«Робот для работы под водой»

Муниципальное бюджетное учреждение

дополнительного образования

«Станция юных техников»

город Каменск-Шахтинский

Робот для работы под водой

Автор: Дерябкин Сергей Вячеславович

учащийся 11 класса, МБОУ СОШ № 9

объединение «Робототехника»

Руководитель: Барышев Евгений Валентинович

педагог дополнительного образования

МБУ ДО «СЮТ»

2023 год

Содержание

1. Аннотация

Робот для подводных работ предназначен для выполнения исследовательских работ под водой на больших глубинах, оказывать помощь при прокладке нефтепровода по дну моря или океана.

Существует множество видов работ под водой, при проведении которых наиболее эффективной альтернативой человеку-водолазу является робот. Это прокладка коммуникаций кабелей, трубопроводов, подъем затонувших кораблей, самолетов, ремонт подводной части портовых сооружений, заделка пробоин у судов, образовавшихся ниже ватерлинии, и т. п.

1. Цель проекта и задачи проекта

Цель проекта – спроектировать модель робота для исследования морских глубин и обслуживания подводных трубопроводов.

Задачи проекта:

• минимальная затрата средств на изготовление модели робота;

• максимальна безопасность человека при работе под водой;

• для перемещения по дну моря использовать гусеницы;

• оснастить робота инструментом для подводных работ;

1. Актуальность проекта

Не только ли космос осваивает в наши дни человек? Отнюдь нет. И на Земле есть еще обширные необжитые людьми пространства. Сейчас идет, например, интенсивное освоение Мирового океана. Ведь его огромные просторы, занимающие свыше 70% поверхности земного шара, до сих пор таят в своих глубинах почти столь же много загадок природы, как и космос. И вот что важно: по данным проведенных к настоящему времени исследований недра Земли под океаном и сам океан представляют собой кладовую несметных богатств: и рыбы, и морских животных, и ценных водорослей, и полезных ископаемых, и многих других ресурсов. Из оценок запасов, например, марганца и железа следует, что только в Тихом океане богатств, по крайней мере, в 5 раз больше, чем на всех материках. Под морским дном хранятся колоссальные залежи угля, нефти, меди, молибдена, цинка; имеются россыпи тяжелых металлов. Существует даже прогноз геологов, согласно которому под дном океана между Южной Африкой и Бразилией залегает алмазная жила, многократно превосходящая все запасы этого редкого и ценного вещества на суше.

Рис. 1. Исследовательские подводные аппараты.

Для исследований океана созданы в наше время самые разнообразные подводные аппараты - от батисфер и батискафов (рисунок 1, 2) до специальных подводных лодок, этих современных «Наутилусов». И если только какой-либо из подобных аппаратов предназначается не просто для наблюдений, а еще и для выполнения определенных практических действий, например, для взятия со дна образцов пород, то ему обязательно понадобится «рука». С ее помощью проще всего сделать такую работу, не прибегая ни к каким хитроумным приспособлениям. Совершенно ясно, что в случае добычи полезных ископаемых со дна океана без роботов обойтись вообще нельзя.

Рис. 2. Подводный аппарат батискаф.

Сейчас прибрежная часть морей освоена уже промышленно: здесь добывается большое количество нефти и других минеральных ресурсов. И следует сказать, что применение в этих целях роботов, особенно на стадии поиска полезных ископаемых, началось значительно раньше, чем в космосе, и в настоящее время экспериментальные разработки уступили место систематическому целенаправленному использованию подводных робототехнических устройств.

Рис. 3. Подводные работы водолазов на малых глубинах.

Распространенные типы подводных роботов – роботы на гусеничном ходу, которые предназначенны для прокладки на дне коммуникаций: кабелей, газо- и нефтепроводов. Они мало отличаются от плавающих роботов, так-же имеют мощные гидравлические манипуляторы, позволяющие использовать их как на глубинах, недоступных или опасных для человека, так и на мелководье для выполнения монтажных операций, требующих силы и мощности, которыми человек не обладает. Они могут быть как плавающими, так и перемещающимися по твердой поверхности.

Следующий по распространенности тип подводных роботов - роботы, предназначенные для прокладки на дне коммуникаций: кабелей, газовых и нефтяных трубопроводов. Они мало отличаются от роботов предыдущей группы, тоже имеют мощные гидравлические манипуляторы, позволяющие использовать их как на глубинах, недоступных или опасных для человека, так и на мелководье для выполнения монтажных операций, требующих силы и мощности, которыми человек не обладает. Они могут быть как плавающими, так и перемещающимися по твердой поверхности. Примером подводных роботов, передвигающихся по дну, может служить робот на гусеничном ходу (рисунок 4), управление которым и снабжение электропитанием осуществляют по кабелю длиной до 8 км.

Рис. 4. Перемещающийся по дну робот.

После сбора информации на просторах интернета приступили к созданию модели робота для подводных работ.

1. Этапы изготовления узлов робота

   1. Материалы и инструменты

Фотография робота находится в приложении, рисунок 11.

Перечень материала и инструмента для изготовления модели робота:

1. Оцинкованная или черная жесть толщиной 0,3 мм – 0,4 мм, размером 250 х 350 мм.

2. Пластмасса толщиной 3 мм, размером 240 х 140 мм.

3. 24 колеса, диаметром 30 мм, шириной 8 мм.

4. Набор шестеренок для трех трехступенчатых редукторов с передачей вращения от двигателя.

