XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание робота на основе конструктора «КЛИК»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В условиях стремительного научно-технического прогресса, навыки, связанные с робототехникой и программированием, становятся все более востребованными.
В современном мире технические и инженерные навыки становятся все более важными. Использование конструктора «КЛИК» позволяет нам знакомиться с основами робототехники и программирования, что поможет им в будущем.
Таким образом, создание робота на основе конструктора «КЛИК» является не только учебным проектом, но и актуальным шагом к внедрению инновационных решений в различные сферы жизни, что подчеркивает его значимость и необходимость.
Цель проекта созданиероботанаосновеконструктора«КЛИК».
Объект проектаконструктор«КЛИК».
Предметом проекта являетсяпринципстроенияиработыроботанаосновеконструктора«КЛИК».
Восновуданнойработыположена гипотеза,согласнокоторой,изучивпринципстроения и работы робота на основе конструктора «КЛИК», можно создатьразличные модели робота.
Всоответствиисцельюигипотезойбылипоставленыследующие задачи:
-
Изучить набор робота «КЛИК»
-
Создатьроботнаосновеконструктора«КЛИК»
Методы проекта:
-
анализлитературыиматериаловсетиInternet;
-
моделирование.
1. Теоретическая часть
1.1. Образовательный конструктор - КЛИК
Российский образовательный набор КЛИК предназначен для изучения электроники и робототехнических систем в начальной, средней и старшей школе. Детали конструктора разработаны на базе плат Arduino. Данное решение снижает возрастной порог обучения робототехнике до 7 лет и расширяет возможности создания роботизированных систем в научно-исследовательском, инженерно-техническом и спортивно-соревновательном ключе.
Входящие в набор датчики, модули и аксессуары позволяют собирать и программировать рабочие модели мобильных и стационарных роботов с автоматизированным управлением (в т.ч. на колесном и гусеничном ходу), а также модели рычагов и конструкций с различными видами передач (в т.ч. червячные и зубчатые). Сами контроллеры выполнены в закрытых пластиковых корпусах, что улучшает эксплуатационные характеристики с точки зрения долговечности и безопасности.
Так как в основе «мозга» набора КЛИК лежат микроконтроллеры Arduino, то работа с ними осуществляется с помощью программных сред Arduino ide, ArduBlock, MBlock3 и MBlock5. Возможно использование и другого ПО, но перечисленные среды уже оптимизированы для конструктора и не требуют сложных настроек.
Встроенные беспроводные сетевые решения (Wi-Fi и Bluetooth) и интеграция с бесплатным облачным ПО открывают возможности для практического изучения технологий искусственного интеллекта и Интернета вещей. Набор КЛИК легко расширить дополнительными компонентами. Например, стандартными деталями Arduino-наборов (датчиками и исполнительными устройствами), а также ресурсными наборами серии Ai&IoT компании Makeblock. Благодаря применяемым беспроводным технологиям появляется и возможность объединения нескольких роботов в группы с сетевым взаимодействием.
Состав набора КЛИК:
– Ультразвуковой датчик расстояния;
– Двойной датчик линии;
– Датчик цвета;
– Датчик касания;
– Bluetooth модуль;
– IR модуль;
– Пульт дистанционного управления по IR;
– DC моторы (2);
– Сервопривод;
– Блок управления;
– CyberPi микроконтроллер;
– Аккумулятор;
– Детали для сборки робота (балки, рамки, зубчатые колеса, оси);
– Крепежные детали;
– Соединительные провода;
– Инструкции и методические материалы.
Таким образом мы рассмотрели основные составляющие набора КЛИК. В следующем параграфе рассмотрим пулемет Гатлинга, который станет основой для нашего робота.
1.2. Из истории пулемета Гатлинга
Пулемет Гатлинга, или картечница, как это оружие называлось первоначально, стал провозвестником эпохи скорострельного оружия. С появлением пулемёта Гатлинга впервые за всю историю оружейного конструирования была создано устройство, позволяющее вести непрерывный огонь в высоком темпе. Изображение пулемета представлено на рисунке 1.
Рисунок 2.
Принципы работы картечницы, примененные Гатлингом, оказались необычайно эффективны в условиях войн XIX века. Начало века XX, казалось бы, поставило точку в развитии этого оружия, но, вопреки всем обстоятельствам, пулеметы Гатлинга вернулись на театры военных действий и в состав вооружения регулярных армий в 60-е годы прошлого века.
Принцип действия пулемета Гатлинга был основан на вращении блока стволов. Ствольный блок (количество стволов было разным – от 6 до 10, иногда – больше) был собран вокруг центрального вала и жестко соединен между собой. Вал в первых моделях имел ручной привод. Он приводился в движение посредством мускульной силы стрелка при помощи угловой зубчатой передачи. Вращение осуществлялось расположенным сбоку справа рычагом.
