XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Робот-манипулятор с программным управлением

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Некрасов И.С. 1

---

1МАОУ "СОШ № 2" город Заводоуковск

Перемыкин А.Д. 1

---

1МАОУ "СОШ № 2" город Заводоуковск

Работа в формате PDF

892 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Переоценить потребность и актуальность робототехники очень сложно. В современном мире роботы избавили человека не только от кропотливой, но и от опасной работы. На дно океана сейчас отправляет не водолазов и батискафы, а аппараты с дистанционным управлением, которые могут работать и по заданному алгоритму а автоматическом режиме. Роботы применялись и при ликвидации последствий аварии на Фокусиме. Это позволило спасти сотни и тысячи жизней персоналу станции, спасателям и другим участникам ликвидации последствий.

Цель проекта: изучение устройства и способов управления роботом-манипулятором.

Задачи проекта:

1. Собрать робота-манипулятора.

2. Ознакомиться с интерфейсом и функциями программного обеспечения (ПО) и освоить подключение робота-манипулятора при помощи компьютера.

3. Определить наилучший способ управления роботом-манипулятором: при помощи компьютерной мышки, через приложение «Пульт управления роботом» на ПК, джойстика или при помощи программы блочного программирования Blockly.

Методы исследования:

1. Описательный метод. Включает в себя сбор информации, фактического материала из печатной литературы и Интернета.

2. Исторический метод. Поможет осмыслить полученные факты, сопоставив их с ранее известными результатами.

3. Экспериментальный метод. Позволит собрать робота-манипулятора и определить наилучший способ управления.

В конечном итоге был собран робот-манипулятор, который управляется следующими способам: при помощи приложения «Пульт управления роботом» на ПК, джойстика и программы блочного программирования Blockly.

Робот-манипулятор с программным управлением

Некрасов Игорь Сергеевич

Россия,Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск, Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоуковского городского округа

«Заводоуковская средняя общеобразовательная школа № 2», 7 «В» класс.

Научная статья.

Введение.

В современном мире в век развивающихся технологий во множестве сфер деятельности человек сильно стал нуждаться в таких незаменимых помощниках как роботы. Они выполняют задачи, которые сложны или невозможны для выполнения человеку. В результате этого стремительными шагами стала развиваться робототехника. Роботизированные устройства максимально упрощают работы над определёнными задачами, существенно повышают качество выполняемой работы и минимизируют вероятность получения производственных травм вплоть до летального исхода. Одним из таких устройств является робот-манипулятор.

Роботом-манипулятором принято называть тип промышленных роботов с функциями, аналогичными функциям человеческой руки, предназначенных для реализации широкого спектра поставленных задач, от простейшего перемещения различных объектов в пространстве до проведения сложных хирургических операций.

Роботы способны выполнять задачи, неподвластные человеку. Использование роботов уменьшает риск травматизма и ранений, так как роботы, в отличие от людей, способны работать в опасных зонах.

Робототехника — отдел прикладной науки, который занимается проектированием, производством и применением автоматизированных технических систем — роботов.

Робот — это программируемое механическое устройство, способное действовать без помощи человека. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком либо животными. При этом робот может, как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно[1].

Роботов применяют в лёгкой и тяжёлой промышленности. Роботы последнего поколения отличаются легкостью и подвижностью. Они занимаются склеиванием упаковок, сортировкой товаров, обработкой деревянных и металлических изделий.

В медицине роботы становятся незаменимыми помощниками. Технику применяют для изготовления лекарств. С их помощью проводятся сложнейшие хирургические операции, используют для наблюдения за пациентами.

Роботы выполняют бытовые задачи. Роботов используют для чистки бассейнов, мытья окон, уборки придомовой территории. Они готовят и обрабатывают продукты, стригут газон, подметают и моют полы в доме.

Социальная и развлекательная сферы. Нередко встречаются устройства не только функционально, но и внешне напоминающие человека. Благодаря внедрению искусственного интеллекта машины могут выражать эмоции, вести осмысленную беседу. Их используют в качестве нянек для детей и тяжелобольных (в качестве роботов теле присутствия), для презентации товаров или услуг, консультирования посетителей, развлечения гостей.

Военная служба. Техника применяется в оборонной промышленности. Например, существуют танки на ДУ, беспилотные летательные аппараты и роботы-разведчики.

Глава 1. История робототехники.

Развитие робототехники началось ещё до нашей эры. Архит Тарентский в IV в. до н.э. задумал создание первого в истории человечества робота – механической птицы из дерева, которую предполагалось приводить в движение паровой тягой для подъёма вверх на 200 метров.

Первый человекоподобный робот был сконструирован Леонардо да Винчи в 1495 году. Это был рыцарь, способный шевелить руками и вращать головой.

Но дальше всех продвинулся механических дел мастер Жак де Вокансон в XVIII веке. Он создал андроида, играющего на флейте, который знал 11 мелодий.

Термин «робот» появился в XX веке. В 1920 году писатель из Чехии Карл Чапек написал пьесу о производстве, выпускающем ненастоящих людей. В этой пьесе впервые было упомянуто это слово. Известный фантаст Айзек Азимов в 1942 году создал целую вселенную, где люди жили бок о бок с роботами.

Непосредственно история развития робототехники берёт своё начало в 60-х годах XX века, когда на производстве GeneralMotors впервые начали использоваться промышленные роботизированные манипуляторы от компании Unimation.

Следующим прорывом стал робот-марсоход Соджорнер, опустившийся на Марс в 1997 году. Он сыграл значительную роль в изучении красной планеты. С этого времени начинается активное развитие робототехники.

Роботы и роботизированные комплексы стали неотъемлемым элементом промышленной революции.

Глава 2. Использование роботов в современном мире.

