Девять смелых проектов школы GoTo

Конструкторы для обучения детей робототехнике

Share Button

Выездная школа GoTo провела уже 15 робототехнических смен. Вместе с преподавателями Алексеем Перепелкиным и Николаем Кутрухиным собрали проекты двух последних школ. Большинство из них не завершены, мы хотим показать, какие проблемы обычно возникают. 

Проект "Коробка передач"

Проект «Коробка передач»

Коробка передач

Кто в детстве не мечтал собственными руками собрать машину? Один из загадочных узлов автомобиля — коробка передач. Ручку «тудем-сюдем», педаль сцепления «дырг-дырг», а машина едет то быстрее, то медленнее. Как, почему? Загадки во тьме.

А есть ведь еще автоматическая коробка, которая вообще непостижимое исчадие малопонятных сил зла. Или все постижимое? Или даже не зла?

Ответить на эти животрепещущие вопросы и был призван проект «Коробка передач».

Поставленные в проекте задачи были вполне наполеоновскими:

  • собрать коробку (как минимум двухступенчатую) с прямой и понижающей передачей;
  • реализовать механизм электромеханического переключения (заинтересованный, но не слишком искушенный в предмете «автодело» читатель мог видеть такую штуку на болидах Формулы-1) — передачи переключаются нажатием кнопки;
  • реализовать автоматическую коробку на основе механизма обратной связи: как только потребляемый мотором ток (а значит и нагрузка на мотор) превышают определенное значение, коробка должна автоматом «перекидывать» прямую передачу на понижающую и назад.

В ходе проекта были выяснены теоретические принципы работы коробки передач: что такое передаточное число, как оно рассчитывается, как получить нужное отношение усилия на входе и выходе.

Значительную часть времени отняли «конструкционные задачи»: как оказалось, даже просто расположить шесть шестерней (вход, выход, плюс две пары, собственно, на реализацию передаточных звеньев) на двух валах так, чтобы ничего не клинило, не заедало и переключалось, когда надо, — настоящее искусство, сродни музицированию или живописи.

По накалу интеллектуальной борьбы, по сопровождающей череде успехов и неудач, экспериментов в мучительных поисках решения и внезапных катастроф, проект можно сравнить только с историей развития космонавтики.

Реализовать в ходе проекта удалось первую и вторую задачу, но ряд техногенных аварий оставил проект без уверенного финального аккорда (да, в реальной жизни бывает и такое). Но уверены, проект еще вернется к жизни на следующих школах.

Аэроглиссер «Посейдон»

Что будет, если на моторную лодку вместо двигателя (снизу) поставить вентилятор (сверху)? Будет моторная лодка с вентилятором и владельцем-идиотом. А если поставить — большой вентилятор, сравнимый по размерам с самой лодкой? Будет аэроглиссер — лодка повышенной маневренности и проходимости. Да-да, понятие «проходимость» применимо и к водному транспорту тоже.

Сборкой модели такого аэроглиссера на дистанционном управлении занялись участники направления робототехники. Было необходимо:

  • собрать аэроглиссер, чтобы не тонул (бывало и такое);
  • установить на него мотор и запитать, чтобы работал и ничего не коротило. Это не такая тривиальная задача, если дело происходит в воде;
  • настроить дистанционное управление по Bluetooth.

С задачами участники блестяще справились, глиссер Посейдон гордо рассекал просторы технического пруда на территории лагеря. Примерно, три минуты рассекал, а потом загорелся. Оказалось, что чудовищной мощи двигатель (взятый не то с квадрокоптера, не то с вертолета, не то с Камаза) потребляет такой же чудовищный ток — не выдерживают провода и горит электроника. К чести участников и с этой задачей (управление большими токами) они успешно справились — глиссер Посейдон v.2.0 проявил себя в лучшем виде на просторах водной глади.

Аэроглиссер "Посейдон"

Аэроглиссер «Посейдон»

Помощник диктатора

Каждый начинающий докладчик поначалу сталкивается с тем, что некоторые мысли трудно сразу выразить внятно и доступно. Без мычания «вот этого вот», без «эканья», без позорных запинок и провисаний.

