Меню

Как сделать из лего техник манипулятор



💾 Мобильный однорычажный манипулятор Lego EV3 — вариант 1 (v1.3)

Таким манипулятором можно и кубики, и банки потаскать. Выполнен на базе конструктора Lego Mindstorms Education EV3. В инструкции имеются задания и дополнительные вопросы. На рычаг манипулятора можно установить захват, который подходит к конкретной задаче.

Оборудование: базовый набор Lego Mindstorms Education EV3.

Механизмы: зубчатая передача, рычаг.

Модель: МОМ-В1 – мобильный однорычажный манипулятор, вариант 1.

Описание. Мобильный манипулятор выполнен на базе второго варианта робоплатформы с боковым расположением блока EV3 (МРП-В2). Манипулятор имеет один рычаг Г-образной формы, что дает возможность закрепить захват на среднем моторе вертикально. Рычаг приводится в движение большим мотором EV3.

Рычаг с захватом приводится в движение через понижающую зубчатую передачу.

Центр масс робота находится близко к передним колесам, поэтому для подъема тяжелых предметов требуется доработка шасси.

Задачи:

  1. Собери мобильный манипулятор по инструкции.
  2. Собери и установи захват, подходящий для решения конкретной задачи.
  3. Реши предложенные задачи по переносу или сортировке предметов.
  4. Придумай свою конструкцию однорычажного мобильного манипулятора. Можно изменить расположение мотора на вертикальное (например, как на картинке ниже). Собирать манипулятор лучше с понижающей зубчатой передачей (как думаешь, почему?).

💾 Скачать инструкцию (v1.3)

Скачивая файлы, вы соглашаетесь с правилами сайта.

Источник

Проектная работа «Как собрать манипулятор из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Школа № 42 с углубленным изучением отдельных предметов»

городского округа Самара.

Индивидуальный учебный проект

Тема: «Как собрать манипулятор из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3»

Предмет: технология, робототехника

Выполнил: Михайлычев Никита, ученик 9 «Б» класса

Руководитель: Пародина Ольга Александровна,

Председатель комиссии: __________________________________________

Члены комиссии: ________________________________________________

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Обоснование выбора темы. 3

Актуальность темы 3

Постановка проблемы 3

План работы над проектом 3

I. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОБЛЕМЕ 4

1.1 Анализ существующих решений 4

1.2 Техническое задание на проектирование 7

II. ПРАКТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ 7

2.1 Разработка и описание конструкции манипулятора 7

2.2 Разработка и описание ПО. 9

Оценка проекта 11

Информационные источники 12

Обоснование выбора темы.

Занимаясь на спецкурсе «Конструирование» мне приходилось собирать разные модели из конструктора Лего, но модель манипулятора я не собирал. За последнее время появилось много видеороликов про такие устройства, можно увидеть, как они устроены и как работают. Но всегда интереснее увидеть работу такого устройства вживую, поэтому я решил собрать эту модель.

На уроках технологии в 7 классе при изучении технологических систем рассматривают разные механизмы и электротехнические устройства, в том числе на примере манипулятора. Этот материал подробно изложен в учебниках, при выполнении заданий учащиеся пользуются теоретической информацией. Если построить модель манипулятора, то урок будет проходить интереснее и более наглядно.

Хотелось, чтобы для проведения уроков технологии по изучению механизмов и электротехнических устройств в технологических системах использовалась рабочая модель манипулятора, но в настоящее время такой модели нет.

Разработать и построить действующую модель манипулятора в форме руки из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3.

План работы над проектом.

  • Проанализировать существующие решения.
  • Составить техническое задание на проектирование.
  • Разработать и описать конструкцию манипулятора.
  • Написать программу управления конструкцией.
  • Протестировать модель.
  • Оценить получившиеся результаты.

I. Исследование по проблеме.

1.1 Анализ существующих решений.

