Робот – уборщик игрушек

Актуальность

Дети любят играть, но не любят убирать игрушки, а разбросанные игрушки мешают уборке помещения, например с помощью робота-пылесоса, который не может выполнять свою работу при наличии посторонних мелких предметов на полу. Поэтому для того, чтобы привести квартиру в порядок, родители тратят очень много времени и сил.

Размышляя над этой проблемой, автор начал искать способы решения или облегчения задачи. В итоге решил создать робота, который будет проводить предварительную уборку перед гигиенической уборкой помещения.

Цель

Создать робота-помощника.

Задачи

1. Создать оптимальную модель робота: модель должна быть не больше 50*50*50 см, быть способной захватывать объекты разных размеров и формы.
2. Запрограммировать микроконтроллер на дистанционное и автономное управление для выполнения следующих задач:
   1. найти объект и захватить его,
   2. доставить в корзину,
   3. повторять, пока не соберёт все объекты,
   4. вернуться на базу.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Микроконтроллер VEX ARM
• 5 моторов 2-Wire Motor 393
• Металлические пластины с отверстиями разной длины
• Направляющие для крепления клешни
• Энкодеры для моторов
• Ультразвуковой датчик расстояния Ultrasonic Range Finder
• Металлические крепёжные уголки
• Закрепляющий винт 0,25 дюйма
• Гайки 8–32
• Гайки с нейлоновым держателем 8–32
• Колёса 4 дюйма
• Персональный компьютер с установленным ПО (среда программирования RobotC)

Описание

Процесс создания робота включал следующие этапы.

1. Постановка задачи и написание плана работы.
2. Изучение литературы по сборке робота, программированию и специфике работы составляющих робота. Произведена сборка робота.

1. Осуществление пробного пуска (проверили подвижность движущихся частей и прочность неподвижных). Скорректированы ошибки. Первая модель устройства представляла собой четырёхколесную платформу с закреплённой на вертикальной оси рукой с клешнёй. Движение руки осуществлялось за счёт мотора с энкодером. Открывание-закрывание клешни происходило с помощью второго мотора. Таким образом, движение хватательной части робота происходило по круговой траектории вокруг оси крепления.

После проведения ряда тестов была выявлена недоработка: возможен был захват предметов только на небольшой высоте, т. к. при более высоком подъёме «руки» клешня находилась под углом, который не позволял захватить игрушку.

После анализа результатов было решено переработать конструкцию робота.

4. Осуществление второго пробного пуска, который повторялся, пока не осталось ошибок сборки. Платформу, осуществляющую передвижение робота, было решено оставить четырёхколесной. Однако была создана новая система перемещения хватательного элемента. Теперь он крепился на двух направляющих с помощью двух моторов и системы шестерёнок.

Такое крепление обеспечило движение уже в двух плоскостях, а не в одной, как у предыдущей модели, в вертикальной (клешня передвигалась вверх-вниз) и горизонтальной (клешня выдвигалась и задвигалась).

Были проведены тесты. Данная модель имела больший радиус работы.

У данной вариации робота также имелся недостаток – захват в виде клешни не позволял собирать мелкие детали.

5. Написание программы и запуск.
6. Проведение корректировки программы и/или частей конструкции робота. Исполняемая роботом программа написана на языке Си, основанном на языке RobotC. Она представила собой дистанционный и автономный контроль робота. Дистанционный контроль робота осуществлялся с помощью джойстика и необходим для отладки клешни и передвижения робота.

Для осуществления автономного управления роботу ввели дополнительные входные данные: параметры комнаты, координаты базы и корзины для сбора игрушек.

Данная программа загружалась в контроллер робота и обеспечивала выполнение задач ориентирования в пространстве, захвата и транспортировки груза, помещения объектов в корзину сбора и возвращения на «базу».

Запуск программы повторялся, пока не осталось ошибок сборки и программы.

Был проведён финальный запуск.

Результаты работы/выводы

В результате работы над проектом автору удалось успешно решить практически все задачи. Настоящая модель робота находится на стадии доработки.

Перспективы использования результатов работы

В планах автора – модификация основной конструкции робота.

1. Для улучшения манёвренности необходимо добавление omni-колес и изменение их расположения.
2.  Для ориентации в пространстве планируется установка лидара и камеры с компьютерным зрением.
3.  Ввиду того что клешня не может захватывать мелкие объекты, необходимо добавить в конструкцию механизм конвейерного сбора игрушек.
4.  Осуществить автономное управление роботом.