Россия, Каменск-Шахтинский
СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ
Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно
Скидки до 50 % на комплекты
только до
Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой
Организационный момент
Проверка знаний
Объяснение материала
Закрепление изученного
Итоги урока
Был в сети 20.05.2024 09:09
Барышев Евгений Валентинович
педагог дополнительного образования
59 лет
2 195
22 944 
Местоположение
Специализация
Модель робота для соревнований в классе «Пожарник»
Категория:
Прочее
15.01.2024 12:47
Просмотр содержимого документа
«Модель робота для соревнований в классе «Пожарник»»
муниципальное бюджетное учреждение
дополнительного образования «Станция юных техников»
города Каменск-Шахтинский
Принята на методическом совете
Протокол №______ от «___» _________ 20___г
(Для учащихся 1 года обучения робототехнических объединений учреждений дополнительного образования)
Автор: Барышев Е. В.
педагог дополнительного образования.
2024
СОДЕРЖАНИЕ
| Пояснительная записка | 3 | |
| 1. | Основная часть | 5 |
| Материалы и инструменты | 5 | |
| Механическая начинка модели | 6 | |
| | Электронная начинка модели | 7 |
| 2. | Заключение | 10 |
| 3 | Источники информации | 11 |
| 4 | Приложение | 12 |
Пояснительная записка
Данная методическая разработка предназначена для самостоятельного изготовления учащимися 1 года обучения простой модели робота для соревнований в классе «Пожарник» [3, 124]. В этом соревновании участникам необходимо подготовить и настроить автономного робота, способного найти в лабиринте, моделирующей жилой дом, горящую свечу и потушить её. Более подробно с регламентом соревнований «Пожарник» можно ознакомиться на сайте https://robofinist.ru/event/info/pages/page/39/id/185.
Методическая разработка является приложением к образовательной программе «Робототехника» и направлена на достижение следующих целей и задач:
Образовательные:
научить основным принципам построения композиции при создании графических изображений;
ознакомить учащихся с регламентом соревнований мобильных мини роботов;
создание трехмерной модели объекта при помощи специальных компьютерных программ.
Развивающие:
развитие интереса и склонностей в области спортивной робототехнике;
способствовать развитию креативности, нестандартного мышления и пространственного воображения;
способствовать развитию творческих способностей, фантазии и эстетического вкуса.
Воспитывающие:
воспитание всестороннего интереса к технике, творческого отношения к труду, аккуратности при изготовлении моделей;
воспитание чувства взаимоуважения между кружковцами.
Методическая разработка рассчитана на учащихся 12 – 13 лет. На изготовление модели робота отведено 8 занятий по 2 часа.
Для освоения специальной терминологией и изучения различных моделей поведения и применения ВЕАМ методов в спортивной робототехнике предлагается следующая методика изучения:
• самостоятельное изготовление электронных блоков управления;
• самостоятельная сборка механики робота по чертежам;
• самостоятельная сборка и настройка робота по инструкции;
• провести испытания робота и анализ полученных результатов.
Сохраняя общую направленность материала, определяемую предлагаемой методической разработкой, преподаватель, должен иметь свой авторский демонстрационный материал (наглядное пособие, фото и видео материал соревнований). Учащийся может использовать данную методическую разработку как шаблон, для написания своей научно - исследовательской работы.
1.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Цель состязаний – построить робота, который может найти и потушить огонь в доме. Поэтому время нахождения огня играет важную роль. Максимальное время – 5 минут. После пяти минут попытка останавливается. Если, в любой попытке, робот зацикливается и повторяет одно и то же движение более 5 раз подряд, попытка останавливается. Если робот стоит неподвижно более 30 секунд, попытка останавливается. Остановка попытки по любой из вышеперечисленных причин не влияет на возможность робота поучаствовать в следующих попытках.
Данная модель робота соответствует категории «Робот пожарный». Размер модели робота не превышает 150х150х70мм. Вес не более 500г [5]. Робот полностью автономный, он способен передвигаться на большой скорости по лабиринту. Шаблон лабиринта расположен в приложении на рисунке 14. Это задание моделирует реальную жизненную ситуацию, когда автономный робот тушит огонь в настоящем доме.
STL файлы для печати на 3D принтере, файлы монтажных плат, программный код можно найти перейдя по ссылке: https://disk.yandex.ru/d/C46t-SXYa-3U3w
Материалы и инструменты
3D вид модели робота для соревнований находится в приложении, рисунок 7.
Для изготовления модели применялся следующий инструмент, материал и детали заводского производства:
Компьютер и 3D принтер.
Пластик для 3D принтера – 200 гр.
4 колеса, диаметром 45мм, шириной 15мм.
Редукторы - 2шт.
Текстолит фольгированный размером 60х70мм.
Набор радиодеталей для плат (см. принципиальную схему).
Аккумулятор 4.2V 1300mAh – 2шт.