Манипулятор — механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Это значение закрепилось за словом с середины XX века , благодаря применению сложных механизмов для манипулирования опасными объектами в атомной промышленности. Используется для перемещения различных грузов, получил широкое развитие в современном обществе. Дело в том, что многие материалы, с которыми приходится иметь дело в этой области науки, обладают радиоактивностью – свойством выделять в окружающее пространство опасные для здоровья человека лучи. Механические руки стали устанавливать там, куда доступ человека нежелателен, а сам он, управляющий руками, располагался в другом, безопасном помещении. Сейчас манипуляторы используют в разных производствах.

Читайте также:  Как сделать котедж из лего

Рисунок 1. Манипулятор в металлургии

Кран-манипулятор — кран стрелового типа, установленный на автомобильном шасси и служащий для его загрузки и разгрузки одиночными и сыпучими грузами в контейнерах и их транспортировки.

Рисунок 2. Передвижной кран-манипулятор

Для людей с ампутированной конечностью существует Бионический протез.

Bebionic —биоэлектрическая искусственная кисть с приводом электромеханическим и микропроцессорным контролем, созданная для восстановления функции ампутированной конечности.

Рисунок 3. Бионический протез

Принцип действия бионического протеза:

После травмы или в ходе болезни конечность ампутируют. Оставшаяся культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов. Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик, установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса участвует сложная компьютерная программа.

Минусы такого протеза:

У такого протеза единственный минус. Это его стоимость.Стоимость бионического протезирования пока высока и может достигать в сложных случаях миллионов рублей. Однако возврат к полноценной жизни трудно оценить в материальном исчислении. По сути, установка бионических протезов – единственная возможность для инвалида вернуться к нормальной жизни: строить и осуществлять планы, содержать семью, добиваться карьерных вершин.

NiryoOne – это 6-осевой манипулятор, созданный специально для производителей, системы обучения и небольших компаний. Согласно Niryo, имеющий шесть осей перемещения манипулятор позволяет выполнять задачи, которые до сих пор были доступны исключительно промышленным роботам. Манипулятор может выбрать и положить на место предметы с помощью вакуумного насоса, захвата или электромагнита. Он поможет автоматизировать 3D-принтер, позволит сверлить отверстия в изделиях. Он может выполнять необходимые домашние работы и даже творчески развлекать детей.

Рисунок 4. Манипулятор серии NiryoOne

Минусом такого манипулятора является его большая стоимость, его можно приобрести за сумму 20000 – 200000 долларов.

1.2 Техническое задание на проектирование.

Проведя анализ существующих манипуляторов, делаем вывод, что форма устройства напоминает руку человека, движения осуществляются с помощью механизмов, таких как рычаг, зубчатые передачи.

Необходимо спроектировать и собрать механическую руку из конструктора ЛЕГО. Манипулятор должен захватывать предметы и перемещать их в нужное место. Для обеспечения автоматической работы устройства необходимо программное обеспечение.

II. Практическое решение проблемы.

2.1 Разработка и описание конструкции манипулятора.

1 ) Для создания самой руки требуется основание, которое могло бы удержать эту руку. После сборки основания на него нужно установить Миникомпьютер Lego MINDSTORMS EV3 и Большой Сервомотор Lego MINDSTORMS EV3 с зубчатым механизмом, которые приводили бы в движение руку, а также датчик касания, при нажатии на который рука бы останавливалась в нужном месте.

2) После сборки основания создаем саму руку. Для того, чтобы рука могла подниматься или опускаться, ставим на конструкцию руки Большой Сервомотор Lego MINDSTORMS EV3 с зубчатым механизмом и датчиком цвета, для того чтобы рука поднималось на определенную высоту.

3) После сборки конструкции руки нужно собрать захватывающий механизм из Среднего Сервомотора Lego MINDSTORMS EV3, с зубчатым механизмом выполняющий роль пальцев.

4 ) После сборки захватывающего механизма устанавливаем его на конструкцию руки и подключаем все сервомоторы и датчики к Миникомпьютеру.

