Проекты

Карданов подвес с электроприводом, дистанционным управлением и компьютерной визуализацией положения макета в пространстве

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Робототехника, Программирование, Автоматика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1502
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Цель

Создание стенда для изучения динамики тела в кардановом подвесе, иллюстрация примеров практической реализации сложных динамических систем в технике.

Задачи

  1. Сборка рамки подвеса.
  2. Создание манипулируемого макета.
  3. Подбор и установка исполнительных устройств на подвес.
  4. Подбор логической платформы управления ИУ.
  5. Подключение питания к ИУ.
  6. Разработка ПО передачи команд от пользователя на подвес.
  7. Создание математической модели.
  8. Разработка системы симуляции физических процессов.

Описание

Карданов подвес − конструкция, позволяющая закреплённому в ней объекту занимать произвольное положение в пространстве, вращаясь одновременно в трёх плоскостях. Стенд позволяет проиллюстрировать на практике принципы действия сложных динамических систем в технике, а также показать конкретные примеры употребления абстрактных математических моделей. Например, встроенный в объект гироскоп косвенно измеряет углы в неподвижной системе координат, в то время как для описания кинематики поворота рамок подвеса наиболее подходящей видится модель углов Эйлера, а непосредственно поворот каждой рамки, в свою очередь, связан с управлением шаговыми двигателями. Таким образом, стенд позволяет продемонстрировать решение широкого спектра задач.

Написание модулей для АРМ-оператора осуществляется на языке Java, что позволяет решить ряд задач программирования.

Программное обеспечение пользователя, написанное на языке JAVA, преобразует команды относительного вращения объекта в углы поворота каждой отдельной рамки и отправляет их на макет через WIFI. Программа также получает информацию с гироскопа, установленного на макете, и поворачивает виртуальную 3D-модель.

Результат

Механизированный подвес с осью для закрепления объекта на шарнирной основе. Подвес оснащён приводными механизмами на базе шаговых двигателей, способными независимо вращать каждую рамку, чтобы обеспечить свободное вращение объекта. Питание на каждый блок управления двигателем подводится через скользящие контакты, а управляющий сигнал на микроконтроллерную плату управления блоком подаётся при помощи модулей радиосвязи. В основе подвеса установлен центральный микроконтроллер для связи с компьютером.

Оснащение и оборудование

  • Оснащение установки: контроллеры, модули беспроводной связи.
  • Оборудование, задействованное при изготовлении: 3D-принтер, фрезеровальный станок.
  • Программное обеспечение: язык программирования Java.

Перспективы использования результатов работы

Создав функциональную основу установки, можно приступить к реализации более комплексных задач. Ближайшей перспективой является расширение алгоритмической основы проекта, имплементация новых логических функций. Также возможна установка различных сенсоров для расширения возможностей стенда.

Награды/достижения

Открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал» − участник.

Сотрудничество с вузами

НИУ МЭИ

Особое мнение

«Конференция «Инженеры будущего» − отличная возможность получения опыта в создании проектов. Благодаря полученному опыту работа становится более профессиональной и структурированной. Оценка экспертов и мнения посетителей помогают улучшить проект»