5. Электрические двигатели постоянного тока – 2 шт.

6. Пруток металлический диаметром 6 мм, длиной 400 мм.

7. Гайки М 3 - 12 шт.

8. Болты диаметром 3 мм, длинной 8 мм – 12 шт.

9. Проволока диаметром 3 мм, длиной 400 мм.

10. Провода для монтажа сечением 0,5мм² разных цветов, длиной примерно 250 см.

11. Припой ПОС-60 с канифолью диаметром 3 мм, длиной 100 см.

12. Паяльная кислота 10 мл.

13. Паяльник 100 Вт и 40 Вт 220 в.

14. Набор слесарного и монтажного инструмента.

15. Сверлильный станок. Сверла диаметром 2,5 мм, 2,8 мм, 3,0 мм, 5.0…7,0 мм

16. Резьбонарезной инструмент М3 (плашка и метчик).

17. Наждачная бумага №10, №40 размером 210 х 300 мм.

18. Краска полиакриловая в баллончиках, грунтовка 1 баллон, черного цвета 1 баллон и оранжевого цвета 1 баллон.

1. Механическая начинка робота

Рама робота вырезается из жести по чертежам. На раме устанавливаются стойки для крепления кабины (рисунок 12) управления робота. В задней части рамы припаивается выключатель питания. Впереди рамы имеются отверстия, для установки рук манипуляторов. Размеры робота потребовали весьма компактного размещения элементов на раме [1, 6].

Рама робота, кабина управления жести методом пайки. Соединение деталей агрегатов модели выполнены с помощью крепежного материала. Колеса и поддерживающие ролики (рисунок 5) выточены на токарном станке из пластмассы.

Рис. 5. Колеса и поддерживающие ролики.

Шасси робота состоит из двух независимых друг от друга редукторов на гусеничном ходу. Такой способ передвижения имеет преимущество, робот разворачивается практически на месте. На рисунке 6 показано примерное расположение колес, шестеренок и двигателя на раме редуктора.

Рис. 6. Эскиз шасси для робота.

На рисунке 7 - 9 показаны чертежи корпуса робота, состоящие из четырех частей. Две боковые части рамы, на которых крепятся шасси. Нижняя часть рамы, на которой крепятся основные узлы и механизмы робота. Съемная верхняя часть корпуса, на которой крепятся кабина и все остальное оборудование.

Рис. 7. Чертеж боковой части рамы робота.

Рис. 8. Чертеж нижней части рамы робота.

Рис. 9. Кабина управления роботом.

После шлифовки и грунтовки корпус и агрегаты робота окрашены акриловыми красками различных цветов.

1. Электронная начинка робота

Всю простую электронную начинку робота (рисунок 10) следует разделить на три части:

• кнопочный пульт управления;

• ходовые двигатели;

• блок питания (аккумулятор).

Рис. 10. Электрическая схема соединения.

Робот управляется с помощью проводного пульта управления. При нажатии одновременно кнопок S1 и S3 робот будет передвигаться вперед, а при нажатии S2 и S4 – назад. Чтобы повернуть влево или право нужно нажать кнопки S1 и S4 или S2 и S3.

1. Заключение

Спроектированная модель робота для исследования морских глубин и обслуживания подводных трубопроводов была изготовлена за 37 занятий (296 часов) в объединении «Робототехника».

Затраты на изготовление модели робота составили 1420 руб.: аккумулятор NiMH емкость 2500 мА*ч, напряжение 7,2 вольт – 1000 руб., гусеницы – 200 руб., краска акриловая – 220 руб., Низкая себестоимость способствовала разработке модели робота, на примере которой наглядно продемонстрирован принцип работы робота под водой, выполнение поставленных задач по исследованию морских глубин.

Установленная видеокамера на роботе дает возможность оператору повысить эффективность использования робота, помочь роботу обойти сложные препятствия, а при потере маршрута вернуть робота на место.

Проанализировав работу над проектом и сам проект – робот для подводных работ «Одиссей», хочется отметить, что робот будет актуален в современном автоматизированном мире, имеет преимущества перед зарубежными аналогами в простоте изготовления и цене, отечественные аналоги робота для подводных работ нами найдены не были. Считаю, что с поставленной задачей справился.

1. Литература

1. Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. — М.: Наука, 1970.

2. Ханзен Р. Основы общей методики конструирования. — М.: Знание, 1968

3. Комский Д. Кружок технической кибернетики. — М.: Просвещение, 1991.

4. Асфаль Р. Роботы и автоматизация производства. Пер. с англ. М. Ю. Евстегнеева и др. - М. Машиностроение, 1989. — 448 стр: ил.

5. Аношин. Р. «Робот-жук». Радиодело №3 2006.

6. Ньютон С. Брага. М. Создание роботов в домашних условиях. НТ. Пресс 2007.

7. Комский Д. Кружок технической кибернетики. — М.: Просвещение, 1991.

Интернет ресурс:

1. http://www.rovbuilder.com/company.html Подводные работы.

2. http://www.patvideo.com/1af7JH25zh4/video/-.html Видео работы водолазов на газопроводе.

3. http://chipinfo.ru/vstock/search.html?keyword – Справочные данные радиодеталей.

4. http://stepmotors.ru/theory/01/2.htm - Принцип работы двигателей.

5. http:// maket-city.ru/index.php/cnc/yajtsebot-1 Манипуляторы на батискафах.

1. Приложение

Рис. 11. Фотография модели робота для подводных работ.

16