Читайте также:  Как сделать голову зомби из лего

2.2 Разработка и описание ПО.

Прежде чем приступать к составлению компьютерной программы, необходимо составить логическую последовательность действий манипулятора.

Сомкнуть захват, захватив предмет.

Повернуть манипулятор на определенный угол.

Повернуть манипулятор в исходное положение.

Повторить программу необходимое число раз.

В системе ПО записывается подпрограмма для калибровки и синхронизации моторов:

Затем записываем основную программу. Для этого мы должны в программе запрограммировать две кнопки, при нажатии одной из них рука повернулась в определенную сторону, в зависимости от того, где находится предмет:

Потом мы должны запрограммировать средний и большой сервомотор, находящиеся на конструкции руки для того, чтобы рука опустилась с помощью большого сервомотора и захватила предмет с помощью среднего сервомотора:

После того, как рука захватила предмет, мы записываем в программе для большого сервомотора на основании программу для возращения руки в то же положение, в котором она была изначальна. И для среднего, и большого сервомотора находящиеся на конструкции руки мы записываем программу для того, чтобы рука опустилась и отпустила предмет:

Мне все же удалось достичь цели проектирования, потому что моя модель манипулятора соответствует техническому заданию на проектирование. Манипулятор выполняет следующие действия: захватывает предмет, осуществляет подъем предмета, затем поворачивается на заданный угол, опускает предмет и раскрывает захват, долее поднимается и возвращается в исходное положение. Работа манипулятора выполняется по заданной программе.

Полученная модель будет являться хорошим наглядным пособием для уроков технологии в 7 классе при изучении механизмов и электротехнических устройств в технологических систем.

Работая над этим проектом, мне потребовались такие умения, как: находить и обрабатывать информацию, читать схемы, чертежи, моделировать и конструировать устройства из конструктора Лего, составлять компьютерную программу, используя язык объектно-ориентированного программирования, работать с текстовым редактором, создавать презентацию в приложении Power point.

Источник

Манипулятор

Разработайте, соберите и запрограммируйте роботизированную систему, которая могла бы захватывать и переставлять предметы.

План урока

Подготовка
— Ознакомьтесь с материалами для учителя.
— Если необходимо, разработайте план урока, используя материалы для начала работы из ПО «Лаборатория EV3» или Приложения для программирования EV3. Это поможет познакомить учащихся с конструкторами LEGO ® MINDSTORMS ® Education EV3.

Обсуждение (30 мин.)
— Используйте идеи, приведённые в разделе «Начало обсуждения», чтобы вовлечь учащихся в дискуссию по теме проекта.
— Объясните, в чём заключается цель данного проекта.
— Разделите класс на пары.
— Дайте учащимся немного времени, чтобы придумать несколько идей.

Объяснение (30 мин.)
— Дайте учащимся задание придумать несколько прототипов.
— Предложите им найти новые конструкторские и программные решения.
— Попросите каждую пару учащихся собрать и испытать два решения.
— Раздайте учащимся большие листы клетчатой бумаги, цветные карандаши или маркеры.

Объяснение (60 мин.)
— Попросите учащихся протестировать свои решения и выбрать лучшее из них.
— Убедитесь, что они могут подготовить свои таблицы результатов испытаний.
— Дайте каждой команде немного времени, чтобы завершить свой проект; затем соберите материалы, в которых они зафиксировали результаты своей работы.

Дополнение (60 мин.)
— Дайте учащимся немного времени, чтобы подготовить итоговые отчёты.
— Проведите обсуждение, в ходе которого каждая группа расскажет о результатах своей работы.

Оценка
— Дайте оценку работе каждого учащегося.
— Для упрощения этой задачи вы можете использовать раздел оценки.

Начало обсуждения

Манипуляторы — один из видов промышленных роботов, которые могут перемещать предметы с одного заданного места на другое. Для более точного и безопасного захвата и установки предметов различной формы, веса и уровня хрупкости можно использовать разные виды захватов.

