Управляемый робот с дистанционным видеонаблюдением

Слайд 1

Управляемый робот с дистанционным видеонаблюдением. УРДВн-1. Выполнили : Асмус Тимофей Денисович, Дзяткевич Ярослав Владимирович, ученики 9 класса Руководитель : Образцов Евгений Витальевич, учитель информатики и ИКТ, физики г. Хабаровск 2016 Секция технологии

Слайд 2

Введение " С игрушек начинаются большие проекты " В современном обществе идет активное внедрение роботов в нашу жизнь, они заменяют очень многие процессы: робот ˗ игрушка, робот – сиделка, робот – нянечка, робот – домработница, робот ˗ пылесос и т.д. Робототехника входит в тройку наиболее перспективных направлений техники и технологии. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология, космос и т.д. Специалисты обладающие знаниями в этой области сильно востребованы и вопрос внедрения робототехники в учебный процесс начиная с начальной школы актуален. Если ребенок интересуется этим с самого младшего возраста, он может открыть для себя новый удивительный мир, и в будущем, возможно, свяжет свою профессиональную деятельность с робототехникой.

Слайд 3

Технологии в жизни Образовательная робототехника – новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная с младшего школьного возраста. Робототехника позволяет заинтересовать учащихся, использовать групповые методы обучения, разнообразить учебную деятельность. Использование этой технологии обучения позволит существенно улучшить навыки учащихся в таких дисциплинах как математика, физика, информатика, технология.

Слайд 4

Постановка задачи. Мы решили разработать управляемого робота с дистанционным видеонаблюдением. Управление осуществляется по Bluetooth каналу с Android смартфона . Действующая модель робота может получить широкое практическое применение для обследования помещений без сопровождения человека. Он может работать в условиях, неблагоприятных для людей. Робот может использоваться для помощи военным, полиции и МЧС, для проведения лабораторных и исследовательских работ. Имеется возможность расширения функционала путем подключения дополнительных датчиков и исполнительных устройств, например датчики огня и дыма, датчики газа, лазерный целеуказатель и пр.

Слайд 5

Ц е ль и т ребования к роботу Создать управляемого робота с дистанционным видеонаблюдением, аналогичного существующим устройствам. - не дорогой и несложный в исполнении; - устойчивый, маневренный и надежный; - на автономном источнике энергии; - с простым программным обеспечением; - с возможностью управления на расстоянии.

Слайд 6

Задачи 1.Разработать и собрать недорогого робота. 2.Спроектировать , спаять, настроить электронную схему и добиться работоспособности системы. 3.Написать программу, протестировать её и внести необходимые изменения. 4.Испытать поведение и управляемость робота. 5.Внести необходимые конструктивные и программные изменения и настройки, по результатам испытаний. 6.Рассмотреть варианты дальнейшей модернизации и области применения данных систем.

Слайд 7

Экологическая безопасность и Описание устройства Материалы, применяющиеся для изготовления робота, являются практически безопасными для человека. При работе машина не выделяет вредных веществ (выхлопов), т.к. используются электрические аккумуляторные элементы питания. Внешний вид робота.

Слайд 8

Технические характеристики - Скорость движения - до 5 км/ч (скорость можно изменять). - Непрерывность работы блока аккумуляторов - до 1 часа. - Дальность управления оператором - до 30 м. - Все функции робота управляются платформой Arduino Pro Mini . Оборудован беспроводной камерой видеонаблюдения, изображение выводится на экран монитора оператора . - Угол поворота камеры по горизонтали - 180˚. - Угол поворота камеры по вертикали - 100˚. - Используемый стандарт видео - PAL . - Частота, на которой передается видео - 1,2 ГГц

Слайд 9

Основные модули конструкции робота. 1 . Ходовая часть и устройство поворота камеры ; 2. Электронная схема; 3. Система видеонаблюдения; 4. Блок питания из 4-х АА Li - ion аккумуляторов ; 5 . П рограммное обеспечение;

Слайд 10

1. Ходовая часть и у стройство поворота камеры В качестве ходовой части использовали гусеничное шасси от игрушечного танка. Обладает независимым приводом правой и левой гусениц, что придает высокую маневренность, проходимость и устойчивость. Недостатки - низкая скорость. В интернет магазине купили поворотное устройство по двум осям и 2 серводвигателя SG -90. Это достаточно простое и компактное решение, но имеет один недостаток - конструкция сделана из пластика и выглядит не очень надежно . Гусеничное шасси Поворотное устройство

Слайд 11

2. Электронная схема Электронная составляющая собрана на базе Arduino Pro Mini . Для подключения всех компонентов и согласования их работы была разработана электрическая схема и собрана плата, на которой разместились все электронные устройства: стабилизатор напряжения на 5В, Arduino Pro Mini , модуль Bluetooth HC -06, драйвер двигателей L 293 DNE , инвертор HC 7400 D , а так же гребенки для подключения внешних устройств. Данная схема позволяет подключить 2 коллекторных мотора, 4 сервопривода и множество цифровых и аналоговых датчиков .

Слайд 12

3. Система видеонаблюдения Видеонаблюдение организовано с помощью беспроводной видеокамеры с автономным питанием от батареи "Крона" 9В и ресивера принимающего видеосигнал и передающего его в телевизор через кабель SCART или AV "тюльпан". Характеристики системы видеонаблюдения: - стандарт видео - PAL ; - разрешение - 380 TV Lines ; - частота передатчика - 1,2 GHz ; - мощность передатчика - 200 mW ; - дальность передачи - 30-50 м.

