Робот-сапер

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2 г.Налыма»

Проектная работа

по робототехнике на тему:

«Робот-сапер»

на основе робототехнического набора

Lego Mindstorms EV3

Автор:

Исмаилов Рефат, ученик 8Б класса

Руководитель:

Емельянов Павел Владимирович,

учитель информатики и ИКТ

МОУ СОШ №2 г.Надыма

2022 г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

Глава 1. Роботы-саперы…………………………………………………………4

1.1.Инженерные роботы – роботы-саперы…………………………………….4

1.2.Особенности роботов-саперов……………………………………………...6

1.3. Современные военные роботы – боевые системы будущего……………7

Глава 2. Создание прототипа робота-сапера на базе Lego Mindstorms Education EV3.…………………………………………………………………...8

Заключение…………………………………………………...............................12

Литература………………………………………………………………………13

Введение

В связи с проблемой терроризма и политической ситуацией в мире остро встаёт вопрос о применении техники в профессии сапёра. В этой чрезвычайно опасной профессии имеет место применение передовых технологий и оборудования, однако так или иначе без человеческих жертв дело не обходится.

Одно из возможных решений проблемы – использование роботов. На данный момент на вооружении многих стран имеются роботы-сапёры (в Америке, к примеру, их называют «boom doctors»), но эти устройства скорее следовало бы называть дронами: «роботы» при помощи нескольких камер и манипуляторов или особых приспособлений (таких как водомёт) осуществляют разминирование при удалённом управлении людьми. Целью данного проекта является создание прототипа робота, способного определять и захватывать «странные» предметы в полуавтоматическом, а затем и полностью автоматическом режиме.

Гипотеза: можно ли создать робота-сапера, способного определять и захватывать «странные» предметы.

Цель: создание прототипа робота-сапера.

Для достижения данной цели предполагается решение следующих задач:

• изучить историю робототехники и роботов-саперов;
• сконструировать прототип робота-сапера на основе робототехнического набора Lego Mindstorms EV3, способного определять, захватывать, утилизировать «странные» предметы.

Актуальность:

• конструирование как процесс является одним из важных аспектов научно-технического процесса;
• обеспечение безопасности людей при работе в тяжелых условиях.

Глава 1. Роботы-саперы.

1. Инженерные роботы – роботы-саперы

Инженерные роботы – это группа механизмов, которыми обычно управляют дистанционно. Они используются для обезвреживания мин и фугасов, создания проходов в минных полях, подъема тяжестей и расчистки завалов.

Важной тенденцией в развитии подобных машин стало увеличение их массы, что позволило привлекать дистанционно управляемые машины для более серьезных работ. В США сейчас все инженерные машины управляются дистанционно.

Со времен начала массового применения мин во II Мировой войне, преодоление минных полей всегда было одной из самых сложнейших задач атакующих войск. Саамы распространенный способ очень медленный и опасный заключался в том, что саперы, как правило, ночью шли к вражеским минным полям, отыскивали и снимали мины, оставляя обозначения для своих танкистов.  Но поиск с помощью щупа или штыка, дело крайне трудоемкое, а мино-искатели, которые стали использовать позже, реагировали далеко не на все типы мин. Все изменилось в 1968 году, когда на вооружение Советской Армии, поступила установка разминирования УР-67. Опыт ее применения во время Арабо-Израильского и целого ряда других конфликтов позволил создать новую версию, в которой были устранены все недостатки.

Важно понимать, что противотанковые и противопехотные мины относятся к тому типу оружия, который может заявить о себе и через десяток лет, после того как смолкли артиллерийские залпы и на заключенных мирных договорах засохли чернила. Учитывая этот факт, для саперов, которые ориентированы на разминирование, практически не существует мирного времени. Земля сегодня сдобрена не только тем огромным количеством мин. При этом одним из трендов современной военной науки является создание беспилотной техники и систем, инженерным войскам подобная техника необходима в первую очередь. А для российских саперов, которые работают в Сирии, такая техника необходима вдвойне.

Сработай противопехотная мина под ногами человека, тот неминуемо бы погиб. Но для железного сапера на гусеницах взрывные устройства — семечки. «Уран-6» — многофункциональный робототехнический комплекс, он тралом вспахивает землю на глубину до 20 сантиметров. А потом как жерновами перемалывает мины в металлическую стружку. Робот управляется дистанционно с помощью пульта: шеститонная машина реагирует на легкое движение джойстика. В полном снаряжении, с блоком управления за плечами оператор похож на астронавта. С помощью установленной на броне «Урана» камеры высокой четкости он может вести разминирование, не рискуя жизнью, находясь в безопасном месте на расстоянии до одного километра. Он [робот] может выдерживать поражающие факторы противопехотных мин до двух килограммов в тротиловом эквиваленте». Свою эффективность робот доказал еще при разминировании Пальмиры. Сейчас его перебросили под Алеппо.

