Проект на тему: «Создание мобильного робота в программе блочного программирования для платформы Arduino »

Создание мобильного робота в программе блочного программирования для платформы Arduino

Тематика: 

Робототехника

Автор: 

Борисенко Никита Витальевич

Руководитель: 

Борисенко Виталий Яковлевич

Учреждение: 

МБОУ СОШ №5

Класс: 

7

В данном творческом проекте по робототехнике на тему "Создание робота на основе конструктора " ученик 7 класса школы представил свой вариант создания робота с помощью конструктора Arduino.

Созданный учащимся проект по робототехнике "Создание робота на основе конструктора Arduino" содержит в себе описание истории роботостроения, характеристику современных роботов и ход работы над собственным проектом роботоконструирования.

В ходе исследования автор проекта реализовывает поставленную перед собой цель создать робота на основе конструктора Arduino.

Предложенная автором творческая исследовательская работа по робототехнике на тему "Создание робота на основе конструктора Arduino" будет интересна для учеников, увлекающихся робототехникой, поможет выявить у них интерес к роботостроению, программированию и конструированию.

Данная работа позволяет подробнее ознакомиться с темой робототехники, изучить виды, цели и актуальность роботоконструирования, а также показывает, что роботостроение доступно и понятно, и при желании, можно сконструировать робота собственноручно.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 5»

Предгорного муниципального района

Ставропольского края

Проект на тему:

«Создание мобильного робота

в программе блочного программирования для платформы Arduino »

Подготовил : обучающийся 7 А класса

Борисенко Никита

Руководители: Борисенко Виталий Яковлевич

Черныш Анастасия Геннадиевна

Содержание

Введение__________________________________________________________

1.Основная часть______________________________________________

1.1 Описание объекта исследования_____________________________

1. Теоретическое обоснование _____

2.Исследовательская работа_____________________________________

2.1 Создание робота на основе конструктора Arduino_______

2.2 Arduino и среда его программирования_________________

3.Выводы результатов исследовательского проекта_________________

Заключение_________________________________________________

Введение

На протяжении многих веков люди изобретают механизмы и машины, способные облегчить нашу жизнь, и современный человек едва ли сможет представить свою жизнь без них. Ежедневно появляются новые устройства и улучшаются существующие. Таких устройств уже несчетное множество, но, безусловно, самым высоким достижением человеческой мысли являются роботы.

Роботы – это автоматизированные машины, которые способны выполнять функции человека при взаимодействии с окружающим миром. О них люди мечтали еще с древних времен, и вот сейчас эти механизмы входят в наше общество с огромной скоростью. Основное их предназначение – сделать нашу жизнь более комфортной, улучшить условия труда, освободить «руки» от сложных рабочих процессов и увеличить производительность.
Роботы чаще всего встречаются в промышленности, где с их помощью удалось полностью автоматизировать большинство производственных задач. Но, кроме того, умные машины все больше задействуются в военной отрасли, медицине, сфере обслуживания и потребительском секторе.
И если ранее они выполняли только повторяющиеся рутинные задачи по программе, то сейчас их уровень достиг новых вершин, позволяя взаимодействовать с нами, общаясь на своем машинном языке, понимать наши жесты и эмоции. Кроме того, используя специализированные площадки уже сейчас каждый желающий имеет возможность влиять на индустрию, создавать свои программы и добавлять новые функции к роботам. Таким образом, развиваясь от простых вспомогательных механизмов, роботы имеют все шансы влиться в наше общество и стать нашими друзьями.

Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

1. Основная часть.

1.1 Описание объекта исследования

Arduino - это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов , имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

Таким образом, актуальность данной работы обусловлена необходимостью создания робота своими руками.

Противоречие между желанием создать робота своими руками, с одной стороны, и отсутствием необходимых для этого знаний и умений, с другой стороны, определили проблему: возможно ли создание робота в домашних условиях. Все вышеизложенное и побудило выбрать тему проекта: «Создание робота на основе Arduio».

Целью данной работы является создание робота на основе платформы Arduino.

Предметом является принцип строения и работы робота на основе датчиков, робототележки и плата Arduino.

В основу данной работы положена гипотеза, согласно которой, изучив принцип строения и работы робота на основе данного комплекта , можно создать робота самостоятельно.

В соответствии с целью и гипотезой были поставлены следующие задачи:

1. изучить принцип строения и работы робота на основе платы Arduino, роботележки и датчиков, и среду его программирования;
2. создать робота на основе данного конструктора .

С целью достижения поставленных задач нами был разработан комплекс взаимосвязанных методов, включающий:

-анализ литературы и материалов сети Internet;

-моделирование

плата Arduion nano роботележка и комплект датчиков— конструктор для создания программируемого робота.

в набор входят:

-встроенные в моторы датчики вращения и ультразвуковой датчик;

-перезаряжаемая аккумуляторная батарея;

-три электро серво мотора;

-соединительные кабеля.

USB-кабель.

1.2 Теоретическое обоснование

При создании робота и программы для него, необходимо понимать суть работы каждого датчика т.к. данные знания дадут возможность правильно рассчитывать траекторию движения робота, его функциональность и т.д. Рассмотрим некоторые из них.

Главный элемент конструктора – это микрокомпьютер (микропроцессор) Atmega328, он является «мозгом» мобильного робота , который позволяет ему ожить и осуществлять различные действия. Микрокомпьютер (микропроцессор) Atmega328 содержит в себе: процессор, FLASH память,опиративная память порту ввода вывода и многое другое. Контролирует моторы и собирает данные с датчиков.

Одним из важнейших элементов конструктора является электромотор. Данный элемент позволяет роботу двигаться с постоянной скоростью.].

