Аннотация
Данная исследовательская работа посвящена особенностям разработки и изготовления робота-паука на основе Arduino Nano.
Цель:
Разработка и изготовление робота-паука на основе Arduino Nano, который сможет самостоятельно передвигаться и обходить препятствия, своими руками.
Задачи:
1. Проанализировать литературу, направленную на изучение роботов, с использованием Arduino Nano;
2. Выбрать наиболее подходящий вариант робота;
3. Разработать и реализовать этапы работы;
4. Изготовить робота-паука на основе Arduino Nano.
В процессе своей работы мы провели анализ различных информационных источников о методах и приемах изготовления роботов, изучил различные способы их изготовления.
Прежде чем приступить к работе, были проанализированы возможные варианты изготовления роботов, достоинства и недостатки, и сделан выбор в пользу робота-паука на основе Arduino Nano.
Проект имеет практическую значимость в современном мире. В виду интереса к робототехнике и потребностей детей к изготовлению роботов своими руками на внеурочных занятиях в школе, он прост в обращении и не требует специальных знаний и умений. Основан на легком в обучении языке программирования C++ и популярной платформе Arduino Nano. Робот не дешевое изделие, но сделанный своими руками намного дешевле, чем готовый, купленный в магазине.
Перспективой исследовательской работы является, то, что роботы будут востребованы в реалиях нашего времени очень активно, как для игр, так и в помощи человеку. В будущем умение изготавливать роботов может приносить небольшой заработок.
Цель исследования достигнута, гипотеза доказана. Действительно, в процессе работы над проектом, робот-паук получился функциональным и современным, имеет невысокую себестоимость. Изделие качественное и безопасное. Конструкция робота соответствует выбранной модели.
План исследования
Исследования проводились в три этапа:
На I этапе изучалась и анализировалась научно-техническая литература по вопросам применения, эксплуатации, изучения, устройства, принципа работы, сборки роботов. Были изучены различные модели, произведена их оценка, анализ, выявлены преимущества и недостатки с целью выявления оптимальной конструкции для последующей его сборки и изготовления.
На II этапе с помощью теоретических и эмпирических методов реализована практическая часть работы. В этот период продолжалось изучение литературы, отражающих проблему исследования; доработка и изготовление модели робота-паука для печати на 3 D принтере.
На III этапе подведены итоги работы; обобщен фактический материал; организовано и проведено испытание робота-паука. Завершен анализ научно-технической литературы по исследуемой теме. Итоги исследования оформлены в соответствии с предъявляемыми требованиями.
Основные параметры будущего изделия:
1. Робот-паук должен быть функциональным и современным.
2. Должен иметь невысокую себестоимость.
3. Изделие должно быть качественным и безопасным.
4. Конструкция робота-паука должна соответствовать выбранной модели.
Гипотеза: При условии, что детали робота-паука будут напечатаны на 3 D принтере и изготовлены на основе Arduino Nano, можно существенно сэкономить и получить интересного робота.
Актуальность:
Специалисты по робототехнике в данный момент времени очень востребованы, роботы активно внедряются во все сферы жизни людей. Изучение робототехники возможно каждому желающему, расширяется база знаний во многих школьных предметах естественно-математического цикла. Изготовленный нами робот-паук покажет, насколько это увлекательно учиться и создавать технические устройства.
Цель:
Разработка и изготовление робота-паука на основе Arduino Nano, который сможет самостоятельно передвигаться и обходить препятствия, своими руками.
Задачи:
1. Проанализировать литературу, направленную на изучение роботов, с использованием Arduino Nano;
2. Выбрать наиболее подходящий вариант робота;
3. Разработать и реализовать этапы работы;
4. Изготовить робота-паука на основе Arduino Nano.
Предмет исследования: особенности изготовления робота-паука на основе Arduino Nano своими руками.
В ходе подготовки работы применялись такие методы исследования, как:
· анализ и синтез научной и технической литературы;
· наблюдение;
· изучение и обобщение;
· фотографирование
· эксперимент и апробация работы робота-паука.
Новизна проекта:
Новизна исследования состоит в том, что в рамках учебного процесса и внеурочной деятельности нами были изучены различные модели роботов на плате Arduino Nano, произведена их оценка, анализ, выявлены преимущества и недостатки с целью выявления оптимальной конструкции для последующей его сборки и изготовления.
Проблема исследования - возможно ли изготовить робота-паука на основе ArduinoNano своими руками.
Источниками исследования стала научно-техническая литература по вопросам применения, эксплуатации, изучения, устройства, принципа работы, сборки роботов.
