Робототехника

Министерство образования и науки Республики Саха (Якутия)

МБОУ «Туойдахская основная общеобразовательная школа»

МР «Сунтарский улус (район)» Республики Саха (Якутия)

Доклад

на тему «Модель оружия победы «Катюша» из конструктора

LEGO MINDSTORMS EV3»

Выполнил: ученик 4-го класса

Туойдахской ООШ, Ераскумов Никита

Руководитель: Антонов Аян Анатольевич, учитель информатики

с. Туойдах, 2022 г.

Введение

Актуальность: робототехника в школе представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети лучше понимают, когда что-либо самостоятельно создают или изобретают. Поэтому с интересом к оружию «Катюша», мы создали модель данной машины.

Цель работы:

- создать модель оружия победы «Катюша» по изученным материалом с помощью конструктора LEGO Mindstorms EV3.

Задачи:

- узнать о реактивных минометах «Катюша»;

- собрать материалы об истории создания «Катюша» и про её первый бой;

- изучить принцип строения и работы робота на основе конструктора Mindstorms EV3 и среду его программирования;

- по изученным материалам создать модель реактивного миномета «Катюша».

Оружие Победы «Катюша»

«Катю́ша» — появившееся во время Великой Отечественной войны 1941—1945 годов неофициальное название бесствольных систем полевой реактивной артиллерии (в первую очередь и первоначально — БМ-13, а впоследствии также БМ-8, БМ-31 и других). Такие установки активно использовались Рабоче-крестьянской Красной армией во время Второй мировой войны. Популярность прозвища оказалась столь большой, что «Катюшами» в разговорной речи стали нередко именовать и послевоенные РСЗО на автомобильных шасси, в частности БМ-14 и БМ-21 «Град». Впоследствии, по аналогии с «Катюшей», прозвище «Андрюша» было дано советскими бойцами и другой установке реактивной артиллерии БМ-31-12, но это прозвище не получило столь широкого распространения и популярности.

Ярким примером эффективности гвардейских минометных частей, а их основу составляли «Катюши», могут служить строки из воспоминаний маршала Жукова: «Реактивные снаряды своими действиями производили сплошное опустошение. Я смотрел районы, по которым велся обстрел, и увидел полное уничтожение оборонительных сооружений…».

Немцы разработали специальный план захвата нового советского оружия и боеприпасов к нему. Поздней осенью 1941 года им удалось это сделать. «Плененный» миномет был действительно «многоствольным» и выстреливал 16 реактивных мин. Его огневая мощь в несколько раз превосходила по эффективности миномет, стоявший на вооружении фашистской армии. Гитлеровским командованием было принято решение о создании равноценного оружия.

Немцы не сразу поняли, что захваченный ими советский миномет – это поистине уникальное явление, открывающее новую страницу в развитии артиллерии, эру реактивных систем залпового огня (РСЗО).

Надо отдать должное его создателям – ученым, инженерам, техникам и рабочим московского Реактивного научно-исследовательского института (РНИИ) и смежных предприятий: В. Аборенкову, В. Артемьеву, В. Бессонову, В. Галковскому, И. Гвай, И. Клейменову, А. Костикову, Г. Лангемаку, В. Лужину, А. Тихомирову, Л. Шварцу, Д. Шитову.

Главным отличием БМ-13 от аналогичного немецкого вооружения была необычайно смелая и неожиданная концепция: минометчики могли относительно неточными реактивными минами надежно поражать все цели заданного квадрата. Это достигалось именно благодаря залповому характеру огня, так как каждая точка обстреливаемой местности обязательно попадала в зону поражения какого-нибудь из снарядов. Немецкие конструкторы, осознав блистательное «ноу-хау» советских инженеров, решили воспроизвести если и не в виде копии, то с использованием главных технических идей.

Скопировать «Катюшу» как боевую машину было в принципе возможно. Непреодолимые трудности начались при попытке сконструировать, отработать и наладить массовое производство аналогичных реактивных снарядов. Оказалось, что немецкие пороха не могут сгорать в камере двигателя реактивного снаряда столь же стабильно и устойчиво, как советские. Спроектированные немцами аналоги советских боеприпасов вели себя непредсказуемо: либо вяло сходили с направляющих, чтобы тут же упасть на землю, либо с бешеной скоростью начинали полет и взрывались в воздухе от чрезмерного повышения давления внутри камеры. Исправно долетали до цели считанные единицы.