Информацию об окружающем мире робот на плата Arduion nano получает от ультразвукового датчика позволяющего, позволяет измерять расстояние до объектов.

Разобравшись с деталями мольный робот, рассмотрим его программное обеспечение (ПО). ПО мобильного робота основано на блочном программировании на языке ардублок, графическом языке программирования, которым пользуются ученые и инженеры по всему миру. ПО предоставляет возможность перетаскивать и размещать командные блоки.

Таким образом, чтобы писать программы, следует размещать блоки функциональности на схеме. В зависимости от типа блока, каждый блок может быть сконфигурирован для движения мобильногоробота :

1. выключить,

2. включить и вращать,

3. включить в течение определенного количества секунд,

4. включить и повернуть фиксированное число времени.

Есть широкий спектр основных программных блоков на выбор.
Они сгруппированы в шесть категорий:

1. логика

2. математика

3. переменные

4. время

5. сенсоры

6. функции

7. мои блоки

8.входы, выходы

Интуитивно понятный интерфейс позволяет сначала создавать простые программы, а затем продуктивно развивать свои навыки программирования, делая возможным создание сложных многоуровневых программ и проведения различной экспериментальной работы .

2. Исследовательская работа

2.1 Создание робота на основе конструктора Arduino

Сборка робота.

Несмотря на внушительный арсенал набора, сборка робота, при использовании наглядной инструкции найденной в интернете, оказалась точно такой же, как и конструирование любого конструктора , а поскольку собирать конструкторы – это мое хобби с раннего детства, то на первом этапе сложностей для меня не возникло Однако при дальнейшей работе с роботом, конструкцию пришлось существенно дорабатывать, т.к. готовая модель не позволяла выполнить все условия поставленной мной задачи.

Для осуществления поставленной задачи потребовалось использовать метод исследования «эксперимент» изучить множество материала, составить большое количество элементарных программ для выполнения роботом несложных действий. После этого мне стало ясно – для того чтобы робот был способен выполнить весь комплекс действий, согласно поставленной мной задаче, нужно прописать в программе всю цепочку действий, каждый шаг, каждое движение! В итоге получилась следующая программа .

2.2 Arduino и среда его программирования

Выгрузка материала непосредственно в робота.

Подключение робота к ПК осуществляется через порт USB,т.к. в этом случае робот привязан к компьютеру и программу на выполнение можно запускать прямо из среды программирования. Кроме того, во время выполнения программы появляется возможность визуально контролировать ход её выполнения (заголовки выполняющихся в данный момент программных блоков будут мерцать),можем отслеживать на компьютере. Также можно наблюдать текущие показания датчиков всё время, пока робот остается подключенным к среде программирования.

Таким образом, благодаря выбранной технологии передачи данных, готовая программа загрузилась просто и очень быстро.

3.Выводы результатов исследовательского проекта

Органично сконструированная роботтележка, после загруженной в неё программы, выполнила все действия, согласно изложенным условиям: «машинка» двигалась и выполняет различные действия я считаю, что доказал тот факт, что изготовить простейшего робота своими руками возможно, изучив принцип работы робота и среду его программирования.

Работа над роботизированной машинкой еще не закончена, в планах – расширить её функции и использовать датчик касания, датчик цвета, bleutoch модуля.

Но учитывая, что в процессе изучения конструктора , я увидел огромное количество вариантов созданных роботов на основе этого конструктора, теперь мне очень хочется попробовать что-то новое, и это будет шагозавр!

Заключение

В заключение хочу сказать, что я очень рад, что у меня получилось собрать и запрограммировать «машинку», процесс был интересный и увлекательный, кроме того я узнал много нового. Ведь автомоделизм - увлекательный вид технического творчества. На занятиях объединений технической направленности мы изготавливаем различные виды моделей автомобилей, от простых прямоходов до сложных трассовых моделей, впоследствии участвуем в запусках и состязаниях. В нашем объединении «Радиоэлектроника» мы обычно собираем подобные модели на электротяге, ремонтируем и модернизируем фабричные модели.

Запуск радиоуправляемых автомоделей - увлекательное дело. Мы оттачиваем и техническое мастерство и технику управления моделями. Подготовка к соревнованиям в нашем объединении состояла из трёх этапов:

На первом этапе мы искали и собирали сломанные, нерабочие машинки, их отдельные детали, узлы и собирали из них готовые, рабочие. На этом этапе знакомились с механикой, электротехникой.

Второй этап - это собственно радиоэлектроника, где мы знакомились с системами радиоуправления моделями, учились устанавливать системы на моделях и самое главное и важное в нашем деле - отстройке частоты управления.

Третий этап: все машины переделывались на питание с батареек под аккумулятор. Аккумуляторы брались из старых, испорченных мобильных гаджетов, телефонов, ноутбуков. Как показала практика, небольшое снижение напряжения питания не сказывается на работе автомодели. Зато машина с аккумулятором становиться заметно легче, шустрее в разгоне и главное – бесплатной, не надо тратится на батарейки.

Итог подготовки.

Для состязания были заготовлены машины разного класса, работающие на разных частотах, каждая из которых управлялась с отдельного пульта, не мешая друг другу.

Порядок соревнований.

Была оборудована простая трасса, отмеченная бумажным скотчем на полу. По заданию надо было совершить три круга, объехав все мешки и вернуться на старт.

В изготовлении и запуске моделей приняли участие обучающиеся объединений по физике, робототехнике, радиоэлектронике, программированию.

Участники по жеребьёвке участвовали в заездах. По итогам состязаний лучшие результаты:

- первое место

- второе место

- третье место.

Ребята были награждены памятными призами и грамотами. Моя модель заняла первое место, поэтому было принято решение подать заявку на участие во всероссийском конкурсе научно-технологических проектов «Большие вызовы» 2021-2022 учебный год.