VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Комбинированный робот – каток для ремонта дорожного покрытия
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Дорожная специализированная техника подразумевает под собой строительную технику, которая применяется при строительстве дорожного полотна, проведении работ по содержанию и ремонту автомобильных дорог.
В настоящее время инновационные технологии позволяют заменить дорожную спецтехнику роботами-помощниками с программным управлением.
Цель нашей работы: конструирование комбинированного робота – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов из набора LegoMindstormsEV3 с программным управлением.
Задачи:
1. Прочитать материалы о дорожной специализированной технике;
2. Ознакомиться с инструкцией сборки конструктора LegoMindstormsEV3;
3. Сконструировать и запрограммировать комбинированный робот – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов.
В 2015 году я работал над темой «Способы улучшения покрытия дороги», где изучил влияние дорожной пыли на здоровье человека, животных и состояние окружающей среды. Также из-за пыли создается плохая видимость, что может привести к дорожно-транспортным происшествиям. Я предложил три способа устранения запыленности поселка от дорожной пыли: 1. Возведение асфальтобетонного покрытия;2. Перенести дорогу общего пользования в другое место; 3. Увлажнять дорожное покрытие водой поливомоечной машиной.Дорога, проходящая мимо нашего поселка, называется дорогой общего пользования. Она относится к 4 категории дорог, то есть интенсивность движения за сутки не должна превышать более 200 машин.
К моей радости, администрация нашего села в этом году перенесла дорогу на более отдаленное место от нашего поселка, у нас новая асфальтированная дорога, ведущая от заезда с федеральной дороги до въезда на переправную дорогу. Меня очень интересует дорожная техника.
Мой папа работает дорожником и устроил мне экскурсию в гараж местного дорожного предприятия. В данном гараже я увидел следующую спецтехнику: автогрейдер, погрузчик, каток, грузовые машины.
Меня больше всего заинтересовал каток. Поэтому решил попробовать сделать из конструктора LegoMindstormsEV3 комбинированный робот – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов.
Конструктор LegoMindstorms EV3.
LEGO- от датского слова LeqGodt- играй хорошо, серия игрушек представляющие собой наборы деталей для сборки и моделирования разнообразных предметов. Основным продуктом Лего являются разноцветные кирпичики, маленькие фигурки. Из Лего можно собрать такие объекты, как транспортные средства, здания, а также движущихся роботов. Существуют наборы, в которые входят электродвигатели, различного рода датчики и даже микроконтроллеры. Наборы позволяют собирать модели автомобилей, самолетов, кораблей, зданий, роботов. Лего воплощает идею модульности, наглядно демонстрирующую детям то, как можно решать некоторые технические проблемы, а также прививает навыки сборки, ремонта и разборки техники. Постижение мира, социализация детей происходит не только через слух, зрение, обоняние, а еще и через прикосновение. Вот почему конструкторы Лего воздействуют на развитие ребенка через окончания, находящиеся на пальчиках, так называемые тактильные ощущения. Конструкторы Лего является одним из современных игр, в которых могут участвовать дети от маленьких до подростков. Открывая новый набор, ребенок окунается в захватывающий мир игры, который поглощает все его внимание и способствует развитию в нем воображения, фантазии, а также усидчивости и аккуратности.
LEGO Mindstorms — конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году. Через 8 лет (2006) в свет вышла модель LEGO Mindstorms NXT 1.0, в 2009 — LEGO Mindstorms NXT 2.0, а в 2013 — LEGO Mindstorms EV3.
Дорожная специализированная техника.
Каток.
Виброкаток с вальцами – это оборудование для уплотнения грунта и асфальта,предназначенная для восстановления плотности и прочности грунтов, уложенных в инженерные сооружения, придания им необходимой устойчивости, несущей способности и водонепроницаемости. Грунты уплотняются укаткой, трамбованием, вибрацией, виброукаткой и вибротрамбованием, которые вызывают пластическую и упругую деформацию грунта. Суть уплотнения состоит в сближении частиц грунта до состояния, когда они соприкасаются между собой большей частью поверхности и дальнейшей деформации грунта в уплотненной области не происходит.
При укатке сближение частиц происходит под действием циклически повторяющейся нагрузки с медленным темпом нарастания и убывания.
При больших объемах работ по уплотнению грунтов применяют прицепные и самоходные катки, рабочими органами которых являются металлические вальцы с различным видом поверхности.
Наиболее простыми и наименее эффективными при уплотнении считаются статические катки с гладкими металлическими вальцами. Максимальная толщина уплотняемого слоя не превышает 15 – 20 см, необходимая степень уплотнения достигается после 4 – 6 проходов по одному на несвязных грунтах и 10 – 12 проходов – на связных. Преимущество, гладковальцовых катков является их способность уплотнять как связные, так и несвязные грунты и высокая надежность.
