизический прибор перед нами. На экране модуля высвечивается наименование прибора. (Приложение, Рисунок 2.1.2)

Средний мотор при помощи системы рычагов и червячной передачи управляет захватом для гаек. (Приложение, Рисунок 2.1.3)

Большой мотор отвечает за сам процесс откручивания. Когда захват зацепляет гайку, человек, работающий с нашим прибором, нажимает кнопку запуска и мотор постепенно откручивает нужный нам элемент. (Приложение, Рисунок 2.1.4)

2.2 Управление моделью автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMS EV3

Для своей модели мы использовали циклическую программу с переменной. Для систематизации процесса работы мы использовали конструктор своего блока-эта часть отвечала за процесс откручивания-работа большого мотора. (Приложение, Рисунок 2.2.1 )

Переменная зависит от датчика цвета, который реагирует на два выбранных нами цвета-черный и желтый. В перспективе можно усовершенствовать модель добавив большую вариативность цветов. (Приложение, Рисунок 2.2.2)

2.3 Демонстрация возможностей автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на примере одного использования

Основной проблемой для геофизиков является необходимость применения физической силы при откручивании гаек у геофизических приборов, которые удерживают заглушки. Приборы выглядят как большие трубы, достаточно массивные, могут доходить весом до 350 килограмм.

Наш инструмент можно поднести к прибору, и по сигналу датчика цвета он определит, что за прибор перед ним, на экране модуля отобразит его название, затем зажим раскроется на необходимую нам ширину, сожмет гайку и начнет ее постепенно откручивать. Задачей пользователя будет просто держать прибор на необходимой ему высоте.

2.4. Экспериментальное доказательство эффективности работы автоматизированного инструмента «ГФП-helper» на базе конструктора MINDSTORMS EV3

Для подтверждения эффективности использования нашего инструмента мы провели качественный эксперимент. . Он заключался в использовании «ГФП-helper» для импровизированных геофизических приборов из плотного картона разного диаметра. Всего мы сделали 5 разных труб и проверяли силу захвата, успешность откручивания, удержание гайки в захвате инструмента после откручивания.

В ходе эксперимента мы выяснили, что наш инструмент успешно справляется с работой по откручиванию гаек разных диаметров. При этом мы не прилагали усилий, и инструмент стабильно работал.

Заключение

Нефтегазовая добыча достаточно богатая на технологии отрасль, однако, не смотря на разнообразие диагностических приборов и инструментов, специалисты геофизических лабораторий ежедневно сталкиваются с необходимостью применения больших физических сил.

Узнав это, наша команда поставила перед собой цель- создание эффективного инструмента, позволяющего минимизировать физические трудозатраты специалистов, заменив их привычные ключи роботом.

В результате исследования мы получили прибор, позволяющий быстро и эффективно снимать гайки, выталкивающие заглушки при диагностике геофизических приборов.

Эффективность своего прибора мы доказали проведя эксперимент, результаты которого показали стабильную работу «ГФП-helper».

По итогам выполненной нами работы, мы пришли к выводу, что не смотря на доказанную эффективность роботизированного инструмента «ГФП-helper» есть необходимость усовершенствовать модель, что бы прототип был более продуктивным в условиях реального использования и более комфортным для его пользователя. Например, можно сделать более длинным держатель.

Данная модель может быть использована на уроках физики, робототехники. Проверена актуальность ее создания на региональном этапе Российской Робототехнической Олимпиады.

Список литературы

1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.

3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.

Интернет источники:

4. https://tool-tech.ru/;

5. https://ru.wikipedia.org.

Приложение