Кружок робототехника "Детальки"
проект по конструированию, ручному труду (подготовительная группа)

МАДОУ № 8 «ЖУРАВЛЕНОК»

Г. ЮЖНО-САХАЛИНСКА

Команда «ДЕТАЛЬКИ»

Наш девиз: «Детальки  вращаются,  в роботов превращаются!»

ПРОЕКТ

 Модель робота планетоход-бурильщик  «Южный».

                                                                                          Подготовили:

                                                                                          Ковалева И.В.

                                                                                          Каргин Артем

                                                                                           Евсеев Витя

                                                                                          Агафонов Дима

2020г.

Содержание

1. Введение ……………………………………………………………….… 3
2. Теоретическое обоснование ………………………………..…………………………6

1. Что такое планетоход…………………………….............................6
2. Запущенные планетоходы ……………………………………………8
3. Устройство и принцип действия планетоходов.……………………9

III. Практическая значимость…………………………………..……………….12

1. Конструирование модели робота планетоход – бурильщик «Южный»………………………………………………………………….12
2. Программирование модели робота планетоход – бурильщик «Южный»……………………….…………………………………….……13

IV. Заключение………………………………………………………………….14

Космическая индустрия – это будущее

1. Введение

Выбрали эту тему, потому что очень важно знать, что делали ученые, исследователи, конструкторы, изобретатели, космонавты прошлых лет, какие исследования проводили, каких результатов смогли достичь.

Несмотря на то, что мы живем в эпоху научно-технического прогресса и совершенно спокойно воспринимаем полеты человека в космос, научные открытия, производимые автоматическими космическими аппаратами. Всегда было интересно узнать: «Как же все начиналось?»  Ведь с самой древности человек мечтал оторваться от Земли и достичь высот, узнать, есть ли жизнь на других планетах, изучить их рельеф, состав почв. Решению этих проблем способствовало создание космических кораблей, спутников, аппаратов.

ХХ век стал веком начала космической эры человечества. Благодаря космонавтике человек осознанно подошел к освоению планет и спутников солнечной системы. В 1959 г. был впервые доставлен лунный грунт на Землю, а в 1969 г. люди ступили на поверхность Луны.

На Луне и планетах, лишенных атмосферы, людям понадобились особые транспортные средства – планетоходы. Научные исследования с помощью планетоходов могут выполняться как с присутствием человека на борту, так и без него.

Актуальность данной темы заключается в том, что необходима пропаганда достижений мировой и отечественной космонавтики, а также в создании усовершенствованных модели планетоходов, которые будут способны изучать другие планеты на предмет полезности использования, а также использование его на земле в научных и исследовательских целях.

 Планетохо́д — аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты. Существуют  транспортные планетоходы для передвижения членов экипажа космической экспедиции, исследовательские — которыми управляют  роботы.

 Цель проекта: создание модели  робота планетоход - бурильщик «Южный» из UARO – конструктора,  для изучения других планет, а также использование его на земле в научных и исследовательских целях.

Из цели вытекают конкретные задачи данной работы:

1) Изучить историю планетоходов.

2) Узнать устройство и принцип действия планетоходов.

3) Сконструировать модель планетохода - бурильщика «Южный», используя конструктор UARO.

4) Запрограммировать созданную модель, протестировать датчик.

Новизна проекта заключается в том, что планетоход, оборудованный бурильной установкой, рука-бур, позволяет определять состав планетных пород, можно будет использовать для поиска полезных ископаемых на планетах и на земле.

Гипотеза: создание модели планетохода – бурильщика «Южный», отвечающей требованиям современного технического развития космического транспорта для проведения исследований на поверхности планет и других небесных тел в различных климатических условиях при гравитации, отличной от земной.

Теоретическая значимость проектной работы заключается в том, что созданная модель планетохода – бурильщика «Южный» с помощью конструктора UARO позволит расширить представление детей об использовании UARO-конструктора в процессе организации образовательной деятельности.

Практическая значимость проектной работы состоит в том, что его можно использовать в образовательных целях для знакомства детей с космическим транспортом.

При написании работы использовались следующие методы: эксперимент, сопоставление, анализ, фотографирование.

Предполагаемый результат:

Модель робота планетохода – бурильщика «Южный»  должен двигаться при помощи  электро-моторов, расположенных в задней  ведущей колесной паре. Вторая  пара колес, расположенных в передней  части  робота, будут ведомыми.

В роботе необходимо установить датчик, который будет отвечать за выполнение  определенных  задач.