Кассета для двух аккумуляторов – 1шт.
Болты и гайки М3 – по 4 шт.
Саморезы размером 2.6х10мм – 10шт.
Провода монтажные сечением 0,25мм2, длиной 350см.
Припой ПОС-60 с канифолью диаметром 3мм, длиной 4см.
Паяльник 25Вт 220в.
Набор слесарного и монтажного инструмента.
Механическая начинка модели
При разработке чертежей учитывалось, что изготовление шасси и корпуса модели робота будет на 3D принтере. Корпус модели состоит из двух частей, верхней и нижней рамы. Модель разрабатывалась на колесном шасси (рисунок 1) [1, 20].
Рисунок 1. Чертеж редуктора для модели.
Колесное шасси, построено по стандартной схеме и состоит из двух редукторов с передачей вращения 1:200, которые крепится к раме снизу.
В нижней части рамы располагаются, датчик контроля поверхности, датчик огня и датчик препятствия, контроллер и драйвер ходовых двигателей [4]. На верхней части рамы, воздушная пушка для тушения свечи.
Все детали рамы смоделированы в компьютерной программе Autodesk 3ds Max. Фотографии деталей показаны в приложении на рисунках 8 - 11.
Электронная начинка модели
Основные блоки управления моделью робота для соревнований построены на самодельных платах. Плата контроллера марки Atmega 328 PU с драйвером двигателей на микросхеме L293D [2]. Принципиальная схема электроники изображена на рисунке 3, монтажная плата на рисунке 4. В Модели используются датчики препятствий, датчик поверхности и датчик огня промышленного производства (рисунок 2).
Рисунок 2. Датчики.
Программный код (скетч) для прохождения трассы представлен в приложении, таблица 1. После загрузки скетча в контроллер необходимо отладить программную часть под данную механику. Загрузка программы в контроллер производится с помощью программатора Arduino ISP в среде Arduino 1.05 [6].
Рисунок 3. Принципиальная схема электроники робота.
Рисунок 4. Монтажная плата контроллера (со стороны деталей).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данная методическая разработка была апробирована в робототехническом объединении учащимися 1 года обучения.
После испытания первой модели робота были созданы еще пять моделей и проводились соревнования в объединении с учащимися 5-6 классов.
Простота в сборке модели робота, в сочетании с готовыми программными кодами, позволило учащимся в конце урока увидеть собранную своими руками модель, которая после отладки выполняла поставленную ими же самими задачу (рисунок 8).
Рисунок 5. Модели роботов пожарников.
Творческая работа над практическими заданиями способствует изучению составляющих современных простых спортивных роботов, а программная среда Arduino ID позволит легко и эффективно изучить алгоритмизацию и программирование.
Низкая себестоимость способствовала разработке модели робота, на примере которой наглядно продемонстрирован принцип алгоритма движения, выполнение поставленных задач.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Литература:
Рядчиков И. В., Синица С. Г., Брагин Б. О., Шепилов В. В., Пузановский К. В. Создание робота автономного движения по линии [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 19-25.
Белов А. В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. – СПб.: Наука и Техника, 2008. – 544 с.: ил.
Филиппов С. А. Робототехника для детей и родителей. — СПб.: Наука, 2013. 319 с.
Страковский Д. А., Симаков Е. Е. Создание робота-гонщика на платформе Arduino // Юный ученый. — 2016. — №3. — С. 120-124.
Мобильные минироботы. Электронный ресурс. Режим доступа //http://www.railab.ru/images/begin/course/materials/course3/metod3.htm.
Программирование микроконтроллеров AVR с помощью Arduino на примере ATmega8. Электронный ресурс. Режим доступа //http://andreyandreich.ru/atmega8-microcontroller.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рисунок 6. Модель робота для соревнований в классе «Пожарный».
Рисунок 7. 3D модель работа.
Рисунок 8. Рама модели.
Рисунок 9. Боковые стенки для модели.
Рисунок 10. Воздушная пушка.
Рисунок 11. Рама редуктора и колесо для модели.
Таблица 1. Программный код (скетч).
