Робот-помощник Robotrack (НТИ). Роботизированная уборка городской среды.

Робот-помощник Robotrack (НТИ). Роботизированная уборка городской среды.
Даты проведения
с 2023-06-07 по 2023-11-01

Герасименко Георгий. Класс 8. БОУ г.Омска «Лицей БИТ» 644079, г. Омск, ул. 30 Рабочая, д.14а Тел: +7 (3812) 32-32-82, E-mail: school-bit@bou.omskportal.ru Научный руководитель: Аллагулов Станислав Сайфуллович, педагог дополнительного образования детского технопарка Кванториум

Цель: Изобрести гусеничного беспилотного помощника для чистки городской среды зимой и летом в автономном режиме с использованием машинного зрения и искусственного интеллекта.

Актуальность работы: Зимой и летом в общественных зонах города очень остро стоит вопрос своевременной уборки тротуаров и территории от снега, грязи и мусора. Сейчас за чистотой следят дворники. Мой ROBOTRACK позволит заменить тяжелый человеческий труд работой машины.

Значение: Новая техника для ЖКХ позволит уменьшить не только физический труд человека, но также сократить расходы на зарплату дворникам, т.к. ROBOTRACK будет способен сам убирать улицы в автономном режиме. В будущем робот-помощник ROBOTRACK сможет работать в группе с моими роботами-уборщиками TURBOTRACK, эффективно распределяя обязанности. Я бы хотел, чтобы в городах всегда было чисто, чистые тротуары и газоны всегда радуют глаз горожан. Чистые тротуары — это не только безопасно, но и красиво!

Этапы проектирования: • Разработка гусеничного трака • Разработка шасси • Разработка силовой установки • Разработка роборуки • Разработка механизма подъема отвала • Разработка навесного оборудования (отвал, щетки) • Проектирование схемы электроники • Программирование скетча для arduino • Дизайнерское решение корпуса • Сборка, тестирование Гусеничный трак Основным условием было сделать большую площадь опоры, чтобы увеличить не только проходимость, но и эффективность при уборки территории. Ведущее колесо как и всё остальное я спроектировал в САПР Компас 3D [1, c.3]. Пришлось несколько раз переделывать и перепечатывать. Правильная натяжка гусеничного полотна позволяет эффективно расходовать батарейку, поэтому был разработан узел самонатяжного ролика. С самим траком тоже пришлось повозиться, чтобы он имел и эффективный зацеп и отличный вид. Благо Компас 3D позволяет делать сборки из спроектированных деталей и можно посмотреть внешний вид до изготовления, устранив грубые ошибки на этапе проектирования. Силовые установка и двигатель Для уверенного движения на гусеницах требуется хорошая мощность на низких оборотах и тут бесколлекторные низкооборотистые двигатели с датчиками Холла как нельзя лучше подходят. Я взял двигатели от старого гироскутера. Танковая схема управления [2, c.7] делает мою махину невероятно маневренной, робот может развернуться на месте.

Силовая рама В отличии от первого своего робота TURBOTRACK, я решил пойти новым путём и освоить ЧПУфрезер для изготовления силовой рамы из алюминиевого листа. К сожалению, алюминий оказался очень дорогим и я использовал для своего первого прототипа многослойную фанеру 10мм. Подготовил управляющую программу в ArtCAM, выгрузил G-код в MATH3, подобрал фрезу, режимы резания и изготовил по своим чертежам раму. Далее собрал на специальный крепеж.

Роборука

ROBOTRACK получил своё название благодаря наличию роборуки. Роборука – это манипулятор с тремя степенями свободы и мощным редукторным захватом. Из-за трех степеней свободы такой роборукой управлять меняя положение каждого сервопривода очень неудобно, в будущем доработаю программу управления, чтобы можно было более точно и плавно орудовать манипулятором. Но уже сейчас ей можно что-нибудь схватить и перевезти, правда придётся попотеть.

Механизм подъема отвала Механизм подъёма отвала я реализовал на коллекторном двигателе от шуруповерта, из него же взял шестеренки редуктора, в Компасе 3D разработал корпус совмещенный с планетарным редуктором, получился мотор-редуктор. Закрепив винт М12 к мотор-редуктору я получил надежную винтовую передачу для подъема отвала. Отвал спроектировал с изменяемой геометрией, его форма может меняться в зависимости от решаемой задачи благодаря сервоприводам.

Дизайнерское решение Промдизайну всегда уделяю большое внимание, т.к. техника должна быть не только функциональной, но и красивой. Проводил опрос среди своих друзей – всем понравился внешний вид

Схема электрическая Мозгом робота является ARDUINO NANO. К плате ARDUINO подключен контроллер моторов, инфракрасный лидар, радиоприёмник и датчики света для детектирования черной линии. Уже сейчас мой робот управляется не только пультом, но имеет и автономные функции движения по черной линии. Также есть FPV-камера, мощный преобразователь напряжения для сервоприводов роборуки, ну и сами сервоприводы. Написания кода без багов – это отдельное искусство[3, c.5], на программирование ARDUINO у меня ушло очень много времени, т.к. приходилось на лету получать опыт и знания. Экспериментальная часть Видео с тест-драйвом у меня на youtube-канале «ТЕХНОМЕЙКЕР» [4, тест-драйв смотреть с 5:54]

Планы на будущее Очень хочу реализовать машинное зрение и научить двигаться робота по линии с использованием машинного зрения, а не датчиков. В будущем мой робот должен стать автономным и без машинного зрения ему не обойтись. Также хочу сделать и установить лидар на 360 градусов, т.к. нужно видеть обстановку со всех сторон, а не только спереди. Ну и конечно изготовить раму и отвал из алюминия и запустить его в настоящую работу помощником. Также хочу как-то объединить в сеть своих роботов, чтобы они могли выполнять работу совместно и не мешали друг-другу, но пока даже не знаю с какой стороны подойти к решению вопроса.

Заключение В заключении хочу отметить, что вижу огромный потенциал в применении моих роботовпомощников для роботизированной уборки не только городской среды, но и частных территорий, а также морских портов[5]. Работы по моделированию и изготовлению прототипа проделано много, но предстоит ещё больше проделать работы по программированию и наладке автономной работы. Я уверен, что мой робот-помощник ROBOTRACK будет приносить пользу людям!

О проекте

Проект опубликовал

Целевая аудитория

школьники 5-7 класс школьники 8-11 класс абитуриенты студенты

Специализации

Промышленный дизайн Изобретательство

Области знаний

Техника и инженерные науки