Структура работы

Работа состоит из «Введения», «Теоретической обоснованности», «Практической значимости», «Заключения», «Списка использованной литературы».

II. Теоретическое обоснование

2.1. Что такое планетоход

Планетоход — это космический аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности планеты или небесного тела. Некоторые планетоходы были сконструированы для перемещения членов экипажа космической экспедиции, другие — были исследовательскими аппаратами, дистанционно управляемыми роботами.

Планетоходы доставляются на поверхность исследуемого небесного тела при помощи посадочных модулей, которые могут являться как самостоятельными космическими аппаратами, так и отделяемыми спускаемыми аппаратами.

Все когда-либо использовавшиеся в космосе планетоходы были либо исследовательскими, либо транспортными.

Исследовательские планетоходы предназначены для проведения научных исследований небесного тела. Такие планетоходы могут быть дистанционно управляемыми или частично автономными или полностью автономными.

Транспортные планетоходы предназначены для перемещения космонавтов и грузов. Такие планетоходы с экипажем на борту управляются непосредственно космонавтами или являются дистанционно управляемыми или частично автономными или полностью автономными.

Планетоходы обладают несколькими преимуществами перед неподвижными аппаратами: они обследуют большую территорию, могут уже в процессе работы направляться для исследования заинтересовавших учёных объектов, способны менять положение относительно Солнца, чтобы эффективно использовать солнечные батареи в зимний период. Кроме того, подобные аппараты вносят вклад в развитие систем дистанционного управления подвижными роботами.

Следует ожидать, что в будущем будут созданы также и обитаемые планетоходы с герметичной кабиной, в которых будут создаваться нормальные климатические условия для существования человека в течение длительного времени. 

Размеры, масса и сложность устройства планетохода зависят от объема выполняемых работ, срока службы и от возможности пребывания на нем человека.

В задачу транспортных планетоходов входит перевозка космонавтов и грузов на различные расстояния. Целевым назначением подобных перевозок может быть, например, спасение экипажа потерявшего подвижность исследовательского планетохода, доставка космонавтов к месту проведения исследовательских работ на незначительном удалении от стационарного аппарата, расстановка автономных стационарных приборов или радиомаяков, перевозка грузов, доставленных транспортным космическим кораблем на базы, буксировка специализированных машин, прицепов, передвижных убежищ.

Создатели планетоходов

 Кемурджиан А.Л., советский инженер-конструктор, организовал группу конструкторов в ВНИИ трансмаш, заложил основы проектирования планетоходов как робототехнических транспортных машин космического назначения. В 1992 году поддержал создание Научно-технического закрытого акционерного общества «Ровер» (ныне ЗАО «НТЦ „Ровер“ им. А.Л. Кемурджиана»).

Компания «Боинг» вместе с субподрядчиком — лабораторией военных исследований компании GeneralMotors, выпустившая четыре лунных автомобиля для программы «Аполлон» и несколько их моделей.

Стивен Сквайрес, профессор Корнеллского университета и руководимая им команда — создатели марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити».

2. Запущенные планетоходы

Первый планетоход «Луноход-1»  был доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года автоматической межпланетной станцией Луна-17. Предназначался для изучения особенностей лунной поверхности, радиоактивного и рентгеновского космического излучения на Луне, химического состава и свойств грунта. Успешно проработал до 14 сентября 1971 года, после чего вышел из строя. За время нахождения на поверхности Луны проехал 10 540 м, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий.

Лунные автомобили — это планетоходы, использовавшиеся на Луне в рамках программы  «Аполлон» для обеспечения большей подвижности экипажей экспедиций Аполлон-15 (прилунение состоялось 30 июля 1971 г.), Аполлон-16 (прилунение состоялось 21 апреля 1972 г.) и Аполлон-17 (прилунение состоялось 11 декабря 1972 г.)

Вездеходы значительно расширили доступную для астронавтов площадь лунной поверхности. Ранее астронавты могли перемещаться на Луне лишь непосредственно вокруг места посадки из-за сковывавших их скафандров и других приборов жизнеобеспечения. Пользуясь же вездеходом, можно было развивать скорость до 13 км/ч.

