Проекты

Робот-исследователь для видеоинспекции труднодоступных мест

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГАОУ Школа № 548
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Проблема, связанная с инспекцией труднодоступных для человека мест, на данный момент ещё не решена окончательно, поэтому авторы обратились к теме роботов-исследователей. В настоящем проекте представлен один из вариантов технологичного решения обозначенной проблемы.

Создавая предлагаемое в проекте устройство, авторы исходили из существующей практической необходимости в роботе-исследователе, который способен перемещаться по узким пространствам в разных направлениях как вертикально, так и горизонтально, при этом передавая видео исследуемого пространства оператору.

Цель

Спроектировать и изготовить робота, который, осуществляя видеопередачу, будет самостоятельно перемещаться как горизонтально, так и вертикально в узком пространстве для инспекции окружающей обстановки (на примере пластиковых труб диаметром 110 мм).

Задачи

  1. Изучить специальную литературу и интернет-источники, связанные с темой проекта.
  2. Определить электронные компоненты, из которых будет собран робот.
  3. Произвести физический расчёт модели.
  4. Сделать чертёж модели робота.
  5. Спроектировать и собрать модель робота-исследователя для передвижения по трубам.
  6. Выбрать язык программирования для робота.
  7. Написать программу управления роботом.
  8. Проверить работоспособность модели.
  9. Рассчитать экономическую составляющую.
  10. Наметить пути усовершенствования.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Ноутбук с установленным ПО (С++ в среде Arduino IDE)
  • Станок лазерной резки
  • Паяльная станция
  • Модифицированная плата Аrduino Nano
  • Для лидара (микрокомпьютер с ROS Raspberry Pi Zero W, датчики (х18) ST VL53L1CB, микроконтроллер для управления датчиками ST Nucleo F411RE)
  • Камера CCTV
  • Принтер
  • Различные компоненты и расходные материалы, непосредственно использованные в устройстве

Описание

Этапы работы над проектом

  1. Изучение аналогов и построение эскиза модели робота. На данный момент не существует робота (устройства), который может перемещаться по трубам как горизонтально, так и вертикально, при этом передавая видеоотчёт оператору.
  2. Проектирование и печать 3D-модели робота. Добавление функциональных узлов в корпус робота. Выполнение роботом поставленной задачи осуществляется за счёт технологичной конструкции, а именно – за счёт использования 6 двигателей с редуктором и стойки на пружине, которая обеспечивает вертикальное перемещение. Автономность обеспечивается платой Arduino Nano. В качестве программной среды выбран язык Си в среде Arduino IDE. Все вышеперечисленное можно отнести к достоинствам устройства.
  3. Тестирование работоспособности полученного устройства. Выявление ошибок и определение дальнейшего развития полученной конструкции.

Результаты работы/выводы

Поставленные задачи были решены в полном объёме: робот двигается по трубам в горизонтальной и вертикальной плоскости, осуществляет видеопередачу. Желаемого результат достигнут.

Однако во время тестирования авторы поняли, что робот может быть доработан. 

Перспективы использования результатов работы

После завершения испытаний финальной версии устройства перейдём к доработке. Во-первых, можно использовать машинное обучение. Во-вторых, будет целесообразным сделать герметичный корпус, чтобы избежать попадания воды на электрические компоненты робота.

Мнение авторов о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Как нам кажется, проект полезен. Участие в конференции позволило нам поделиться своей идеей с единомышленниками, представить её экспертам и получить от них полезные советы. Спасибо школе и организаторам открытой городской конференции «Инженеры будущего» за предоставленную возможность поделиться своими идеями со сверстниками»