В то время, когда на советских заводах по готовым чертежам небывалыми темпами развертывалось и буквально ежедневно наращивалось производство гвардейских реактивных минометов и снарядов к ним, немцам только еще предстояло вести исследовательские и проектные работы по РСЗО. Но на это история им времени уже не отпустила.

История создание катюши

В марте 1941 года были успешно проведены полигонные испытания установок. Реактивный снаряд РС-132 калибра 132 мм и пусковая установка на базе грузового автомобиля ЗИС-6 БМ-13 были приняты на вооружение 21 июня 1941 года; именно этот тип боевых машин и получил впервые прозвища «Катюша».

В 1929-33 г. Б. С. Петропавловский при участии Г. Э. Лангемака, Е. С. Петрова, И. Т. Клейменова и др. в ГДЛ проводили разработку и официальные испытания реактивных снарядов различных калибров – прототипов снарядов для «Катюши».

Для их запуска использовали многозарядные авиационные и однозарядные наземные пусковые станки.

Первый бой «Катюши»

"Катюша" - народное название боевых машин во время Великой Отечественной войны. "Катюша" стала первой отечественной мобильной многозарядной реактивной системой залпового огня (РСЗО), которая включала в себя реактивные снаряды (РС), пусковые установки (ПУ), приборы управления стрельбой и транспортные средства.

14 июля 1941 года. В направлении белорусской железнодорожной станции Орша двигается автоколонна советских войск. В составе колонны семь необычных грузовиков. Они везут на место испытаний новое, невиданное ранее оружие. Даже командир батареи не знает о его реальных возможностях и масштабе применения.

Станция Орша. Германские войска готовятся к удару по Смоленску. В три часа дня 14 июля 1941 года на немецкие части обрушился огненный смерч. За 15 секунд было выпущено 112 реактивных снарядов. Они уничтожили полностью станцию Орша вместе с техникой и живой силой врага.

Это был первый в истории боевой залп "Катюши" - самой мощной машины реактивной артиллерии Второй мировой войны.

После первого применения "Катюш" Гитлер вызвал на ковер начальника военной разведки адмирала Канариса и устроил ему форменный разнос. Абвер проспал разработку новейшего советского оружия. К тому же, по поступающим данным, русские используют снаряды с белым фосфором, который может гореть даже под водой.

Создание модели «Катюша» по изученным материалам

Для работы нам потребовалось: один набор LEGO MINDSTORMS EV3.

LEGO MINDSTORMS — конструктор для создания программируемого робота. В 2013 году в свет вышла модель LEGO MINDSTORMS EV3.

Помимо обычных деталей LEGO (балки, оси, пластины, и прочее) в набор EV3 входят: • встроенные в моторы датчики вращения и ультразвуковой датчик; • датчик цвета, гироскопический датчик и два датчика касаний; • инфракрасный датчик; • перезаряжаемая аккумуляторная батарея; • три электро серво мотора; • соединительные кабеля; • USB-кабель.        

При создании робота и программы для него, необходимо понимать суть работы каждого датчика, т.к. данные знания дадут возможность правильно рассчитывать траекторию движения робота, его функциональность и т.д. Рассмотрим некоторые из них.

Главный элемент конструктора – это микрокомпьютер (микропроцессор) EV3, он является «мозгом» робота MINDSTORMS, который позволяет роботу MINDSTORMS ожить и осуществлять различные действия. Микрокомпьютер (микропроцессор) EV3 содержит в себе: процессор, FLASH память (16 мегабайт), операционную систему Linux и многое другое. Контролирует моторы и собирает данные с датчиков.

Одним из важнейших элементов конструктора является сервомотор. Данный элемент создан для работы с микрокомпьютером EV3 и имеет встроенный датчик вращения, благодаря которому мотор может соединяться с другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью.

 Информацию об окружающем мире робот LEGO MINDSTORMS EV3 получает от нескольких датчиков: ультразвукового, датчика касания и датчика, позволяющего распознавать цвета. 

Ультразвуковой датчик EV3 позволяет измерять расстояние до объектов. 

 Датчик касания позволяет роботу реагировать на касания, распознает три ситуации: прикосновение, щелчок и освобождение. Также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных.

Датчик цвета дает возможность роботу определять цвет поднесенного к нему предмета, измеряет степень освещенности, рассеянный свет и отраженный свет.