Читайте также:  Как сделать вечный двигатель из лего

Поощряйте активное обсуждение идей.

Предложите учащимся ответить на следующие вопросы.

  • Что представляют собой манипуляторы и где они используются?
  • Какой приводной механизм можно использовать, чтобы поднять предмет?
  • Как робот может переместить предмет?
  • Каким образом робот может осторожно и точно переместить предмет?

Попросите учащихся задокументировать свои первоначальные идеи и объяснить, почему они выбрали то или иное решение для создания своего первого прототипа. Попросите их описать, каким образом они будут оценивать свои идеи в процессе выполнения данного проекта. В процессе рассмотрения и повторения учащиеся получат определённую информацию, которую смогут использовать для оценки эффективности своих решений.

Дополнительно

Развитие языковых навыков

Для развития языковых навыков попросите учащихся:

  • использовать свои записи, наброски и/или фотографии, чтобы подвести итоги этапа разработки и подготовить итоговый отчёт;
  • снять видео, в котором рассказывалось бы о процессе разработки их решения, начиная с первоначальных идей и заканчивая финальным этапом реализации проекта;
  • подготовить презентацию, рассказывающую об их программе;
  • подготовить презентацию, рассказывающую об их решении и аналогичных системах, используемых в реальной жизни, а также описывающую новые изобретения, которые можно создать на основе их решения.

Вариант 2
Для развития языковых навыков попросите учащихся:

Исследуйте различные механизмы, использующиеся для производства лекарственных препаратов и вакцин, и затем подготовьте рассказ о работе в автоматизированной фармацевтический лаборатории, сделав акцент на преимуществах и недостатках автоматизации процесса приготовления лекарств.

Обсудите вопросы обеспечения безопасности данных и защиты авторских прав на формулы лекарств, способных принести владельцам миллиардные прибыли и хранящихся в онлайн-системах, в том числе:

возможные последствия утери формул лекарств;

преимущества хранения конфиденциальной информации в онлайн-системах.

Развитие математических навыков

На этом уроке учащиеся собрали робота-манипулятора. Оценка и улучшение производительности крайне важны для любых автоматизированных систем. Машинное обучение — процесс, при помощи которого роботы-манипуляторы оценивают собственную производительность и вносят в производственные процессы изменения, необходимые для ее улучшения.

Для развития математических навыков и изучения машинного обучения попросите учащихся:

  • дать определения терминов точности и аккуратности и применить их в своих робототехнических проектах;
  • определить переменные, по которым можно оценить точность и аккуратность разработанных учащимися систем (например, скорость робота может влиять на аккуратность, точность или на обе эти характеристики);
  • подготовить и провести мини-эксперимент, чтобы определить, влияют ли выбранные переменные на аккуратность, точность или на обе эти характеристики.

Советы по сборке

Идеи для вдохновения
Дайте учащимся возможность собрать несколько моделей, инструкции для которых можно найти по следующим ссылкам. Предложите им изучить работу этих систем и на их основе подготовить Техническое задание.

Советы по тестированию
Предложите учащимся сконструировать собственную испытательную установку и разработать порядок испытаний, который позволил бы выбрать наилучшее решение. Следующие советы помогут учащимся провести испытания.

  • Отметьте положение карандаша/маркера, установленного в механизме, на клетчатой бумаге. Это позволит возвращать его в то же положение каждый раз при проведении нового испытания.
  • Используйте квадраты 1 x 1 см на клетчатой бумаге, чтобы записывать результаты каждого испытания.
  • Используйте цветные карандаши или маркеры, чтобы отметить ожидаемое и фактическое положение перемещённого роботом предмета.
  • Подготовьте таблицы результатов испытаний, чтобы записывать в них результаты своих наблюдений.
  • Оцените точность работы своего робота, сравнив ожидаемые и фактические результаты.
  • Проведите испытания по меньшей мере три раза.

Пример решения
Далее приведён пример решения, соответствующего критериям Технического задания.

Источник