Проекты

Робот-исследователь для видеоинспекции труднодоступных мест

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Машиностроение и транспорт. Робототехника»

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

Актуальность

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

Создавая предлагаемое в проекте устройство, исходили из существующей практической необходимости в роботе-исследователе, который способен перемещаться по узким пространствам в разных направлениях как вертикально, так и горизонтально, передавая при этом 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 просмотреть интернет-источники, связанные с темой проекта.

2. Определить электронные компоненты, из которых будет собран робот.

3. Произвести физический расчет модели и сделать чертеж модели робота.

4. Спроектировать и собрать модель робота-исследователя для передвижения по трубам.

5. Выбрать язык программирования для робота и написать программу управления роботом.

6. Проверить работоспособность модели.

7. Рассчитать экономическую составляющую.

8. Определить, как усовершенствовать модель.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Микроконтроллеры Arduino Nano

• Камера CCTV с углом обзора 180 градусов

• 3D-принтер

• Станок лазерной резки

• Паяльная станция

• Компьютер с ПО

• Двигатель с редуктором (6 шт.)

• Стабилизатор напряжения

• Амортизатор

• Светодиоды

• Плата Arduino Nano

• Переключатель

• Шилд (плата дополнения)

Описание

Подготовили эскиз и чертеж модели робота.

Размеры робота автор определил исходя из следующих задач: проезжать по трубам диаметром 110 мм и проходить угол трубы в 90 и 60 градусов. Поэтому высота робота 83 мм, ширина 80 мм, длина 132 мм. За счет пружинной опоры высота робота может изменяться: когда робот проходит угол трубы, его высота уменьшается, а когда двигается по прямой – высота остается неизменной. Пружинная опора также помогает движению робота в вертикальной плоскости, не давая роботу упасть вниз.

На роботе установлены колеса диаметром 30 мм, которые отвечают за прямолинейное движение. Чтобы робот не застревал при прохождении угла трубы, в центре робота поставили колеса меньшего диаметра (15 мм), которые имеют сцепление с трубой только в момент прохождения угла.

Каркас модели был изготовлен при помощи лазерной резки фанеры толщиной 4 мм; для крепления моторов, платы, стабилизатора, камеры, драйвера моторов были использованы болты и гайки; провода были закреплены при помощи пайки; стойка на пружине состоит из деталей Lego: балка, штифты, втулки, шкив, пружина прикреплены к корпусу робота с помощью термоклея. Корпус сделан из пластика, закрывает плату и провода.

У робота есть главный бортовой компьютер – Arduino Nano, который отдаёт общие приказы системам, задействует разные устройства на роботе. Управление моторами происходит, когда главный компьютер посылает сигналы на плату Arduino, которая уже отдаёт приказы драйверам шаговых двигателей. Программирование бортового компьютера осуществлено на языке Arduino IDE.

Результаты

Создан робот, который, осуществляя видеопередачу, самостоятельно перемещается как горизонтально, так и вертикально в узком пространстве – в трубе диаметром 110 мм.

Выводы

Поставленные задачи решены в полном объеме: робот двигается по трубам в горизонтальной и вертикальной плоскости, осуществляет видеопередачу.

После тестирования робота были намечены перспективы для доработки. Во-первых, можно использовать машинное обучение. Во-вторых, будет целесообразным сделать герметичный корпус, чтобы избежать попадания воды на электрические компоненты робота.

Перспективы использования результатов работы

Предложенное техническое решение может быть применимо при выполнении следующих работ: исследование неизвестных загрязнённых или опасных территорий (радиация, химическая или биологическая опасность, мины); исследование замкнутых пространств (шахт, пещер, катакомб, завалов, трубопроводов); инспекция трубопроводов атомных станций.