Проекты

Робот-сапёр Zirk 5 Argus

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея» среди работ учащихся 8−9-х классов

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1534
Предметы: Информатика
Классы: 8 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Актуальность работы

В связи с проблемой терроризма и политической ситуацией в мире остро встаёт вопрос о применении техники в профессии сапёра. В этой чрезвычайно опасной профессии имеет место применение передовых технологий и оборудования, однако так или иначе без человеческих жертв дело не обходится.

Одно из возможных решений проблемы – использование роботов. На данный момент на вооружении многих стран имеются роботы-сапёры (в Америке, к примеру, их называют «boom doctors»), но эти устройства скорее следовало бы называть дронами: «роботы» при помощи нескольких камер и манипуляторов или особых приспособлений (таких как водомёт) осуществляют разминирование при удалённом управлении людьми. Целью данного проекта стало создание робота, способного выполнять необходимые действия в полуавтоматическом, а затем и полностью автоматическом режиме.

 

Цель

Создание полуавтономного робота-сапёра, представленного в виде мобильной платформы с манипулятором, способного выполнять задачи как автономно, так и с участием человека в условиях ограниченного пространства.

Задачи

  • Спроектировать и сконструировать действующую мобильную платформу.
  • Спроектировать и сконструировать действующий манипулятор.
  • Разработать программное обеспечение для мобильной платформы.
  • Разработать программное обеспечение для манипулятора.

Описание работы

В июне 2016 года была создана первая модель робота Zirk 1. Установка представляла собой стандартную модель RacTrac3 из конструктора Lego Mindstorms.

В отличие от предшественника Zirk 2 имел подвижную «голову», двигавшуюся вместе с поворотным механизмом передних колёс, однако угол обзора был по-прежнему довольно узок, а сам поворотный механизм, несмотря на модернизацию, имел большие люфты. Также была предпринята попытка заменить отсутствующий гироскопический датчик при помощи цветового датчика и полоски, разделённой на сектора, окрашенные в разные цвета. Впрочем, этот опыт скорее можно считать негативным.

В августе 2016 года была создана третья модель робота Zirk 3.Это была первая модель с «головой», способной двигаться независимо, что позволило увеличить угол обзора почти до 360 градусов. Поворотный механизм передних колёс был значительно усовершенствован, что позволило значительно снизить люфты. Также, благодаря приобретению дополнительного набора Lego Education, робот получил возможность ориентироваться в пространстве при помощи гироскопического датчика. Робот также был снабжён чёрными экранами, поглощающими инфракрасное излучение и позволяющими скорректировать работу ИК датчика.

В январе 2017 года была создана четвёртая модель робота Zirk 3М. Модель не имела каких либо резких отличий от предыдущей, однако модернизация поворотного механизма свела люфты на нет, а замена колёс повысила проходимость робота.

В июле-августе 2017 года была создана модель Zirk 4 Cracken. Эта модель открыла новую линейку роботов, главной особенностью которых является наличие двух «голов» и шести колёс.

В сентябре – ноябре 2018 года вышла последняя на сегодняшний день модель Zirk 5 Argus.Существенным отличием модели является наличие подвижной камеры с передачей изображения по радиоканалу при помощи радиомодуля.

Робот Zirk 5 представляет из себя платформу с манипулятором.Платформа имеет 6 колёс и независимую подвеску. Колёса приводятся в движение 2-мя большими Лего-моторами. Передние колёса поворотные, поворотный механизм управляется средним Лего-мотором. Робот имеет два дальномера: ультразвуковой (УЗ) и инфракрасный (ИК). УЗ датчик расположен в передней части робота и благодаря двум сервомоторам Micro двигается в 2-х плоскостях. ИК датчик расположен в задней части робота и приводится в движение средним Лего-мотором. Экспериментальным путём было выявлено, что ИК датчик имеет большую дальность, но меньшую точность, и сильно зависим от освещения и цвета объекта, а УЗ датчик – большую точность, но меньшую дальность. Следовательно, ИК датчик нужен для поиска препятствий и целей, а УЗ датчик – для измерения расстояний и поиска путей объезда. Управляются и питаются моторы от блока EV3. Манипулятор (рука) имеет 6 степеней свободы. Управление рукой осуществляется блоком EV3 через плату-переходник. Питается рука от аккумуляторов LegoTechnic. Управление роботом производится через микроконтроллер блока EV3, либо через Bluetooth-модуль блока EV3.

На роботе установлена камера, а также передающий и принимающий радиомодули. Программное обеспечение для мобильной платформы и манипулятора разработано в среде программирования Lego Mindstorms.

Результаты

Робот-сапер Zirk 5 умеет

− автономно двигаться заданным курсом, объезжая препятствия;

− передавать по линии связи на экран оператора видеоизображение с видеокамеры, имеющей угол обзора 170°x95°, с наложением информации о напряжении батареи;

− по команде оператора: менять курс движения, останавливаться, возобновлять движение, подъезжать к предмету на расстояние захвата предмета манипулятором, складывать манипулятор в походное положение;

− под управлением оператора захватывать, поднимать и перемещать предметы весом до 350 граммов, поворачивать видеокамеру вместе с манипулятором на угол до 135° относительно продольной оси робота.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

Электронный конструктор LEGO Education Mindstorms EV3, включая дополнительные датчики к нему, а также сопутствующее программное обеспечение.

Камера RunCam OWL-2.

Радиомодули TS832 и RC832 Plus.

Награды/достижения

Победитель городского конкурса проектов «Юные техники и изобретатели-2018»;

Диплом III степени за лучшую работу по инженерному направлению на втором (межрайонном) этапе Московского городского конкурса проектных и исследовательских работ обучающихся 2019;

Призёр городского конкурса «Наука для жизни» 2019;

Победитель школьной секции на конференции «74-е дни науки НИТУ МИСиС».

Сотрудничество с вузом при создании работы

-

Перспективы развития результатов работы

Работу по проекту целесообразно продолжить в направлениях:

– замены микрокомпьютера Lego Minstorms Еv3 на одноплатный компьютер Raspberry;

– автоматизации захвата предметов манипулятором;

– повышения проходимости, манёвренности и мощности шестиколёсной платформы.

Уже начата работа по созданию робота Zirk 6.

Особое мнение

-