12
Конкурс исследовательских работ и творческих проектов среди обучающихся первой ступени образования « Я-исследователь»
Роботизированный автоматический перевозчик
Выполнил: Кучкин Артем,
обучающийся 4 А класса, МАОУ СОШ №8
Руководители: Терзи Елена Георгиевна,
учитель нач.кл. МАОУ СОШ №8,
Тел.912 4387239
Кучкина Инна Александровна,
педагог дополнительного образования МАОУ ДОД ЦТТ
Тел.9185513673
Лабытнанги 2013
Содержание
Введение 1. Основная часть
1.1. Направления развития современной робототехники
1.2. Роботы в нашей жизни
1.3. Строительство мостового перехода. Способ транспортировки
людей и грузов через водную преграду
1.4. Информация о строительстве моста через реку
1.5. Модель роботизированного автоматического перевозчика
2. Практическая часть
2.1. Описание модели роботизированного автоматического перевозчика
2.2. Описание программы работы роботизированного автоматического
перевозчика
Заключение
Список литературы
Приложения
3-4
5
5
5
8
9
9
10
11
Введение
Мой родной город Лабытнанги располагается на расстоянии всего 20 км от окружного центра ЯНАО г. Салехарда на левом берегу реки Обь на восточных склонах Полярного Урала. Сегодня существование этих двух городов нельзя представить друг без друга. В Салехарде находится аэропорт, сосредоточена большая часть населения и предприятий, зато в Лабытнанги есть железная дорога. Удачная транспортная схема нашего города предопределила его роль в развитии Ямала: город стал перевалочной базой для освоения крупнейших месторождений округа и прочно закрепил за собой статус «Ворота Ямала».
От столицы ЯНАО Салехарда нас отделяет река Обь, пересечь которую можно на пароме летом, на «буране» зимой - «дорога жизни». Строительство мостового перехода через Обь предусмотрено проектом «Северный широтный ход» корпорации «Урал Промышленный- Урал Полярный» и является одним из основных и дорогостоящих объектов.
Проблема заключается в том, что при строительстве моста Салехард-Лабытнанги необходима перевозка пассажиров, у которых нет личного автомобиля.
Гипотеза: если запустить электропоезд между городами по мосту, то появится возможность перевозки пассажиров.
Цель работы: Разработка, создание и программирование модели электропоезда для перевозки пассажиров между городами Лабытнанги – Салехард.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить направления современной робототехники
Изучить информацию о строительстве моста через реку.
Изучить информацию о возможных способах транспортировки людей.
Изучить схемы ранее собранных моделей из конструктора LEGO.
Разработать модель роботизированного автоматического перевозчика.
Сконструировать разработанную модель с использованием конструктора LEGO MINDSTORMS 2.0.
Изучить основы алгоритмизации.
Создать алгоритм движения перевозчика.
Создать и отладить программу движения роботизированного автоматического перевозчика в среде программирования LEGO Mindstorms.
Объект исследования: изучение основ современной робототехники.
Предмет исследования: роботизированный автоматический перевозчик.
1. Основная часть
1.1. Направления развития современной робототехники
Специалисты выделили шесть направлений развития современной робототехники, которые могут быть интересны в качестве «вложения капитала» на перспективу.
Это «личная» робототехника (домашние роботы для уборки, общения, безопасности, наблюдения, работы с Интернетом и домашней электроникой)
(приложение 1),
робототехника «для здоровья» (роботы для помощи престарелым и инвалидам)
«воспитательная» робототехника (роботы для школ, исследовательских центров и дистанционного образования)
робототехника «для досуга» (роботизированные игрушки и аттракционы, роботизированные платформа интерактивных цифровых комплектов) (приложение 1),
робототехника в городе (роботы для перемещения и доставки, для управления энергией и т.п.) (приложение 2)
1.2.Роботы в нашей жизни
Когда вы слышите слово робот, что вы себе представляете? Для некоторых людей они незаменимые помощники и партнеры. Другие относятся к ним, как к неким машинам со сверх интеллектом, опасаясь, что однажды они вытеснят человека. А для третьих – это что- то из области фантастики.
И все-таки какое место в нашей жизни занимают роботы? Международная федерация робототехники еще с 2006 года насчитывала около миллиона промышленных роботов, половина из которых – в Азии. Почему же они нам так нужны?
Вы только представьте себе работника, который не устает, не курит, не болеет, никогда не жалуется и работает все 24 часа в сутки. Сегодня этим занимаются промышленные роботы. Они собирают самые разные изделия или узлы. Они оправдывают свое предназначение и название происходящее от слова рОбота – «тяжелый труд».
