Многофункциональная роботизированная станция для занятий рисованием

Методы и средства разработки Разработанный в рамках выполнения проекта продукт изготовлен в составе следующих двух крупных частей:  автоматическая точилка для карандашей;  настольный мольберт с регулируемым углом наклона планшета, одновременно являющийся корпусом для точилки. В основу технической реализации автоматической точилки было решено положить робототехнический набор LEGO Mindstorms EV3, поскольку:  детали из набора легко скрепляются и достаточно крепко держатся для выполнения такого рода задач;  разнообразие деталей и креплений позволяет собирать уникальные и сложные конструкции, что было бы очень затруднительно сделать, используя другие основы для конструкции;  контроллер LEGO Mindstorms EV3 легко программируется и позволяет реализовывать достаточно нестандартные решения. Для изготовления корпуса устройства было решено использовать фанеру 6 и 3 мм, поскольку это распространенный, дешевый и экологичный материал. Для еѐ резки были использованы: циркулярная пила, фреза и электрический лобзик, сильно упростившие и ускорившие обработку деталей корпуса. Для сборки использовалась различная фурнитура, шурупы 10 и 15 мм, клей ПВА. Полный перечень материалов и технологических операций приведены в табл. 1-2 в Приложении. Для всех перечисленных работ предварительно потребовалось провести следующие действия: 1) Расчет подходящих размеров корпуса. Были проведены замеры автоматической точилки, и, в соответствии с ними, определены габариты корпуса. 2) Чертеж корпуса – выполнен на бумаге по стандарту ГОСТ, приведен на рис. 1 в Приложении. 3) Поиск товаров и поставщиков. 4) Поиск необходимого инструмента. В ходе данного этапа выполнялся поиск технического помещения для выполнения изготовительно-монтажных работ, определялся инструментарий для удобного и быстрого изготовления компонентов, изучались различные методики изготовления изделий из фанеры, улучшения их надежности и качества с учетом бюджета и предполагаемых условий эксплуатации. В итоге был определен перечень необходимых инструментов, подобрано необходимое количество расходных материалов, а также найдено помещение для выполнения работы. Особенности реализации Конструкция роботизированной части выполнена по принципу конвейера, на котором карандаши по одному заезжают в захват, в качестве которого были использованы миниатюрные пассатижи, а затем захват задвигает карандаш в точилку, которая, вращаясь, снимает с него слой древесины. Затем захват выдвигает карандаш наружу и готов к следующему, лежащему на конвейере. Перечень использованных компонентов, входящих в начальную комплектацию роботизированного комплекса (см. рис. 2 в Приложении): 1) Большой мотор из стандартной комплектации LEGO Mindstorms EV3 (х2). Большой мотор оптимизирован для приводных механизмов роботизированных платформ различных видов и назначений. Скорость вращения большого мотора 160 – 170 оборотов в минуту, вращающий момент 20 ньютон/метр, пусковой момент 40 ньютон/метр 2) Средний мотор из стандартной комплектации LEGO Mindstorms EV3 (х2). Средний мотор чаще всего используется для каких-либо захватов, различных типов передач. Скорость вращения среднего мотора 250 – 260 оборотов в минуту, вращающий момент 8 ньютон/метр, пусковой момент 12 ньютон/метр. 3) Датчик нажатия из стандартной комплектации LEGO Mindstorms EV3. Датчик касания Lego EV3 является аналоговым датчиком. В части программной реализации была разработана специальная программа в среде LEGO Mindstorms. Она, с помощью датчика нажатия и управления кнопками на контроллере, позволяет автоматически точить подряд несколько карандашей. Программу можно логически разделить на три части: 1) загрузка карандашей; 2) придвигание карандашей к захвату; 3) заточка карандашей. Полученные результаты и перспективы развития Результатом выполненной работы стала функциональная и полезная для творчества станция, поддерживающая несколько функций, облегчающих удовлетворение творческих потребностей у детей и представителей маломобильных групп населения. Внешний вид и внутреннее устройство созданной многофункциональной станции приведены на рис. 3-4 в Приложении. Стоимость изготовленной станции составила около 25000 рублей. Большую часть в стоимости занимает набор Lego. Кроме того, относительно высокая стоимость станции связана с тем, что станция выполнена в единственном экземпляре. В случае массового выпуска изделия возможна разработка типовых деталей в большом количестве, что позволит существенно снизить стоимость изготовления изделия. Практическое применение и социальная значимость реализованного проекта: разработанный роботизированный комплекс существенно облегчит процесс рисования, как детям, так и представителям МГН, поможет им больше концентрироваться на творческом процессе, не отвлекаясь на технические трудности. Разработанный продукт был протестирован с привлечением детей в возрасте от 4 до 8 лет, в результате чего были отмечены:  высокие эргономические характеристики (возможность регулировки угла наклона рабочей поверхности мольберта, удобство заточки карандашей, удобный доступ к органам управления и к механизму – для технического обслуживания);  многофункциональность устройства – возможность, не прерывая процесс рисования, осуществить заточку карандашей, наличие отсека для хранения принадлежностей. В рамках дальнейшей доработки проекта планируется дополнить роботизированную станцию выдвижным контейнером для стружки и повысить производительность и качество функционирования механизма автоматической заточки карандашей. Литература 1. Нутча В. Справочник строителя. Деревообработка. – М.: Техносфера, 2014. 2. Овсяницкий Д.Н. Курс конструирования на базе платформы Lego Mindstorms EV3. – М.: Перо, 2019. 3. Степанов А. Материаловедение (деревообработка). – М., 2017. 4. Штадлер А. Моя книга о LEGO EV3. – М.: Фолиант, 2017. 5. Интернет-ресурс: https://legoteacher.ru/ 6. Интернет-ресурс: https://education.lego.com/ru-ru/support/mindstorm...

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование