Проекты

Модифицированный датчик линии для робототехнических устройств

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 7–9 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1537
Предметы: Информатика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

При выполнении робототехнических проектов зачастую требуются сенсоры, на основе которых будет выполняться ориентация автоматизированного устройства в пространстве. Среди многообразия существующих образцов встречаются два типа датчиков: аналоговые и цифровые. Первые нуждаются в точечной настройке, что занимает много времени, кроме того, при изменениях в уровне освещённости требуется их перенастройка. Вторые же отличаются неудобным расположением электронных компонентов.

При рассмотрении и использовании аналогов представленных на рынке датчиков были выявлены следующие недостатки:

  1. неудобное расположение компонентов, которое ведёт к их механическому повреждению во время использования на роботе;
  2. неточность показаний за счёт отсутствия подстроечного резистора, позволяющего провести гибкую настройку датчика под параметры освещённости;
  3. высокая стоимость;
  4. отсутствие индикации срабатывания датчика.

Цель

Спроектировать и выполнить реализацию цифрового датчика линии, обеспечивающего оптимальное сочетание точности значений, стабильности, эффективности и стоимости.

Задачи

  1. Ознакомиться с современными технологиями, которые могут быть полезными и удобными для разработки и изготовления сенсора, а также с возможностями их применения.
  2. Проанализировать достоинства и недостатки существующих датчиков света и/или цвета, датчиков линии. Разработать собственный.
  3. Провести экономический анализ изготовления изделия.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Макетная плата Breadboard PCB (400 точек)

Для изготовления второго прототипа:

  • Фольгированный стеклотекстолит, лазерно-утюжная технология изготовления печатных плат, паяльник

Электронные компоненты:

  • Датчики оптические барьерные, резисторы углеродистые, резисторы подстроечные, светодиоды
  • Компьютер с установленным ПО

Описание

  1. Создание прототипа на макетной плате и выбор оптимальных компонентов
  2. Изготовление предсерийного образца на печатной плате
  3. Создание серийного образца

При разработке первого прототипа была составлена его принципиальная схема.

Затем просчитана электрическая схема и подобраны необходимые для сборки компоненты. После сборки первого прототипа датчика линии и тестирования его работоспособности выполнены подбор основных компонентов и разработка схемы разводки двусторонней печатной платы для оптимального расположения компонентов на датчике с учётом удобства его использования и настройки. Основные компоненты, использующиеся в датчике: оптопара TCRT5000; компаратор LM311; подстроечный резистор.

Второй прототип по предложенной авторами технологии изготавливался на производстве компании образовательной электроники и затем тестировался на уроках робототехники. По результатам тестирования были устранены выявленные недостатки конструкции, и документация на разработанное устройство была передана в серийное производство.

Результаты работы/выводы

Перспективы использования результатов работы

Изделие «Модифицированный датчик линии» может найти практическое применение в робототехнических разработках, требующих качественной технической оснащённости для ориентации в пространстве.

В результате сотрудничества с предприятием образовательной электроники и робототехники «ЛАРТ» предложенная модификация датчика линии была внедрена в серийное производство и к настоящему времени успешно апробирована в нескольких мероприятиях соревновательной и олимпиадной робототехники.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Компания образовательной электроники «ЛАРТ»