2. Особенности роботов-саперов

1. Робот-сапер оснащен особым подвижным манипулятором, на котором закреплены различные дополнительные инструменты. Такая конструкция дает возможность преодолевать мешающие движению препятствия и с легкостью передвигаться по труднопроходимым участкам территории.
2. Роботы, обезвреживающие бомбы, способны работать в любых неблагоприятных погодных условиях. Они прекрасно адаптируются к особенностям местности и окружающей среды. Некоторые современные модели оснащаются двумя руками, что позволяет осуществлять более тонкие манипуляции.
3. Размеры робота-сапера могут быть самыми различными и зависят от особенностей проводимой операции по обезвреживанию взрывного устройства. В настоящее время существуют как образцы, способные уместиться в рюкзаке, так и массивные агрегаты, оборудованные множеством приборов и детекторов.

Раньше управление робототехникой требовало от оператора специальной подготовки и навыков, что затрудняло процесс обезвреживания бомбы. Благодаря развитию технологий сегодня, контроль за действиями роботов-саперов, осуществляется при помощи консоли или джойстика, что напоминает современные компьютерные игры.

3. Современные военные роботы – боевые системы будущего

Подводя итог, можно сказать, что использование робота-сапера в любом случае имеет множество выгодных преимуществ. Основным плюсом является то, что даже если он во время операции будет принесен в жертву, люди останутся в безопасности. Применение роботов саперов позволит за счет интеллектуализации устройства для автоматического разминирования значительно увеличить эффективность разминирования минных полей, исключить или существенно уменьшить опасность поражения технических устройств и специалистов-саперов в ходе разминирования минных и прочих боеприпасов и использовать данные навигационных систем автономных модулей для автоматического планирования коллективных действий специализированных модулей робота-сапера.

Широкомасштабное применение подобных роботизированных систем позволит приступить к решению общемировых гуманитарных проблем - ликвидации многочисленных противопехотных минных полей и повышению эффективности антитеррористической деятельности.

Глава 2. Создание прототипа робота-сапера на базе Lego Mindstorms Education EV3.

В своей работе над созданием прототипа робота-сапера мы использовали образовательный конструктор Lego Mindstorms Education EV3, включающий в себя:

•  микрокомпьютер EV3 с возможностью перепрограммирования;
•  три больших мотора (Два мотора предназначены для движения робота. Третий большой мотор предназначен для корректировки подъемных характеристик захватывающего механизма);
•  малый мотор предназначен для захвата бомбы захватывающим механизмом;
•  датчик цвета предназначен для определения захватываемого объекта;
•  ультразвуковой датчик предназначен для объезда препятствий.

Работа над проектом выполнена в несколько этапов:

1. Планирование (составление плана действий) – это первый шаг для получения хорошего результата. На данном этапе мы продумывали и записывали действия, которые собирались предпринять. Исходя из того, что любая задача в робототехнике состоит из двух разных частей: аппаратной (к которому относится непосредственно конструирование робота) и программной (происходит создание программы для управления роботом), нужно при экспериментировании принимать во внимание обе части.
2. На втором этапе мы начали конструировать робот и несколько раз меняли его конструкцию. На рисунке 1 «Робот-сапер» представлен окончательный вариант проектной деятельности.

3. Третьим шагом проекта является создание программы для создания поведения и маневров робота-сапера. В окончательном варианте программа выглядит следующим образом:

Рисунок 2. Программный модуль робота-сапера.

4. На последнем этапе работы мы проводили бесчисленные корректировки как для исправления программного кода, так и для улучшения конструкции робота. Окончательный вариант поведения прототипа робота-сапера в видео-формате можно рассмотреть по ссылке https://drive.google.com/file/d/1W9_dhHpz8d8KagVJDYZzLlZWsSJ_5DT6/view?usp=sharing

Заключение

Проведя анализ литературы, Интернет - ресурсов, была изучена история возникновения как робототехники, так и первых роботов-саперов. Практическим результатом данной работы является прототип робота-сапера, который может осуществлять процесс захвата небольших по объему фигур. Выполнение таких заданий позволяет увидеть связь таких направлений как конструирование, математика и т.д.

Создание подобного рода моделей интересны тем, что, даже не зная языков программирования, можно воплотить в жизнь самые простые конструкторские идеи.  

В процессе тестирования робота-сапера выявлено, что предложенный тип колес не позволяет машине совершать быстрые развороты, уменьшает ее маневренность. Эта проблема не влияет на качество работы машины.

Работу по проекту целесообразно продолжить в направлениях:

– автоматизации захвата предметов манипулятором;

– повышения проходимости, манёвренности и мощности платформы.

Считаю, что цель работы достигнута. Гипотеза исследования подтверждена.

Литература

1. Денис Голиков: Scratch для юных программистов. — Издательство «БХВ-Петербург», 2016. — 192 с.
2. Юлия Торгашева: Первая книга юного программиста. Учимся писать программы на Scratch. — Издательство «Питер», 2016. — 128 с.
3. Картер Сэнд, Уоррен Сэнд: Hello World! Занимательное программирование. — Издательство «Питер», 2016. — 400 с.
4. Вордерман Кэрол, Вудкок Джон, Макаманус Шон: Программирование для детей. — Издательство «Манн, Иванов и Фербер», 2015. —  224с.
5. Mindstorms EV3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.lego.com/ru-ru/mindstorms.