Разобравшись с деталями LEGO MINDSTORMS EV3, рассмотрим его программное обеспечение (ПО). ПО MINDSTORMS EV3 основано на LabVIEW, графическом языке программирования, которым пользуются ученые и инженеры по всему миру. ПО предоставляет возможность перетаскивать и размещать командные блоки. Таким образом, чтобы писать программы, следует размещать блоки функциональности на схеме. В зависимости от типа блока, каждый блок может быть сконфигурирован. Например, «Средний Мотор» имеет 5 режимов работы: выключить, включить и вращать, включить в течение определенного количества секунд, включить и повернуть на определенный градус, включить и повернуть фиксированное число раз.

Есть широкий спектр программных блоков на выбор. Они сгруппированы в шесть категорий: действие (зеленый), управление потоком (оранжевый), датчики (желтый), операции над данными (красный), дополнительные (синий), мои Блоки (циановый).

Интуитивно понятный интерфейс позволяет сначала создавать простые программы, а затем продуктивно развивать свои навыки программирования, делая возможным создание сложных многоуровневых программ и проведения различной экспериментальной работы.

Для нашей модели использовались такие детали как: «Мозг» робота, 2 больших мотора, 1 средний мотор, 1 датчик цвета, аккумуляторная батарея для робота, более двухсот деталей конструктора и USB – кабель.

Создание робота на основе конструктора Mindstorms EV3 было разделено на несколько этапов:

1. Составление задачи: какие действия должен выполнить робот;

2. Сборка робота;

3. Программирование робота на ПК согласно условиям задачи;

4. Проверка проделанной работы.

Экспериментируя с задачами для своего робота и изучая среду программирования, мы пришли к тому, что наш робот будет ходить по черной линии, поднимать и опускать ракетницу.

Поскольку собирать конструкторы LEGO – это мое хобби с раннего детства, то на первом этапе (конструирование основу машины) сложностей для меня не возникло. Однако при дальнейшей работе с роботом, конструкцию пришлось существенно дорабатывать, т.к. не позволяла выполнить все условия поставленной мной задачи.

На этапе программирования робота в среде LEGO MINDSTORMS EV3 на ПК начинается самое интересное.

Для осуществления поставленной задачи потребовалось использовать метод исследования «эксперимент» изучить множество материала, составить большое количество элементарных программ для выполнения роботом несложных действий. После этого мне стало ясно – для того чтобы робот был способен выполнить весь комплекс действий, согласно поставленной мной задаче, нужно прописать в программе всю цепочку действий, каждый шаг, каждое движение! В итоге получилась следующая программа.

Органично сконструированная роботизированная «Катюша», после загруженной в неё программы, выполнила все действия, согласно изложенным условиям: «машинка» двигалась и выполняет различные действия. Я считаю, что достиг своей цели исследовательской работы.

Выводы

Таким образом, занимаясь исследовательской работой по данной теме, мы узнали, что во время Великой Отечественной войны применялось самое совершенное оружие – реактивные миномёты - «Катюша»

В марте 1941 года были успешно проведены полигонные испытания установок. Реактивный снаряд РС-132 калибра 132 мм и пусковая установка на базе грузового автомобиля ЗИС-6 БМ-13 были приняты на вооружение 21 июня 1941 года; именно этот тип боевых машин и получил впервые прозвища «Катюша».

В три часа дня 14 июля 1941 года на немецкие части обрушился огненный смерч. За 15 секунд было выпущено 112 реактивных снарядов. Они уничтожили полностью станцию Орша вместе с техникой и живой силой врага.

Это был первый в истории боевой залп "Катюша" - самой мощной машины реактивной артиллерии Второй мировой войны.

После изучения реактивного миномета «Катюша», мы смастерили модель данного автомобиля. Для этого мы изучили, познакомились с конструктором LEGO MINDSTORMS EV3. Lego Education Mindstorms EV3 — образовательная робототехническая платформа, разработанная специально для учебных заведений. С помощью неё ученик сможет уже за первое занятие создать своего первого робота.

Разделив работу на этапы, я смог достичь поставленной цели. Со своим руководителем, мы создали двигающегося по черной линии машину и двигает (поднимает, опускает) ракетницу.

В заключение хочу сказать, что я очень рад, что у меня получилось собрать и запрограммировать «машинку», процесс был интересный и увлекательный, кроме того я узнал много нового.        

Использованные источники

1. Катюша (оружие) -http://wikipedia.ru/
2. Боевые реактивные пусковые установки "Катюши"- http://ria.ru/
3. Катюша - http://opoccuu.com/avto-katusha.htm 
4. Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3 [Текст]: учеб. пособие / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий - 2-е изд., перераб. и доп. – Москва.: Изд-во «Перо», 2016. – 300 с.
5. Mindstorms EV3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.lego.com/ru-ru/mindstorms / (дата обращения 10.10.2016)