Разработка автономного робота на базе Arduino Uno для создания изображений | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Юный учёный №4 (67) апрель 2023 г.

Дата публикации: 07.04.2023

Статья просмотрена: 136 раз

Библиографическое описание:

Гулькин, А. В. Разработка автономного робота на базе Arduino Uno для создания изображений / А. В. Гулькин, О. С. Склез. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2023. — № 4.1 (67.1). — С. 8-11. — URL: https://moluch.ru/young/archive/67/3605/ (дата обращения: 19.12.2024).



Разработка автономного робота на базе Arduino Uno для создания изображений

Гулькин Арсений Викторович, учащийся 11-го класса

ГБОУ СОШ № 8 «ОЦ» г. Новокуйбышевска (Самарская обл.)

Научный руководитель: Склез Оксана Сергеевна, методист

Центр технического творчества детей «НОВАпарк» (г. Новокуйбышевск, Самарская обл.)

В статье описывается процесс создания автономного робота-рисовальщика для создания сложных изображений.

Ключевые слова: робот-художник, робототехника, G-code, Arduino Uno.

Роботизация и автоматизация затронут все секторы экономики. Новые технологии и глобализирующиеся рынки позволят производить продукты массового потребления, вовлекая относительно небольшое число рабочих. Человеческий труд больше всего будет востребован в производстве handmade объектов и кастомизированной продукции. На всех рабочих местах сотрудники неизбежно столкнутся с необходимостью повысить уровень решаемых ими когнитивных задач. Все больше работы будет связано со способностью придумывать новые решения или выносить собственные суждения, не опираясь на заранее заданные параметры [1].

Но мало думать о развитии технологий, важно также задуматься о подготовке будущих кадров. Сфера образования и подготовки кадров — одна из наиболее старомодных, и, к сожалению, в большинстве случаев программа подготовки не изменяется в течение многих лет.

На производстве остро встает вопрос в новых кадрах. И возникает парадокс: повышается риск структурной безработицы, ввиду усовершенствования производства и замены рабочих на различных этапах производства, но остро встает вопрос кадрового дефицита в области управления и производства инженерных и робототехнических систем. Безработные люди не будут иметь возможности найти работу, потому что спрос со стороны рынка на умения и навыки, которыми они обладают будет отсутствовать [2].

Чтобы этого не допустить, необходимо привлечь внимание детей среднего и старшего школьного возраста к направлению «робототехника». Одним из таких способов по привлечению внимания детей к, на первый взгляд, сложной робототехнике, может быть работа по созданию робота-рисовальщика. Работа над данным проектом включает в себя 3D-моделирование корпуса будущего робота, его печать и сборку, подключение электронных компонентов и программирование контроллера.

Первым этапом подбираются необходимые электронные и механические компоненты (таблица 1).

Таблица 1

Перечень компонентов и их стоимость

Наименование

Количество

Стоимость

SG90 Servo

1

149

Ремень GT2 2000 мм

1

180

Arduino Uno

1

720

CNC Shield

1

189

Адаптер питания 12V 2A

1

240

Шаговый двигатель Nema17

2

1818

Линейный опорный стержень М8 х 450 мм

2

110

Линейный опорный стержень М8 х 350 мм

2

110

Линейный опорный стержень М8 х 75 мм

2

160

Шкив GT2 16 зубьев

2

220

Контроллер шагового двигателя А4988

2

198

Подшипники 624 zz

5

150

Линейные подшипники LM8UU

8

608

Винты и гайки M3, M4, M8

-

~200

Шпилька с резьбой M8 x 480 мм

1

120

Итого:

5172

Помимо электронных компонентов робот на 50 % состоит из пластиковых корпусных элементов. При помощи современных технологий сегодня можно распечатать необходимые детали при помощи 3D-принтера.

3D-печать работает по принципу наслаивания расплавленного пластика, создавая таким образом слой за слоем нужную фигуру. Эта технология позволяет любому желающему создать предметы самых различных форм и размеров. Зачастую распечатанная вещь на 3D-принтере обходится дешевле и получается точнее, чем заказ аналога на токарных или в любых других производственных мастерских.

Корпусные элементы будущего робота Корпусные элементы будущего робота

Рис. 1. Корпусные элементы будущего робота

1–3D-модель, 2 — печать на 3D-принтере

Для работы над 3D-моделями была использована программа «Tinkercad», а для подготовки к печати — слайсер «CURA». Скорость печати принтера — 60 мм/сек, процент заполнения фигуры — 40 %.

После печати детали необходимо произвести ее обработку: удалить поддержки и зачистить шероховатости используя наждачную бумагу. В противном случае не все детали будут соединяться должным образом.