Слайд 13

4 . Блок питания из 4-х АА Li - ion аккумуляторов и его схема Система обеспечения питания устройства состоит из двух независимых блоков - блок питания схемы робота и его ходовой части, и блок питания беспроводной видеокамеры. Первый блок состоит из 4-х Li - ion АА аккумуляторов соединенных параллельно-последовательным способом, что обеспечивает питание схемы напряжением 7,4 В и обладающие повышенной ёмкостью (рис.1). Для питания видеокамеры применяется батарея "Крона" на 9 В.

Слайд 14

5 . Программное обеспечение За основу программного кода для Arduino взята программа с сайта для управления игрушечным автомобилем с помощью смартфона. Программа была в значительной степени переработана и адаптирована под реализацию задуманных целей. Скетч работает по следующей схеме: - устанавливает связь с Android устройством по Bluetooth каналу; - ожидает прием данных со смартфона; принимает данные в виде кода символа; выполняет команду в соответствии с кодом. Начало i=0 Упр. шасси Упр. камерой

Слайд 15

№ п/п Характеристика (+/-) Возможное улучшение (модификация) 1 - Низкая скорость движения Увеличение напряжения на моторах 2 - Ненадежность поворотного механизма видеокамеры Использовать поворотный механизм из металла 3 - Сильное затухание сигнала видеокамеры через толстые стены Использование системы с более мощными характеристиками 4 - Дальность управления роботом составила до 30 м Использование системы управления по радиоканалу без смартфона. 5 + Высокая проходимость 6 + Высокая маневренность 7 + Большая продолжительность работы до 1 часа 8 + Большой обзор видеонаблюдения по горизонтали 200˚, по вертикали 120˚ 9 + Удобство настройки и управления Создание ДУ управления по радиоканалу. Появится возможность одновременного управления и камерой и движением. Таблица 1. Характеристики робота и возможные пути улучшения.

Слайд 16

Варианты дальнейшей модернизации и области применения данных систем 1 . Оснащение солнечной батареей обеспечит большую независимость робота от подзарядки. 2. Применение камеры ночного видения даст возможность вести наблюдение в условиях малой освещённости или в отсутствии таковой. 3. Установка датчиков огня и задымленности поможет обнаруживать источники возгорания. 4. Установка детектора газа позволит обнаружить утечку газа в помещении. Однако использование этого робота в загазованном помещении небезопасно, так как при работе коллекторного двигателя происходит искрение контактов и может спровоцировать взрыв. 5. Дополнение поворотного механизма лазерным целеуказателем позволит "подсвечивать" объекты. 6. Использование радиочастотного пульта управления значительно увеличит дальность и удобство управления. 7. Применение устройства записи видео необходимо для хранения и анализа полученных видеофрагментов.

Слайд 17

На основании полученных данных о возможностях данной конструкции, предложены следующие области применения подобных роботов 1 . В помощь МЧС: обнаружение источников возгорания, поиск людей в помещениях. 2. В помощь полиции: обследование помещений при захвате заложников, наблюдение за подозрительными предметами, контроль общей обстановки в многолюдных местах. 3. В помощь военным: контроль общей ситуации, "подсвечивание" лазерным целеуказателем объектов для уничтожения. 4. Обследование внутренней поверхности трубопроводов, на предмет различных дефектов; 5. Исследование планет.

Слайд 18

P.S. В процессе создания робота и написания данного проекта, была замечена весьма любопытная вещь. Дело в том, что этот робот третий, из собранных нами. И от первого до последнего прослеживается своеобразная "эволюция". Первый способен определять направление освещения и двигаться в сторону источника света (примитивные организмы, фототаксис), второй имеет систему фотодатчиков расположенных определенным образом (фасеточный глаз насекомого) и способен поворачивать "глаз" за объектом и двигаться за ним, и третий оснащен полноценной камерой (сложный глаз высших организмов). Таким образом, даже не помышляя об этом, мы как бы воспроизвели эволюционные преобразования, происходящие в природе .

Слайд 19

"Эволюция роботов ". Фото 1. Первый робот, определяет направление света и движется к нему

Слайд 20

Фото 2. Второй робот-игрушка "Щенок". Поворачивает "фасеточный глаз" к объекту и следует за ним.

Слайд 21

Фото 3. Третий робот УРДВн-1. Осуществляет полноценное видеонаблюдение.

Слайд 22

Заключение Весь процесс создания робота, от идеи до её воплощения – очень увлекательное занятие. В процессе работы над конструкцией, мы узнали много нового и приобрели дополнительные навыки, такие как паяние, использование измерительных приборов, расчет необходимых номиналов сопротивлений, чтение электронных схем, моделирование и пр. Расширили свой кругозор в таких областях науки как физика, информатика, биология, технология, радиоэлектроника. Не всё шло гладко, особую трудность доставило написание программы для согласованного действия всех узлов и агрегатов, но всё было преодолено и реализовано в таком удивительном устройстве. В целом поставленная цель реализована и результатом работы более чем удовлетворены. В планах создание робота-пожарного, робота-сапера, автономного робота-разведчика.

Слайд 23

Список литературы 1. Бишоп О. «Настольная книга разработчика роботов» – М: МК-Пресс, Корона-Век, 2010 2. Гололобов В.Н. «С чего начинаются роботы. О проекте Arduino для школьников (и не только)» - Интернет издание, 2011 3. Ньютон Б. «Создание роботов в домашних условиях» – М: НТ Пресс, 2007 4. Предко М. «123 эксперимента по робототехнике» – М: НТ Пресс, 2007 Интернет-ресурсы 1. http://kpolyakov.spb.ru/school/robotics/robotics.htm 2. http://www.ardumotive.com/bluetooth-rc-car.html 3. http://arduino.ru 4. http://www.robotics.ru/ 5. http://www.prorobot.ru/

Слайд 24

Спасибо за внимание!