Модель «Лунохода-2» второй советский лунный дистанционно-управляемый вездеход был доставлен на поверхность Луны 16 января 1973 года автоматической межпланетной станцией Луна-21. Он был предназначен для изучения механических свойств лунной поверхности, фотосъёмки и телесъёмки Луны, проведения экспериментов с наземным лазерным дальномером, наблюдений за солнечным излучением и других исследований. Аппарат проработал около четырёх месяцев, за это время было проведено 60 сеансов радиосвязи, получено 86 панорам и более 80 тысяч телевизионных снимков лунной поверхности. Были также получены стереоскопические изображения наиболее интересных особенностей лунного рельефа, позволившие провести детальное изучение её строения.

«Прибор оценки проходимости – Марс» (ПрОП-М) — название двух советских марсоходов, которые стали первыми планетоходами, достигшими поверхности Марса, однако так и не начали работу.

Среди других запущенных планетоходов они выделялись прежде всего своей системой передвижения: перемещаться марсоходы должны были при помощи двух шагающих «лыж», размещенных по бокам. Такая система была выбрана из-за отсутствия сведений о поверхности Марса.

Марсоход «Соджонер» являлся частью аппарата «Марс Патфайндер»,совершившего посадку на Марсе 4 июля 1997 года. Первый работающий марсоход. За время своей работы, продолжавшейся до 27 сентября 1997 года, этот небольшой марсоход сделал и передал 550 фотографий и более 15 раз провел химический анализ марсианских камней и грунта.

Луноход «Юйту» Китайской Народной Республики был доставлен на Луну аппаратом «Чанъэ-3», совершившим прилунение 14 декабря 2013 года. Луноход проехал несколько десятков метров, однако затем его двигательная система перестала действовать, и далее он работал лишь в качестве стационарного лунного модуля.

3. Устройство и принцип действия планетоходов

Планетоход  должен обладать стойкостью к перегрузкам, низким и высоким температурам, пылевому загрязнению, химической коррозии, космическому излучению, сохраняя работоспособность без ремонтных работ в течение необходимого для выполнения исследований времени.

В конструкции планетоходов и при их укладке уделяется внимание экономии пространства. Устанавливаются средства развертывания планетохода в рабочее положение и отделения от посадочного модуля.

Основа конструкции планетохода — его движитель. Гусеничные и колесные движители достаточно известны. Менее известны шагающие движители, хотя в наземной практике такой принцип используется. Шагающему способу передвижения уделяется много внимания в поисково-исследовательских работах.

Гусенично-модульные представляют собой движители, подобные овальному колесу. Практически это два колеса, обтянутые гусеницей. Одно из них — мотор-колесо. Гусеничные модули могут быть легко заменены на колеса при простой перевозке.  

Колесно-шагающие движители в основном работают в режиме колесного качения. На трудных участках, когда движение происходит на подъем по сыпучему грунту, передние колеса, вращаясь, одновременно выдвигаются вперед, затем к ним подтягиваются остальные колеса. Проходимость аппарата с колесно-шагающим движителем значительно повышается.

«В планетоходах информационная система — та основа, без которой невозможно осуществлять движение по поверхности планеты. При проектировании планетоходов главной проблемой становится соединение на его борту систем, получающих информацию, и систем, ее обрабатывающих».

 Наиболее серьезный объект получения информации — рельеф местности. Проработаны три способа получения информации о рельефе: механический, локационный и телевизионный.

Механическая система оценки профильной проходимости основывается на принципе осязания. Для опытной оценки такой системы был сделан ее экспериментальный образец, в котором корпус планетохода окружили «системой чувствительных контактных датчиков». Такая система называется сенсорной (или тактильной).

Давно назревала идея использовать «телевизионное зрение». Но главной трудностью оказывалась обработка телевизионного сигнала. Без человека анализировать телевизионное изображение «позволяет стереоскопический триангуляционный, метод с использованием ЭВМ в качестве эксперта-анализатора. Математическая модель этого способа позволяет определить координаты местности по изображениям от двух телекамер. ЭВМ помогает произвести быстрые расчеты. Успех работы во многом зависит и от искусства программиста. Скорее всего, именно телевизионное зрение станет одним из главных методов распознавания рельефа местности.

Таким образом, планетоходы можно охарактеризовать как транспортное средство, преимущественно высокой проходимости, приспособленное для доставки к месту эксплуатации космическими кораблями и предназначенное для работы на поверхности планет, их естественных спутников и других небесных тел в  специфических климатических условиях при гравитации, отличающейся от земной, а также при условии ограниченного объема либо полного отсутствия ремонтно-регламентных работ.

Кажется, еще совсем недавно мы восхищались нашими «Луноходами», а сегодня уже можно даже классифицировать аппараты, которые проектируются для дальнейшего освоения Луны и планет.