Систему контроля подобных ошибок в речи взялся реализовывать один из участников GoTo. Суть внешне проста: электронный контроллер «слушает» и записывает «диктора», подсчитывая число заиканий, запинаний, всяческих «э-э-э» и «м-м-м», а также оповещает докладчика о каждом его проколе с помощью вибрации.

Для неискушенного читателя задача представляется несложной. Тут, пожалуй, уместно вспомнить 1956 год и первую конференцию по вопросам искусственного интеллекта, на которой основные участники — а это не были набранные с улицы бездельники, совсем нет — согласились, что для решения данной задачи коллаборации ученых мирового уровня понадобится примерно месяц. Ну, может, два! Итоги общеизвестны.

Примерно такая же бездна развернулась и тут: спектральный анализ, корреляционный анализ, нейронные сети — всеми этими инструментами пришлось овладеть для решения задачи только в первом приближении. Участнику проекта удалось побороть «электронного болвана» и настроить его на подсчет, но лишь в узком диапазоне случаев. Проект еще ждет развития!

От эхолота к глубиномеру

Построение рельефа дна водоема — актуальная и важная задача, в том числе и во «взрослой жизни». Навигация на неглубоких реках с быстро меняющимся рельефом дна доставляет изрядную головную боль множеству людей — от капитанов речных судов до специалистов по логистике компаний-перевозчиков.

Подступиться к этой проблеме попробовала и команда школьников. Под боком был подходящий для исследовательских экспериментов водоем. Задача в исходной постановке выглядела так:

  • cобрать лодку с движителем;
  • реализовать дистанционное управление, либо программно задать алгоритм «обхода» водоема»;
  • во время обхода с помощью эхолота (ультразвуковой датчик) получать данные о глубине;
  • сохранять данные в двумерном массиве глубин для построения карты рельефа водоема.

Отметим отдельно: простой и легко реализуемой эта задача кажется лишь тому, кто с проблемами прикладной Arduino-робототехники знаком смутно.

Взять, например, «карту глубин» (пойдем с конца). Чтобы ее получить, нужно в любой момент обхода знать XY-координаты судна-эхолота. Причем с точностью в 10-20 сантиметров. Если бы дело было на твердой гладкой поверхности, можно было бы воспользоваться энкодерами (датчики, которые позволяют подсчитать количество поворотов колеса, используя поступающие с них данные можно восстановить траекторию движения). Но какие энкодеры в воде? Что ими считать — число оборотов вала или угол поворота киля? Можно воспользоваться «маяками» — реперными отражателями на берегу. Если суметь подсчитать расстояние до двух-трех таких реперных точек, координату найти не проблема. Но вот как это расстояние получить? Тут свои сложности: чем больше расстояние, тем сложнее точно его измерить.

Кстати, об измерении расстояния. Если помните, основная задача — мерить расстояние от поверхности воды до дна, мерить предполагалось обычным ультразвуковым датчиком. И тут выясняется, что датчик в этих условиях работает не особо хорошо. Вернее, совсем нехорошо. А еще вернее, совсем не работает. Звук в воде распространяется по-другому, движется иначе, чем в воздухе, отражается чуть иначе. В итоге — ситуация «былинного отказа» (epic fail) стала вырисовываться все четче.

Сплошные загадки, как видите.

Но GoTo Camp — исследовательский лагерь. Не работает датчик? Отлично, обратимся к чуть более давней практике. Возьмем груз на леере и будем разматывать леер до момента столкновения с дном. Момент столкновения считаем по усилию на двигателе — такую концепцию и реализовали участники проекта.

И пусть получилось не все и не до конца, но исследовательский дух слушателей здесь проявил себя в полной мере!

Контроллер протеза кисти

Задумывались ли вы когда-либо над проблемами, возникающими у людей, осваивающих протез кисти?