Проект имеет практическую значимость в современном мире. Плата Arduino Nano дает возможность воссоздавать различных роботов, а также программировать их. Робототехника оказалась весьма интересной наукой. Использование в работе 3 D принтера увлекательное занятие, когда все детали будущего робота можно напечатать. Данный материал можно использовать для развития интереса к робототехнике у детей и взрослых.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Теоретическая часть……………………………………………………………………….2
1.1. Из истории робототехники……………………………………………………………2
1.2. Определение методов и приѐмов проектирования……………………….................4
1.3. Обоснование и выбор материалов и инструментов……………………....................4
2. Технологический этап
2.1. Технологическая карта изготовления робота паука………………………………….5
2.2. Техника безопасности при работе с роботом пауком ……………………………….7
3. Заключительный этап
3.1.Экологическое обоснование проекта………………………………………………….8
3.2. Экономическое обоснование………………………………………………………….8
3.3.Оценка выполненной работы……………………………………………...................9
4. Литература……………………………………………………………………………………9
Приложения
Научная статья
1. Теоретическая часть
1.1. Из истории робототехники
Выполнение проекта началось со сбора информации об истории создания роботов и робототехники, как направления развития науки и техники. Был проведен анализ различных информационных источников о методах, способах и приемах изготовления роботов.
Робот - это автоматически программируемое устройство, которое применяется и в исследовании космоса, океанских глубин, в производственной сфере. Можно выделить следующие категории:
· промышленные (роботизированные станки);
· военные (беспилотники, радиоуправляемые боевые машины, саперы);
· бытовые (капсульные кофемашины, умные пылесосы);
· медицинские, транспортные (автономные роботы на складе Amazon);
· экзоскелеты (расширение возможностей человеческого тела, восстановление утраченных функций опорно-двигательного аппарата);
· человекоподобные (Asimo компании Honda), шагающие, космические (луноходы, марсоходы, зонды).
В нашей школе также есть перспектива использования робототехники, так как создание роботов способно объединить в себе, практически, много школьных предметов: математика, физика, информатика, биология, химия и, конечно же, технология. Из информатики берутся понятия программирование, исполнитель, основы логики и логические основы компьютера. Математика используется при реализации основных математических операций. Технология - в конструирование роботов, как по стандартным сборкам, так и произвольно, когда детали робота можно напечатать на 3 D принтере. Занятия робототехникой - это весьма увлекательное занятие, на которых приходится использовать не только школьные знания, но и знания, полученные на внеурочных занятиях.
Понятие «робототехника» впервые было использовано в печатиАйзеком Азимовым внаучно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в1941 году. В 1920 году научным фантастом Карелом Чапеком было впервые придумано слово «робот».
Первый чертёж человекоподобного робота был сделан художником Леонардо да Винчи около 1495 года. В 1950-х годах были найдены его записи, которые содержали подробные чертежи рыцаря, двигающего руками и головой, но истории неизвестно был ли построен такой робот. Существует также мнение, что специалисты NASA использовали находки Леонардо для создания манипулятора, когда готовили экспедицию на Луну.
В России к концу 19 века инженер П. Чебышёв придумал механизм, названный стопоходом, который обладал высокой проходимостью. К сожалению, это изобретение не представляло огромной пользы для человечества, но задумка дала определенный толчок к развитию технологий роботостроения.
В США в 1930 году появились первые программируемые механизмы с манипуляторами. Толчком к их созданию послужили работы Генри Форда по созданию автоматизированной производственной линии или конвейера (1913).
Датой рождения первого по-настоящему серьезного робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. Г. Н. Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А.Лавочкина подписал проект, это был «Луноход-1». Луноход 8 ЕЛ в составе автоматической станции E 8 № 203, - первый в истории аппарат, успешно покоривший Луну. История этого проекта тесно связана с нашим замечательным полуостровом Крым.
Прежде чем приступить к работе, были проанализированы возможные варианты изготовления роботов,достоинства и недостатки, и сделан выбор в пользу робота-паука на основе ArduinoNano.
Вывод: Проведя сравнительный анализ различных моделей роботов, а именно параметров работы, состав устройства, стоимость, простоту изготовления и использования была выбрана модель №1.
1.2. Определение методов и приѐмов проектирования
В ходе исследовательской работы были использованы следующие методы и приемы проектирования:
· метод планирования эксперимента, позволяющий минимизировать число необходимых действий, установил рациональный порядок и условия проведения исследования;
· мысленный эксперимент, являющийся одной из разновидностей экспериментального исследования, который проводится мысленно, в воображении. Задачей мысленного эксперимента было быстрое получение качественного или оценочного результата. Достоверностью получаемого таким образом суждения, прежде всего, зависящего от практического опыта исследователя, его фантазии и аналитических способностей мышления;
· формализованный метод, который включает в себя знание законов, лежащих в основе работы исследуемого объекта и процессов;
· метод поиска вариантов решений, чем больше вариантов, тем лучше окончательное решение;
· метод принятия решений.
