Проекты

Судно на воздушной подушке для очистки водоёмов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Моделирование, Инженерия, Автоматика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2070
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Цель

Создание уборочной машины, лёгкого в управлении, мобильного устройства, которым смогут пользоваться коммунальные службы, волонтёры и любые озабоченные проблемой загрязнения окружающей среды граждане.

Задачи

− Изучение имеющихся моделей и полноразмерных судов, принципов их действия, возможностей применения для решения основной цели.

− Изучение способов управления выбранным типом судна.

− Создание промежуточных стендов для испытания плавучести, грузоподъёмности, управляемости и т. д.

− Создание модели устройства, её испытание на воде.

− Внесение изменений по результатам испытаний.

− Сборка полнофункционального устройства, окончательные испытания в ручном и автоматическом режимах.

− Описание функционирования частей устройства, этапов разработки в виде пояснительной записки или документации.

Описание

Во время выполнения проекта авторам потребовалось:

1)    Освоить технологию 3D-проектирования и моделирования в инженерной конструкторской среде Fusion360 для конструирования воздушной подушки и моделирования всех элементов.
Во время проектирования учитывались особенности дальнейшего изготовления, а именно − печать на 3D-принтере. Для этого после проектирования каждого элемента продумывалось, как он будет расположен на печатном столе с уменьшением количества поддержек. При необходимости деталь разделялась на несколько, с формированием стыковочных элементов;
2)    Научиться составлять эскизы, чертежи и работать с ними;
3)    Выбрать микроконтроллер.
В качестве «сердца» лодки авторы выбрали полётный контроллер PixHawk PX4. Его использование позволит давать задания для автоматического выполнения миссий, а также управлять моделью с аппаратуры управления в ручном режиме;
4)    Изучить работу микроконтроллера и составить механизм очистки мусора с поверхности воды и механизм управления;
5)    Построить конструкцию.
В качестве материала был выбран пеноплэкс. Полученная конструкция при испытаниях показала высокую прочность и держалась на воде, нагруженная гирей 5 кг, при этом вес основы составил 400 г. Этого достаточно с большим запасом, т. к. предположительно вес всех элементов вместе с корпусом
не должен превышать 3 кг. В этом случае изделие останется на плаву даже с выключенным мотором, надувающим воздушную подушку;
6)    Подобрать необходимые по мощности двигатели;
7)    Определить способы подключения периферийных устройств к микроконтроллеру;
8)    Изучить язык программирования микроконтроллера и среду управления приводом;
9)    Произвести сборку всех компонентов;
10)     Подключить и обеспечить питанием все компоненты системы управления и связи;
11)     Начать тестирование и убедиться, что система работает стабильно и исправно;
12)     Очистить водоём от мусора.

Результат

Созданная лодка действительно может помочь в уборке, но есть некоторые нюансы, например, не самое удачное расположение «граблей» и т. п. Но эти проблемы решаемы, и мы будем доводить концепцию до совершенства.

Оснащение и оборудование

  1. Ноутбук или компьютер;
  2. D-принтер;
  3. Станок для резки пеноплэкса;
  4. Программное обеспечение: Fusion 360.

Перспективы использования результатов работы

Полученная модель будет интересна не только взрослым, но и детям. Это позволит в игровой форме приобщать детей к проблемам экологии.

В будущем планируется развивать проект в целях серийного производства.

Награды/достижения

1. Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ (городской этап) – призёр.

2. Конкурс «3D-Бум» − диплом I степени.

Особое мнение

«Мы считаем, что сделали достойную работу. Мы старались, и это привело к хорошему, на наш взгляд, результату. В любом случае, мы получили большой опыт и заинтересованность, поэтому, несомненно, планируем дальше развивать навыки и умения в инженерной сфере»