Однако в наше с вами время существуют не только промышленные роботы манипуляторы. Современные машины оснащены программным обеспечением, позволяющим различать голос человека, ориентироваться на местности при помощи систем глобальной навигации, умеют использовать беспроводную связь, а также оборудованы различными датчиками температуры, ультразвука, нагрузки, химических датчиков, датчиков радиации. Современные сварочные и сборочные роботы выполняют работу, которая несколько лет назад казалась невыполнимой. К примеру, в сфере обслуживания. В США есть механизмы, которые сортируют, поднимают и раскладывают по поддонам посылки.
Или, к примеру, в одной из аптек Великобритании работает робот аптекарь с механическими руками, который за секунды находит и выдает лекарства.
В Японии придумали робота – тюленя. Его отдали в дом престарелых. Пожилые люди могут по очереди гладить этого пушистого робота. Он реагирует на прикосновения, звук, свет, температуру и даже на то, в каком положении его держат. Он умеет подражать поведению тюленей. Издает мягкие гортанные звуки, моргает глазами, шевелит ластами. Существует мнение, что этот такой "тюлень" удовлетворяет основную потребность человека в общении. Он используется для своего рода терапии.
В медицине их тоже используют. Представьте робота, который стоит над пациентом с тремя «руками». В пару метрах от него установлен пульт управления, за которым сидит врач – хирург. В видоискателе хирург всматривается в трехмерное изображение сердца. Он управляет манипулятором, который делает разрезы и накладывает швы. И потому как это делает робот, травмирование организма происходит минимальное за счет точных движений робота. И пациент выздоравливает намного быстрее.
Или, к примеру, робот – пылесос. Стоит себе в углу и напоминает форму диска. Когда он начинает пылесосить, он «знакомится» с окружающей обстановкой в комнате ориентируясь по стенам. Он определяет, где находятся лестницы и другие недоступные зоны и обходит их. По окончанию работы он возвращается к зарядному устройству. И таких интеллектуальных пылесосов в настоящее время используется уже более двух миллионов.
Для поисково-спасательных работ после разрушения всемирного торгового центра были использованы 17 поисково-спасательных роботов размером с баскетбольный мяч. Под изувеченными бетонными глыбами и железными балками эти роботы отыскивали тех, кто остался в живых.
В космосе шестиколесный робот манипулятор – марсоход под названием «Спирит» изучает поверхность Марса. Вооруженный различными датчиками и оптикой он изучает состав грунта и породы. С помощью своих камер он сделал более 88 500 снимков планеты, закаты солнца, пылевые бури, облаков и кратеров.
Уже давно люди мечтали создать человекоподобного робота- гуманоида. Но до технического решения этой задачи еще очень далеко. Люди возносят небоскребы, строят суперкомпьютеры, проектируют целые города, но все это блекнет по сравнению с созданием таких машин со способностью двигаться как человек, с механическим слухом и зрением, со способностью мыслить.
Взять, к примеру, задачу, создать машину умеющую ходить. На первый взгляд это не сложно. В итоге, на протяжении 11 лет, в течение длительного исследования и разработок, на которые было потрачены миллионы долларов США, японским конструкторам в 1997 году удалось сконструировать робота, который мог подниматься по лестнице, бегать, танцевать, вставать после падения, носить предметы или толкать перед собой тележку.
Какое будущее у интеллектуальных машин? Разработкой робонавта занимается Американское Национальное управление по аэронавтике. Он должен будет заменить человека и выполнять опасные задания. Билл Гейтс, известный своими разработками в компьютерной технике говорит, что роботы будут играть важную роль в оказании помощи пожилым людям и возможно скрасят их одиночество.
Но далеко не все разделяют такое мнение ученых. Джордан Поллак, занимающийся разработкой искусственного интеллекта, сказал: ”Мы и понятия не имеем, до чего совершенным программистом может быть мать-природа”
Так что, каково будущее робототехники покажет время. Но одно мы знаем точно. Свобода выбора всегда останется только за человеком.
1.3 Строительство мостового перехода.
Способ транспортировки людей и грузов через водную преграду
Доставка людей и грузов через водную преграду ( с одного берега реки на другой, между островами в море, между островом и материком ) сопряжена с большими техническими трудностями и финансовыми затратами. Сейчас используют в основном три способа транспортировки:
- на судах (паром);
- мост;
- поддонный тоннель.
Не вникая во все недостатки указанных устройств, отметим только дороговизну их сооружения и эксплуатации, необходимость создания и функционирования соответствующей инфраструктуры.
1.4 Информация о строительстве моста через реку
Ранее предлагался проект совмещенного моста с двумя ярусами – для движения автомобильного и железнодорожного транспорта. Минфин РФ принял решение отложить сроки выделения средств на проект из федерального бюджета. Исключив из проекта автомобильный переход, корпорация «Урал промышленный - Урал полярный» смогла снизить стоимость строительства моста. Западные инвесторы поставили условие, при котором подразумевается строительство лишь железнодорожного моста через Обь. Автомобильный мост новыми планами не предусмотрен. Сделано это в целях оптимизации расходов.