Высокие технологии, последние научные разработки, опыт предыдущих экспериментов позволяют создавать все более и более совершенные устройства для освоения космоса.

3. Практическая значимость

3.1. Конструирование модели робота

планетоход - бурильщик «Южный»

Мы долго думали, как быть, чтоб цель поставленную нам достичь? В книгах о космосе мы узнали  на вопросы: «Что это такое?», «Почему?», «Для чего нужен?», ответы  искали в интернете с родителями.  Планетоходы имеют сложное строение. Существуют различные приспособления, помогающие планетоходам в освоении других планет.

Нами была создана  модель робота планетоход - бурильщик «Южный»  для взятия проб образцов минералов и горных пород. Сборка и программирование робота осуществлялась на основе конструктора  UARO (уаро). Он оборудован двумя мачтовыми видеокамерами с инфракрасными излучателями. (Метеорологический) Датчик - погоды позволяет отслеживать состояние погоды на изучаемой планете. Рука-бур, позволяет определять состав планетных пород. Импульсный излучатель позволяет найти воду. Специальный захват собирает образцы минералов и горных пород, затем в капсулу набирается образец пород. В капсуле производится анализ этих пород, после вся  информация  при помощи спутниковой антенны передается на землю. Солнечные панели питают планетоход энергией. В итоге, если сделать нашу модель большого размера, то она сможет помочь ученым исследовать состав минералов и горных пород на планетах.

Для выполнения творческого проекта «Планетоход – бурильщик Южный» понадобилось следующее оборудование:

• основной и базовый набор конструктора UARO;
• программное обеспечение UARO.

Для сборки  конструкции были использованы следующие детали:

• рамы, изогнутые рамы;
• батарейный отсек;
• блок батарей;
• ЦП;
• беспроводное дистанционное устройство(пульт);
• LED;
• плата дистанционного приемника;
• датчики;
• кабина;
• электромоторы;
• колеса;
• гайки, поворотные гайки и болты;

Сборка модели

Конструкция модели состоит из корпуса, который оснащен четырьмя  колесами для движение  модели.  Посередине  борта корпуса размещен рука- бур, который вращается при помощи электромотора. Присутствует антенна для связи аппарата с центром управления на Земле. В передней части корпуса размещено отделение управления аппаратом, на котором размещен датчик, с помощью которого робот может видеть окружающею среду и при необходимости вовремя остановится. Он способен двигаться в разные стороны, что способствует лучшему восприятию окружающей среды.

Для приведения модели в движения используется беспроводное дистанционное устройство (пульт), подведенное к электромоторам. При помощи  электромотора  происходит вращение ведущей колес, которые в свою очередь приводят в движение ведомые колеса, расположенные спереди.

3.2.  Программирование модели  робота

планетоход - бурильщик «Южный».

С помощью беспроводного устройства дистанционного управления мы можем управлять моделью роботами планетоход – бурильщик «Южный» на расстоянии.

На плату дистанционного приемника поступают сигналы дистанционного управления роботом.  Для управления роботом  мы подключили  ее к ЦП. Плата ЦП выполняет функцию мозга Робота, и через нее вы можете подключать LED, плату ресивера, плату мелодий, а также датчики к ЦП

Таким образом, используя конструктор UARO,смогли создать уникальный планетоход – бурильщик «Южный», оборудованный рукой - буром, антеннами, отделением управления. Модель робота оснащена действующим механизмом, при помощи которого робот перемещается по поверхности. Он оборудован двумя мачтовыми видеокамерами с инфракрасными излучателями. (Метеорологический) Датчик - погоды позволяет отслеживать состояние погоды на изучаемой планете. Рука-бур, позволяет определять состав планетных пород. Импульсный излучатель позволяет найти воду.

4. Заключение

Мечта о далеких бескрайних просторах Вселенной будоражит сознание обычных людей и стимулирует ученых к рождению новых идей и разработок в космической индустрии.

Закончив работу по данному проекту, можем с уверенность сказать, что удалось реализовать поставленные задачи. Используя конструктор UARO , удалось создать планетоход-бурильщик «Южный» и оборудовать его рукой - буром, антеннами, подвижной кабиной.  Выполнить  действующий механизм, при помощи которого модель перемещается по поверхности.

Планетоходы - это лишь инструмент "в руках" людей для будущих открытий. Мы побывали на Луне, не за горами покорение Марса и других неизведанных планет.

.