Робот-Колобок

Актуальность

Современных граждан нашей страны волнует вопрос импортозамещения. У нас отсутствуют собственные предложения на некоторые инженерные творения зарубежных стран. Пример: робот-шар американской компании Sphero. Концепция робота-шара не нова, но её мало кто реализует, а в нашей стране таких примеров найти не удалось. Основой визуальной составляющей является известный каждому сказочный персонаж «Колобок». У Sphero есть свой «Колобок» – робот BB-8 из популярной франшизы Star Wars. Для реализации «Колобка» разработана всенаправленная платформа под управлением отладочной платы Arduino Nano и драйвера двигателей постоянного тока L293D.

Цель

Создать всенаправленную многофункциональную роботизированную платформу – ответ иностранным технологиям в области робототехники. Разработка производится для освоения подобных технических решений.

Задачи

1. Освоение технологий, используемых для реализации концепции «Колобка».
2. Создание рабочей модели «Колобка».
3. Улучшение большого количества навыков в различных сферах и областях.
4. Изучение способов соединения однородных и разнородных материалов.
5. Изучение свойств магнетизма и способов соединения однородных и разнородных материалов.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Пластик ABS, 3D-принтеры Zenit и Anycubic I3 Mega
• Плата для пайки
• Отладочная плата Arduino Nano
• Драйвер двигателей L293D, модуль Bluetooth HC-05
• Баллончик с жидкой резиной
• Робототехнический набор VEX IQ
• Электродвигатели и две пары омниколёс
• ПК с установленным ПО (Autodesk Inventor, Ultimaker Cura, Arduino IDE, MS Office)
• Паяльная станция, медные провода, штангенциркуль.

Описание

На первом этапе работы над проектом возникла идея создания «Колобка». Далее была собрана колёсная конструкция. Это был один из самых длительных процессов, потому что автор пытался сделать её надёжной, без лишних подвижных частей и небольшой по размерам. Было создано 3 различных макета крестообразной конструкции. Третий, самый успешный, и был использован для реализации проекта.

На следующем этапе автор занялся созданием внешней сферы. Для начала была разработана 3D-модель каждой из четвертей полусферы в программе Autodesk Inventor. Далее проведена сборка этих 3D-моделей в одну для проверки правильности геометрии деталей. После этого каждая из частей была напечатана на 3D-принтере Zenit пластиком ABS фиолетового цвета. Пластика этого цвета не хватило для печати последних двух частей, поэтому пластик был заменён на розовый. Далее все части полусфер были склеены с помощью суперклея и дихлорэтана. Затем на каждую из полусфер была нанесена жидкая резина чёрного цвета.

Ещё одной важной частью было создание всей электрической схемы робота. Сначала вся цепь была собрана на макетной плате для проверки корректности разработанной схемы. После всё перенесено на монтажную плату.

Следующий шаг – написание кода. Для этого было использовано большое количество литературы по основам программирования Arduino и не только. Код был написан в Arduino IDE и загружен на Arduino Nano. Далее к электрической цепи подключены все двигатели и драйверы, подано питание и проведены тесты соединения смартфона и робота по Bluetooth. После того как всё заработало, робот был помещён в сферу, проведены тестовые запуски. Робот поехал!

Далее был разработан прототип верхней платформы, который планируется развивать.

Реализация проекта началась в конце октября 2021 г. Учитывая неблагоприятную эпидемиологическую обстановку и карантинные меры, около месяца для выполнения было потеряно. Все работы по проектированию, тестированию и сборке производились на территории лаборатории FabLab Школы № 1502 под руководством инженеров.

Результаты работы/выводы

• Разработана мобильная платформа, выполняющая функции курьера, информатора и оповестителя.
• Изучены технологии, используемые для реализации проекта «Колобок».
• Улучшено большое число навыков.

Перспективы использования результатов работы

Автор планирует запустить «Колобок» по территории школы для сбора информации о различных показателях окружающей среды. Его также можно будет использовать для передачи документов в пределах одного этажа или записи небольших объявлений для определённого количества классов.

При реализации промышленного производства шарообразных роботов их можно будет использовать в широком круге задач. Их размеры будут меньше, а мобильность больше. Данные роботы могут использоваться для решения задач в условиях пустынь, умеренных широт и Арктики.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал» – поощрительный диплом;
Всероссийский конкурс «Большая перемена» – участник