Корпорация «Урал Промышленный - Урал Полярный» решила все-таки построить автомобильную дорогу на мосту через Обь между городами Салехард и Лабытнанги. Конструкция моста через Обь будет одноуровневой. Проект предусматривает строительство, как железнодорожного пути, так и полосы для проезда автомобилей.
Модель роботизированного автоматического перевозчика
Предлагаю новый способ и устройство для транспортировки людей и грузов через реку Обь.
Его преимущества:
короткие сроки монтажа устройства и запуска
не требуются суда, полная автономность ( контейнеры с грузом и людьми движутся самостоятельно с одного берега на другой без всяких тросов и двигателей
не создается помеха судоходству
Это очень актуально для сибирских рек, постройка мостов на которых сопряжена
с огромными финансовыми затратами. Предполагаю, что осуществление такого транспортного сообщения, например, через Ла-Манш было бы на много порядков дешевле постройки существующего тоннеля, а его эксплуатация и использование - гораздо выгоднее. Это грандиозный проект по своей экономической и экологической привлекательности.
Приглашаю рассмотреть мое предложение солидную фирму для коммерциализации проекта.
Я готов продемонстрировать модель. (Приложение 5)
2. Практическая часть
2.1 Описание модели роботизированного автоматического перевозчика
Два жестко соединенных сервомотора образуют основу для всей модели, на которую крепятся: блок управления NXT, датчики, вагон для пассажиров. Датчики расстояния находятся по обе стороны перевозчика. В головной части модели крепятся датчик расстояния, цвета, касания. В хвостовой части – датчик расстояния. Движение модели осуществляется по рельсам.
Для сборки перевозчика используется конструктор Lego Mindstorms NXT 2.0. В работе использованы:
2 сервомотора
позволяет роботу двигаться
2 датчика расстояния
позволяет роботу определять расстояние до объекта и реагировать на движение
1 датчик цвета
помогает роботу реагировать на изменения цвета
детали конструктора LEGO MINDSTORMS 2.0
полый пластмассовый блок, соединяющийся с другими такими же кирпичиками на шипах (Приложение №1)
Сборка перевозчика происходит по следующей схеме (Приложение №3)
2.2 Описание программы работы роботизированного автоматического перевозчика
Среда программирования Lego Mindstorms NXT 2.0 позволяет визуальными средствами конструировать программу функционирования модели.
Для работы перевозчика создается серия программных блоков, из которых формируется программа. (Приложение № 4)
Движение перевозчика начинается по зеленому сигналу семафора. Роботизированный автоматический перевозчик издается сигнал к отправке и движется по рельсам. В случае возникновения препятствий, модель останавливается, издает звуковой и световой сигнал. После устранения помехи движение продолжается далее. При срабатывании датчика касания на конечной станции, перевозчик останавливается для высадки и посадки пассажиров, ожидает зелёного сигнала семафора. Получив разрешение к отправке, модель движется в обратном направлении.
Заключение
Таким образом, изучив схемы сборки различных моделей ЛЕГО, был создан роботизированный автоматический перевозчик. Работой устройства управляет программа, созданная в среде программирования LEGO Mindstorms NXT 2.0
Выводы: В наших городах при строительстве моста через реку Обь людям, у которых нет автомобиля, придется, как и прежде, передвигаться в непогоду. Необходимо организовать перевозку жителей наших городов от одного берега к другому. Для перевозки пассажиров можно использовать роботизированного автоматического перевозчика.
Список использованной литературы и информационных ресурсов
Витезслав Гоушка «Дайте мне точку опоры…», - «Альбатрос», Изд-во литературы для детей и юношества, Прага, 1971. – 191 с.
Использование лего-технологий в образовательной деятельности. Челябинск, 2011г.
ЛЕГО-лаборатория (ControlLab).Эксперименты с моделью вентилятора: Учебно-методическое пособие, - М., ИНТ, 1998. - 46 с.
ЛЕГО-лаборатория (ControlLab):Справочное пособие, - М., ИНТ, 1998. –150 стр.
Летний кружок образовательной робототехники на базе школьного оздоровительного лагеря. Челябинск, 2011г.
Наука. Энциклопедия. – М., «РОСМЭН», 2001. – 125 с.
Рыкова Е. А. LEGO-Лаборатория (LEGO ControlLab). Учебно-методическое пособие. – СПб, 2001, - 59 с.
Сборник лучших творческих Лего-проектов «Роботы и искусство». Челябинск, 2011г.
Современные технологии в образовательном процессе. Сборник статей. Челябинск, 2011г.
Энциклопедический словарь юного техника. – М., «Педагогика», 1988. – 463 с.
[link] - LEGO Mindstorms NXT: основы конструирования и программирования роботов.