Каток предназначен для проведения строительных и ремонтных работ по уплотнению поверхности любых сыпучих материалов: а) естественных материалов – скальный грунт, каменная крошка, песок, глинозем; б) искусственных материалов – гравий, щебень, смеси асфальта, бетона. В основном, применяется каток, при строительстве, энергетике, дорожном хозяйстве.
3.2.Устройство для добавления сыпучих материалов состоит из емкости, клапана-дозатора.
Дозатор — устройство для автоматического отмеривания (дозирования) и выдачи заданного количества, объёма вещества (твёрдых сыпучих материалов) в виде порций или постоянного расхода с установленной погрешностью. Выдают дозы одного или нескольких веществ одному или разным потребителям; изменяют количество компонентов в заданном соотношении с изменяющимся количеством других дозируемых компонентов; дозируют вещества в заданной временной или логической последовательности. Блоком управления каждого дозатора является автоматический регулятор и наибольшая эффективность достигается если регулятором или его основой служат микро-ЭВМ или мини-ЭВМ, восполняющие влияние внешних воздействий, проводящие дозирование по заданной программе; также удобно представлять информацию оператору и передавать результаты дозирования на следующую ступень управления.
Клапан — устройство, предназначенное для открытия, закрытия или регулирования потока при наступлении определённых условий. Поток (ток) может быть потоком жидкости (вода, кровь, жидкие металлы ,газа воздух, азот, углекислый газ и др).
Указанный дозатор сыпучих материалов содержит бункер с герметичной пробкой для загрузки продукта, корпус с направляющими, клапан, поджимаемый к корпусу
Создание комбинированного робота – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов.
Робот-каток предназначен для строительных и ремонтных работ по уплотнению поверхности любых сыпучих материалов: а) естественных материалов – скальный грунт, каменная крошка, песок, глинозем; б) искусственных материалов – гравий, щебень, смеси асфальта, бетона. В основном, применяется каток в строительстве, энергетике, дорожном хозяйстве.
Сконструировал робот из конструктора «LegoMindstormsEV3», который работает при включении программы комбинированного робота – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов (приложение 1).
Прикрепил к нему каток, сделанный из куска полиэтиленовой трубы, а также емкость для сыпучих материалов, сделанный из пластиковой бутылки, клапан-дозатор из крышки, которая управляется средним мотором. Комбинированный робот – каток на смешанном ходу может использоваться для уплотнения, укладки асфальтобетонной смеси, а также песка, щебня, грунта одновременно с возможностью добавления строительного материала при выполнении дорожно-строительных работ на ремонтируемых участках автомобильных дорог. Такое устройство дорожного комбинированного катка позволит добиться лучшего результата при точечном добавлении материала в необходимом количестве на нужном участке ремонта, управляемости при маневрировании и как следствие увеличить производительность за счет движения по оптимальной технологической схеме, снизить расход топлива при эксплуатации, без привлечения дополнительной дорожной техники. Робот с помощью светодиодного датчика находит ямку, которая маркирована черной линией. Затем открывается клапан-дозатор, сыпучий материал (песок) добавляется в нужном количестве, клапан закрывает емкость. Далее каток уплотняет ремонтируемую яму.
Мы с папой сделали полигон, имитирующий дорогу с ямкой посередине. Сконтруированный робот – каток перемещается в заданной плоскости по записи алгоритмов движения. Робот запрограммирован циклическим алгоритмом, состоящей команды подъехать на место образования выбоины -ямки (условно черная линия), в которой надо открыть клапан-дозатор средним мотором и насыпать сыпучий грунт. Потом засыпает сыпучий материал и возвратно – поступательным движением с определенной периодичностью производит уплотнение песка до требуемого показателя плотности песка.
В результате песок разравнивается по всей площади выбоины и уплотняется до заданных параметров уплотнения.
Габаритные размеры: 20смx18смx22cм
Двигателей 2 сервомотора и 1 средний мотор от набора LEGO Mindstorms EV3. Емкость для песка, каток и дорога самодельные.
Мощность мотора робота: 40 Вт.
Питание: аккумулятор.
Функции: уплотнение грунта из строительного материала.
Заключение:
В ходе проведенной работы я узнал много о дорожной специализированной технике, в частности о катке и прицепном. Собранный нами комбинированный робот – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов с программным управлением в дальнейшем позволит облегчить труд дорожных работников.
В дальнейшем планирую дальше и глубже изучать проблему модернизации отечественной специализированной техники, возможно в будущем сконструированная нами робот станет концепцией роботизированной отечественной специализированной техники.
Список использованной литературы
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%BE%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80;
http://specauto.biz/index.php?catid=1:stat&id=3:2011-06-29-11-20-50&Itemid=7&option=com_content&view=article;
http://www.lego.com/ru-ru/mindstorms/build-a-robot;
http://allwackerhere.ru/rollers/.
Приложение 1.
П рограмма комбинированного робота – каток для ремонта дорожного покрытия с устройством для добавления сыпучих материалов.