Одна из проблем — особенно для детей — постоянная практика использования. Проще говоря, новый протез нужно «тренировать» как можно чаще. В GoTo Camp предложили простое, но значимое робототехническое устройство — счетчик числа сгибаний, фиксирующий каждый успешный этап тренировки. Устройство работало на базе датчика изгиба и передатчика, посылающего информацию на сервер для обработки.

Достоинство протеза — возможность внедрения в практическое использование.

3D-сканер

Проект, разделенный на два подпроекта, — электронно-механическая часть и программное обеспечение. В рамках разработки электронно-механической части был создан станок, состоящий из поворотного стола и вертикальной оси, по которой посредством винтовой передачи перемещается лазерный дальномер. Разработана прошивка для станка, включающая ручной режим, в котором тестируются все операции, выполняемые станком, и произведена калибровка.

В автоматическом режиме станок управляется программным обеспечением на ПК, которое инициирует процесс сканирования, собирает послойные измерения и строит по ним 3D-модель с возможностью экспорта в формате stl, готовом к воспроизведению на 3D-принтере.

3D-сканер

3D-сканер

Режиссерский пульт

Прикладной проект, упрощающий проведение малобюджетных трансляций. В то время как найм профессиональной команды требует значительных затрат, существует программное обеспечение для многокамерных онлайн-трансляций («стримов»). Задачей проекта было совмещение в руках одного человека управления камерами и выбора кадра, идущего в эфир. Для управления положением камеры (телефона, веб-камеры) была сделана одна «голова», которая закреплена на любом штативе со стандартным креплением и вращается по двум осям. Сам пульт позволяет подключить до четырех «голов», расширение до большего числа конечных устройств не представляет сложности. В устройстве был доработан стандартный джойстик, которым управляется выбранная камера, с помощью него же в эфир запускается выбранный источник.

Режиссерский пульт

Режиссерский пульт

Шестиножка

Задор в перемещениях заморского RHex не давал покоя команде, которая с упорством, достойным лучшего применения, отказывалась расширяться и сохранила численность в одного человека. Была взята планка «повторить RHex в масштабе». Окончилась попытка на этапе сборки модели признанием ошибки: придется увеличивать коллектив.

Тем не менее, путь был не только тернист, но и увлекателен: отработка обратной связи от колеса-ноги по току, освоение 3D-моделирования, литья силиконовой формы и пластиковой детали в силиконовую форму, переработка моделей в целях унификации, борьба с различными способами радиосвязи — все составные части проекта предвещали успех.

Проект "Шестиножка"

Проект «Шестиножка»

Производственная проблема

Добрая половина состава робототехников (и малая часть программистов) одной из смен присоединилась к проекту Киберфизика. Проблема — эффективность одной из фаз создания обучающих наборов — фасовки радиодеталей в маркированные пакетики. Задача — сэкономить время фасовки за счет производства пакетиков «на лету» из обычной бумаги, обычного клея и обычного принтера.

Четырехмерное мышление превратило черепные коробки участников в тессеракты: только динамику работы станка моделировали несколько дней.

Затем в несколько потоков создавали узлы и детали, 3D-принтер почти не останавливался, только успевай подвозить пластик. Параллельно готовили электронику, предвкушая упоительные часы настройки всех углов и скоростей, подготовили специальный отладочный режим. Однако вновь конец смены застиг проектантов за сборкой проекта. Теперь части станка ждут своей участи и новой школы.

Коллеги-программисты показали рабочий прототип фасовочного сервера, который позволял удаленно поставить задачу фасовщику, а мастер фасовки на клиентской стороне давал недвусмысленные подсказки оператору станка, выдавал напечатанные заготовки пакетов и общался с воображаемым станком по установленному протоколу на тему «все ли у нас хорошо, и на каком этапе цикла мы сейчас находимся».

Фасовка деталей

Фасовка деталей

Share Button

Нет комментариев.

Оставить комментарий

© 2014-2017 Занимательная робототехника, Гагарина Д.А., Гагарин А.С., Гагарин А.А. All rights reserved / Все права защищены. Копирование и воспроизведение в любой форме запрещено.
Наверх
Яндекс.Метрика