За блоком стволов был расположен барабан с выемками. В выемку под собственным весом опускался патрон. Подача патронов производилась из коробчатого бункера – барабан вращался, патроны выпадали по одному на лотки барабана и подхватывались затворами. Следует отметить, что количество затворов системы соответствовало количеству стволов.
Система ствол-затвор работала следующим образом: затвор с патроном при вращении вала, доходя до определенной фазы в амплитуде вращения барабана, продвигались вперед посредством криволинейного паза. В паз попадала задняя часть ударника, оснащенная выступом.
Внешняя часть паза продвигала затвор к патроннику, в результате чего патрон оказывался в стволе, а паз взводил ударник, фиксируя его заднюю часть и тем самым сжимая пружину. В тот момент, когда чашечка затвора соприкасалась с казенной частью ствола, и происходило запирание, ударник высвобождался, выходя из паза. Разжимаясь, пружина инициировала воспламенение пороха в патроне, и происходил выстрел.
После того, как пуля покидала ствол, гильза в определенной фазе вращения ствола выпадала под собственным весом – так происходила экстракция.
Первый пулемет системы Гатлинга использовал патроны, оснащенные пулей Минье и картонными гильзами, сгоравшими при выстреле. В качестве боевого вещества использовался дымный порох. Впоследствии система неоднократно модифицировалась и в конце XIX века пулемет (в патентной документации изобретение названо Revolving Battery Gun) использовал снаряженный уже бездымным порохом унитарный патрон калибра .30-06.
Основным преимуществом орудия Гатлинга стала его феноменальная скорострельность. По началу эта характеристика зависела только от физических возможностей стрелка и составляла, в среднем, 200 выстр./мин. Таким образом, один расчет из 3-4 человек мог создать плотность огня, равную боевому показателю целой роты, вооруженной винтовками.
Во второй части мы попробуем собрать пулемет системы Гатлинга из составляющих робота «КЛИК».
2. Практическая часть
2.1. Сборка модели – «Пулемёт Гатлинга»
Пулемёт Гатлинга, ставший иконой боевого оружия, продолжает вдохновлять инженеров и технологов на создание современных аналогов и модификаций. В последние годы наблюдается тенденция интеграции традиционных систем стрельбы с роботизированными платформами, такими как робот КЛИК. В данном параграфе будет представлена поэтапная сборка пулемёта Гатлинга на базе робота КЛИК.
Процесс сборки включает несколько ключевых этапов: сначала осуществляется установка основного каркаса, затем монтируются вращающиеся стволы, после чего подключаются системы управления и электроника. Важно обратить внимание на балансировку модели и правильную настройку механизмов, чтобы обеспечить максимальную точность стрельбы. Завершив сборку, проведем тестирование, которое позволит оценить работоспособность системы в различных условиях. За основу мы взяли инструкции А.В. Корягина [2].
Таким образом, результаты сборки не только демонстрируют возможности современных технологий, но и подчеркивают значимость соблюдения всех этапов производства для достижения успешного результата.
2.2. Программирование – «Пулемёт Гатлинга»
Программирование пулемёта Гатлинга в среде Mblock — это увлекательный и интересный проект, который помогает познакомиться с основами программирования и робототехники. Сначала мы создаем модель пулемёта, используя детали, а затем соединяем её с контроллером. В Mblock мы можем написать программу, которая будет управлять движением и стрельбой. Например, мы задаём команды для вращения ствола и запуска "пуль". В результате, когда программа запускается, наш пулемёт начинает стрелять с высокой скоростью, как настоящий, но при этом совершенно безопасно. Пример программы представлен на рисунке 2.
Рисунок 2
Заключение
Сконструированный нами пулемет после завершения всех этапов работы успешно выполняет заданные функции. Мы смогли реализовать все поставленные цели: он реагирует на команды и выполняет свои задачи. Работая над проектом, я научился техническим аспектам сборки и программирования.
Изучение конструктора «КЛИК» и среды программирования MBlock дало возможность глубже понять, как работают современные технологии и что может стоять за созданием умных устройств. Этот проект стал для меня интересным опытом и показал, что создание робота — это не только увлекательно, но и полезно.
В будущем планирую продолжить изучение робототехники. Мне бы очень хотелось научиться самому создавать интересные модели, а главное самому создавать программы, которые дадут возможность роботу выполнять различные действия.
Список литературы
-
Копосов, Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6-го классов:учеб.пособие/Д.Г.Копосов.-Москва: Бином.Лабораториязнаний,2014.–286 с.
-
КЛИК. Методический сборник по образовательной робототехнике. Корягин А.В.
-
Русецкий,А.Ю.Вмирероботов:Кн.дляучащихся/А.Ю.Русецкий–Москва: Просвещение,1990.–160с.
-
Филиппов,С.А.Основыробототехникинабазеконструктора«КЛИК»[Электронныйресурс].
-
Филиппов,С.А.Робототехникадлядетейиродителей:научноеиздание/С.А.Филиппов–3-е изд.,перераб.ииспр.—СПб.: Наука,2010.–319с.