Проекты

Робототехнический конструктор на базе платформы Ардуино

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «3D-моделирование, 3D-печать и VR/AR-технологии» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Программирование, 3D-моделирование
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1363
Предметы: Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В наши дни конструкторы по робототехнике для детей набирают всё большую популярность среди юных инженеров и их родителей. И это неудивительно, ведь детская робототехника, а соответственно, и конструкторы, объединяют целый ряд научных дисциплин от физики до программирования, что позволяет в игровой форме погрузиться в эти области знаний. Сейчас на рынке представлен широкий выбор комплектов, рассчитанных на детей разных возрастов, с разными интересами и разным уровнем подготовки, однако большинство этих наборов стоят немалых денег. Идея проекта – сделать простой робототехнический конструктор, который будет ниже по стоимости, чем конструкторы мировых производителей, но при этом выше по доступности и универсальности.

Цель

Целью проекта является создание конструктора для занятий по робототехнике на базе модулей Ардуино для учащихся 5–8-х классов.

Задачи

  1. Разработать доступный конструктор на базе моделей Ардуино.
  2. Выработать у учащихся 5–9 классов интерес к конструированию, моделированию и прототипированию.
  3. Помочь учащимся освоить работу на 3D-принтере.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • 3D-принтер
  • Ноутбук
  • Программа Autodesk Fusion 360

Описание

Идеей для создания конструктора послужил проект швейцарского безвинтового робота SMARS. Взяв за основу этот роботизированный комплекс, авторы переработали основные узлы и агрегаты под свои задачи. Спроектировали самостоятельно все детали, расположили в необходимых местах электронные модули и датчики.

Механической частью конструктора стали изготовленные из пластика несущие элементы корпуса, колеса, гусеницы, кожухи датчиков, батарейные блоки и др.

Всё это авторы работы проектировали в САПР-программах и изготавливали на 3D-принтерах. В электрическую часть вошли набор модулей, датчиков, двигателей, контроллеров Arduino Uno, Arduino Nano и иные комплектующие.

На данный момент из деталей, входящих в состав набора, уже можно собрать несколько типов самодвижущихся механизмов. Эти модели позволяют учащимся изучать различные типы трансмиссий и колёсных формул (это несколько вариантов механизмов на гусеничном ходу, колесные формулы 2х4 и 4х4). Также есть вариант модели со всенаправленными колёсами типа Mecanum с приводом на все 4 колеса и вариант двухколёсного робота-балансира.

Детали конструктора спроектированы таким образом, что позволяют добиться максимальной унификации и взаимозаменяемости. При изменении схемы механизма часто бывает достаточно переставить на быстросъёмных креплениях отдельные элементы механизмов, не разбирая модель полностью, и получить принципиально другую схему механизма.

В конструкторе не используются какие-либо крепёжные детали – винты, гайки, шурупы. Все детали скрепляются между собой при помощи специально спроектированных быстроразъёмных замков.

Конструктор позволяет использовать в постройке механизмов различные контроллеры, модули и датчики платформы Ардуино, что позволяет добиться низкой стоимости и при этом оставляет очень широкое поле деятельности для юных робототехников.

Результаты работы/выводы

В результате работы над проектом создан полностью функциональный и готовый к использованию конструктор для детей среднего школьного возраста.

Подготовлен комплект файлов для самостоятельного изготовления деталей конструктора на 3D-принтерах, использующих FDM-технологию (печать пластиками).

Перспективы использования результатов работы

Конструктор уже может использоваться в учебном процессе для составления и изучения различных программ в среде Ардуино под руководством педагогов по робототехнике, но перед авторами стоит цель разработать свою программно-методическую часть проекта, позволяющую учащимся самостоятельно освоить основы робототехники, схемотехники и электроники. Программно-методическая часть будет включать в себя программу-инструкцию по работе с конструктором, комплект уроков, примеры программ-скетчей. Кроме того, планируется подготовить комплект материалов с подробной инструкцией для самостоятельного моделирования и 3D-печати дополнительных деталей и элементов механической части конструктора, что также должно повысить интерес пользователей к конструктору.