Роботы способны заменить человека во многих сферах деятельности. Современные технологии позволили создать самых разнообразных роботов, которые классифицируются по различным признакам:

По управлению:

1. Жёсткопрограммируемые. К данному типу относятся устройства первого поколения, которые управляются при помощи программы, не изменяющейся в процессе работы.

2. Адаптивнопрограммируемые. Программы содержат сведения о факторах внешней среды. С помощью системы сенсоров роботы распознают состояние внешнего мира и изменяют режим работы, в зависимости от условий.

3. Гибкопрограммируемые. К этому виду относятся роботы последнего поколения, которые изменяют свою программу, учитывая только итоговую цель.

По позиционированию:

1. Стационарные. Они устанавливаются в фундамент, к потолку или к несущим станам. Такие роботы в основном применяются в промышленности, когда тяжёлая работа позволяет повысить эффективность производства и его скорость. К стационарной технике относятся сборщики, подъёмники и т.п.

2. Передвижные. Они могут передвигаться при помощи шасси или по ограниченной рельсовой траектории. К ним относятся роботы на гусеницах, колёсах и т.п.

По назначению:

1. Промышленные. Они участвуют в процессе производства деталей и изделий. Бывают сельскохозяйственные, литейные, строительные, сборочные и т.п.

2. Медицинские. Используются для проведения операций, приготовления медикаментов, ухода за пациентами, диагностики заболеваний и др.

3. Бытовые. Применяются для выполнения домашних обязанностей, перевозки грузов и предметов, приготовления пищи и др.

4. Для обеспечения безопасности. Применяются МЧС при тушении пожаров, наводнениях, разминировании и спасении людей.

5. Военные и боевые. Применяются во время военных действий. Летательные аппараты, танки, наводные и подводные устройства и т.п.

6. Исследовательские. Используют для проведения исследований в опасных, непригодных для жизни условиях (при высокой и низкой температурах, радиации и т.п.)

По способу передвижения:

1. Подземные. Передвигаются под землёй (исследовательские дроны).

2. Подводные. Передвигаются под водой (батискафы, торпеды).

3. Надводные (катера и лодки).

4. Наземные. Оснащены гусеницами и колёсами.

5. Летательные (квадрокоптеры, беспилотники).

Глава 3. Использование роботов.

В промышленности.

За счёт применения современной робототехники промышленные предприятия смогли продвинуться очень далеко. Роботизированные устройства используются для сварки, упаковки окраски и других операциях, которые выполнялись людьми. Роботы повысили скорость и точность выполнения данных задач.

Чаще всего промышленные роботы представляют собой механическую руку-манипулятор с фланцем и несколькими осями.

Практическая часть.

Сборка робота-манипулятора состоит из нескольких групп технологических операций.

Первое, что было сделано – собрана электрическая схема (Приложение 1). Она включает в себя плату драйвера сервоприводов (Приложение 2), преобразователь интерфейса I2С, модуль-разъём DC5.5x2.5, блок питания DC 5V/2A, кабель USB – USB, провод разъёма питания, цветные провода L100.Также, установлена программа на компьютер «Пульт управления роботом»[2].

Следующим этапом была сборка сервоприводов с малой шестернёй (Приложение 3) и установка их в штатные места креплений. Один сервопривод установили на основании башни (Приложение 4) и подключили сервопривод к собранной схеме.

Следующей группой технологических операций была сборка клешни. Сначала был собран зубчатый привод клешни (Приложение 5), затем монтаж сервопривода клешни. Далее были собраны левые и правые губы клешни и, наконец, сама клешня (Приложение 6) .

Была изготовлена платформа с градусной градацией, на которую был установлен и зафиксирован робот (Приложение 7).

После полной сборки была произведена регулировка сервоприводов с фиксацией среднего положения каждого сервопривода и выполнены демо-тесты для проверки работоспособности робота-манипулятора.

Дальнейшим действием стала работа над управлением роботом-манипулятором программным способом. Это управление с помощью программы написанной на Blockly [3]. После изучения документации по базовым методам, блока инициализации и управления, познакомились с I2C коннектором (Приложение 8) и ШИМ преобразователем (Приложение 9).

Затем, познакомившись с правилами обращения с сервоприводами, была написана пробная программа (Приложение 10).

И завершении, была написана программа для перенесения кубика из одного положения в другое (Приложение 11).

Выводы.

1. Используя нужные детали, я собрал робота-манипулятора.

2. Были опробованы все способы управления: пульт управления, джойстик, программный способ управления.

3. Пульт управления и джойстик показали свою работоспособность, но самым эффективным оказался программный способ управления. Это объясняется непрерывностью, точностью выполнения команд.

Я представил вашему вниманию мною собранный и управляемый робот-манипулятор, устройство которого применяется в различных областях. При сборке данного устройства мне открывались новые знания исторических событий и современной робототехники.

В дальнейшем планируется продолжить работу над проектом и познакомиться с управлением манипулятором с помощью языка программирования Python и библиотеки RISDK.

И в заключение хочу сказать, что собирать и писать программы – это увлекательное занятие, а результат – большое количество новой и полезной информации.

Библиографический список.

1. Дж. Бейктал «Конструируем роботов от А до Я. Полное руководство для начинающих», Лаборатория знаний, Москва, 2018

2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://download.robointellect.ru/RM_001_M02_instruction.pdf . Дата обращения:10.10.2023.

3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.robointellect.ru/docs/blockly/ . Дата обращения: 23.12.2023.

Приложение I

Приложение II

Сборка электрической схемы

Приложение III

Сервоприводы с малой шестернёй

Приложение IV

Установка сервопривода на основании башни

Приложение V

Сборка зубчатого привода клешни.

Приложение VI

Сборка клешни.

Приложение VII

Приложение VIII

Приложение IX

Приложение X

Приложение XI