|
#include Servo neck; const int EV1 = 2; const int EV2 = 3; const int OV1 = 5; const int EV3 = 4; const int EV4 = 7; const int OV2 = 6; int ik_right = A1; // пин для датчика правого int ik_centr = A0; // пин для датчика центра int ik_ogon = A3; // пин для датчика огня int ik_pol = A2; // пин для датчика пола int nasos = A5; // пин для подключения насоса
void setup() { pinMode (EV1, OUTPUT); pinMode (EV2, OUTPUT); pinMode (EV3, OUTPUT); pinMode (EV4, OUTPUT); pinMode (OV1, OUTPUT); pinMode (OV2, OUTPUT); pinMode (ik_centr, INPUT); pinMode (ik_right, INPUT); pinMode (ik_ogon, INPUT); digitalWrite(ik_ogon, HIGH); pinMode (ik_pol, INPUT); pinMode (nasos, OUTPUT); neck.attach(10); // пин для сервы поворота насоса neck.write(90); // установка серво в среднее положение delay(2000); } void loop() { int sensor_C = digitalRead(ik_centr); int sensor_R = digitalRead(ik_right); int sensor_P = digitalRead(ik_pol); int sensor_O = digitalRead(ik_ogon); int position; //********************************* 1 *************************************** // Если датчик Пол - белый, датчик Центр - нет, датчик Правый - есть стена, датчик Огонь - нет, то едем вперед вдоль стены. if(sensor_P == LOW && sensor_C == HIGH && sensor_R == LOW && sensor_O == HIGH) // LOW - есть препятствие, HIGH - нет препятствия { Vpered(); delay(200); Levo(); delay(50); } //********************************* 3 *********************************** // Если датчик пол - белый, датчик Центр - нет, датчик Правый - нет стена, датчик Огонь - нет, то поиск стены поворот вправо. if(sensor_P == LOW && sensor_C == HIGH && sensor_R == HIGH && sensor_O == HIGH) // LOW - есть препятствие, HIGH - нет препятствия { Pravo(); // поворот вправо // delay(50); } //**************************************** 4 ************************************************** // Если датчик пол - белый, датчик Центр - есть, датчик Правый - есть стена, датчик Огонь - нет, то отъезд назад, поворот вправо, едим вперед if(sensor_P == LOW && sensor_C == LOW && sensor_R == LOW && sensor_O == HIGH) // LOW - есть препятствие, HIGH - нет препятствия { Nazad(); delay(300); // время отъезда назад Levo(); delay(700); // время поворота влево } //*************************************** 2 ********************************************** // Если датчик пол - белый, датчик Центр - есть, датчик Правый - нет стена, датчик Огонь - нет, то отъезд назад и поворот влево if(sensor_P == LOW && sensor_C == LOW && sensor_R == HIGH && sensor_O == HIGH) // LOW - есть препятствие, HIGH - нет препятствия { Nazad(); delay(300); // время отъезда назад
Levo(); delay(700); // время поворота влево } //********************************* 5 тушение ********************************************** // Если датчик пол - есть, датчик Центр - нет, датчик Правый - нет или есть стена, датчик Огонь - нет, то стоп вкл насоса и серво if(sensor_P == HIGH) // LOW - есть препятствие, HIGH - нет препятствия { Stoper();
for(position = 20; position сервоприводу повернуться на позицию 160 градусов с шагом в 2 градус: { neck.write(position); // Перемещаемся на следующую позицию //delay(20); // Короткая пауза digitalWrite(nasos, HIGH); // вкл насоса delay(50); } for(position = 160; position = 20; position -= 2) // сервоприводу повернуться на позицию 20 градусов с шагом в 2 градус: { neck.write(position); // Переместиться на следующую позицию //delay(20); // Короткая пауза digitalWrite(nasos, HIGH); // вкл насоса delay(50); } digitalWrite(nasos, LOW); // выкл насоса neck.write(90); // установка серво в среднее положение delay(10000); // время остановки робота } // Функции движения } void Vpered() { digitalWrite(EV1, HIGH); // левый двигатель вперед digitalWrite(EV2, LOW); analogWrite(OV1, 150); digitalWrite(EV3, HIGH); // правый двигатель вперед digitalWrite(EV4, LOW); analogWrite(OV2, 250); }
void Nazad() { digitalWrite(EV1, LOW); // левый двигатель назад digitalWrite(EV2, HIGH); analogWrite(OV1, 150); digitalWrite(EV3, LOW); // правый двигатель назад digitalWrite(EV4, HIGH); analogWrite(OV2, 200); } void Levo() { digitalWrite(EV1, LOW); // левый двигатель стоп digitalWrite(EV2, LOW); analogWrite(OV1, 0); digitalWrite(EV3, HIGH); // правый двигатель вперед digitalWrite(EV4, LOW); analogWrite(OV2, 200); } void Pravo() { digitalWrite(EV1, HIGH); // левый двигатель вперед digitalWrite(EV2, LOW); analogWrite(OV1, 200); digitalWrite(EV3, LOW); // правый двигатель стоп digitalWrite(EV4, LOW); analogWrite(OV2, 0); } void Stoper() { digitalWrite(EV1, LOW); // левый двигатель стоп digitalWrite(EV2, LOW); analogWrite(OV1, 0);
digitalWrite(EV3, LOW); // правый двигатель стоп digitalWrite(EV4, LOW); analogWrite(OV2, 0); } |
Рисунок 12. Лабиринт, моделирующий жилой дом.
17
Вебинар для учителей
Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!
Полезное для учителя
Реализация образовательных программ осуществляется с применением исключительно электронного обучения и ДОТ