1.3. Обоснование и выбор материалов и инструментов
Исходя, из выбранной конструкции робота-паука, определяемся, что детали корпуса распечатаем на 3 D принтере. В качества материала послужит пластик PLA 3 D. Электрическая схема предполагает использование следующих деталей: 12 сервоприводов, Arduino Nano, соединительные провода, аккумуляторные батарейки и плата расширения для Arduino Nano. Инструменты: отвертка. Крепежные материалы: винты.
2.2. Техника безопасности при работе с 3 D принтером
1. Во время работы на 3D–принтере на человека влияют следующие опасные и вредные факторы: · испарения пластика; · температура; · шум.
2. При работе на 3D-принтере не допускается расположение рабочего места в помещениях без наличия вентиляции.
3. Для защиты пластика от прямых солнечных лучей должны предусматриваться солнцезащитные устройства (шторы, пленка с металлизированным покрытием, регулируемые жалюзи с вертикальными панелями и др.).
4. Тщательно проветривать помещение.
5. Запрещается снимать защитные устройства с оборудования и работать без них, а также прикасаться к нагретому экструдеру.
6. Запрещается перемещать и переносить 3D-принтер во время печати.
7. Запрещается во время работы 3D-принтера пить рядом какие-либо напитки, принимать пищу.
КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ самостоятельно разбирать и проводить ремонт 3D-принтера.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ применять пенные огнетушители для тушения электропроводок и оборудования под напряжением, так как пена - хороший проводник электрического тока.
3. Заключительный этап
3.1. Экологическое обоснование проекта
С экологической точки зрения использование этого изделия не приведёт к нарушению экологической среды и не является опасным для здоровья человека, так как при его изготовлении не использовались материалы опасные для жизни и здоровья людей.
Процесс печати на 3 D принтере требует выполнения норм СанПиН, а именно использование защитных средств, выполнение противопожарных требований, проветривание помещения.
3.1. Оценка выполненной работы
В ходе нашего исследования мы приходим к следующим выводам:
· Достаточно сложно было собрать, изучить и проанализировать научную литературу по теме исследования, собрать информацию об истории создания роботов, изучить различные способы их изготовления;
· убедились в доступности, использованного материала для изготовления деталей робота на 3 D принтере;
· провели формирующий эксперимент, в ходе которого проверили эффективность экспериментальной теории по изготовлению робота-паука на основе Arduino Nano своими руками;
· осуществили сравнительный анализ констатирующего и контрольного этапов эксперимента, выявили эффективность изготовленного робота-паука, на специально подобранных материалах.
Задачи выполнены, цель исследования достигнута, гипотеза доказана. Действительно, в процессе работы над проектом, робот-паук получился современным, интересным, имеет невысокую себестоимость. Изделие качественное и безопасное. Конструкция робота соответствует выбранной модели.
Перспективой исследовательской работы является, то, что робот-паук будет востребован, как для игры, так и для дальнейших новых разработок и исследований.
Литература
1. Интернет-газета «Лаборатория знаний» издательства БИНОМ. Выпуск 3-4 http://gazeta.lbz.ru/ статья «Робототехника в школе» (дата обращения март-апрель 2015).
2. «Первый шаг в робототехнику», Д.Г. Копосов, БИНОМ. Лаборатория знаний, Москва, 2014.
3. «Робототехника для детей и родителей», С.А. Филиппов, Наука, Санкт-Петербург - Краткая история робототехники – прошлое и будущее – неплохо сочетаются. URL: http://budushchee.livejournal.com/63746.html (дата обращения 19.06.2013).
4. Робототехника - глобальные перспективы, самые перспективные компании и проекты. URL: https://utmagazine.ru/posts/7550-robototehnika-globalnye-perspektivy-samye-perspektivnye-kompanii-i-proekty (дата обращения 13.06.2019)
5. Аппаратная платформа Arduino Uno. URL: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno (дата обращения 3.08.2018).
6. Страковский Д. А., Симаков Е. Е. Создание робота-гонщика на платформе Arduino // Юный ученый. - 2016. - №3. - С. 120-124. URL: http://yun.moluch.ru/archive/6/412/ (дата обращения 15.03.2016).
Comments