Сборка конструкции происходит следующим образом. Первым делом нужно установить все линейные подшипники на свои места. Надеть пару подшипников с фланцем на винт М3, чтобы получить обводной шкив, накидываем шайбу М3 (4 штуки). Соединить обе опоры при помощи направляющих, установить шпильку для жесткости. Установить шаговики. Собрать заднюю пластину оси Y, в нее устанавливается один подшипник в качестве обводного шкива. Далее установить переднюю пластину оси Y. На каждом креплении осей есть отверстия для их фиксации. Затем натянуть ремень. Установить sg90 Servo, затем установить каретку оси Z, а после установить держатель ручки. Соединить CNC Shield и плату Arduino Uno, питая блоком питания на 12 вольт и 2 ампера. На каждом драйвере должно быть напряжение 0,8 Вольт. Подключить двигатели и сервопривод. Правый двигатель подключается к драйверу X, а левый к драйверу Y. Установить пишущий инструмент, подключить питание и USB-кабель, зафиксировать лист бумаги на столе.

Далее на плату Arduino Uno загружается управляющая программа. Данный робот позволяет обрабатывать только векторные изображения в формате G-code.

G-code — это язык, который условно именует язык программирования устройств с числовым программным управлением. Создала этот язык программа Electronic Industries Alliance в начале 1960-х годов. Программа, созданная с помощью G-code, обладает жесткой структурой. Все команды управления соединяются в некоторое количество групп, которые состоят из одной или нескольких команд.

Любое растровое изображение можно преобразовать в G-code при помощи программ-конвекторов.

Пример G-code

Рис. 2. Пример G-code

Принцип работы управляющей программы следующий. На плату приходит код с набором координат для последовательного передвижение по ним. В первую координату, путем регулирования двумя сервоприводами ремня движется пишущее устройство (ручка или маркер), закрепленное на нем. Далее, получая координаты второй точки, ручка или маркер перемещаются в новое место, не отрываясь от бумаги. Таким образом быстро и аккуратно можно получить довольно сложное изображение, на отрисовку которого даже у подготовленного человека может уйти несколько часов.

Готовое устройство

Рис. 3. Готовое устройство

Таким образом, в работе был рассмотрен способ по поддержанию интереса к робототехнике среди детей посредством создания интересных и несложных конструкций. Данные работы показывают детям, что заниматься робототехникой может быть интересно, что можно разработать свое устройство, что в дальнейшем, отразиться на количестве будущих специалистов в этой области.

Литература:

  1. Доклад экспертов Global Education Futures и WorldSkills Russia «Навыки будущего». [Электронный ресурс] / URL-адрес: https://futuref.org/futureskills_ru (дата обращения 24.10.2021)
  2. Робототехника — история развития данной области [Электронный ресурс] / URL-адрес: https://iot.ru/wiki/robototekhnika (дата обращения 4.11.2021)
  3. Drawing Robot. Assembly guide. [Электронный ресурс] / URL-адрес: https://cdn.thingiverse.com/assets/a4/53/71/e5/cd/DrawBotAssemblyUserGuideV3.pdf (дата обращения 2.12.2021)


Ключевые слова

робототехника, Arduino Uno, робот-художник, G-code

Похожие статьи

Обзор программируемого комплекта робототехники Robotis

Статья посвящена обзору робототехнического комплекта Robotis, его состав, виды. Использованию в учебном процессе.

Исследование возможностей робототехники в медицине

Целью работы является создание роботизированной руки, которая способна оказывать помощь в медицине.

Разработка виртуального тренажера по сборке компьютера

В статье описывается процесс создания VR-тренажера по сборке компьютера в виртуальной реальности.

Создание простого ar-приложения с использованием Unity и Vuforia engine

В статье рассмотрен процесс создания простого ar-приложения при помощи платформы разработки приложений Unity и платформы Vuforia.

Разработка одномерной игровой консоли Light Pong

В статье представлен процесс создания одномерной игровой консоли Light Pong.

Робототехнический конструктор на базе робота Андроида Miniplan

В статье авторы исследуют возможности робототехнического конструктора для разработки на его базе своего набора. В настоящее время авторы, на базе данного конструктора, рассматривают создание футбольной команды Андроидов.

Обзор программируемого комплекта робототехники Lego

Статья посвящена необходимости организации курса обучения робототехнике на LEGO Mindstorms NXT для студентов инженерно-технического профиля.

Трёхмерное моделирование LEGO-роботов в Studio 2.0

В статье рассматривается возможность автоматизированного проектирования LEGO-роботов в Studio 2.0 для использования в образовательной робототехнике.

Использование технологии машинного зрения при обучении манипуляционного робота

В статье представлена методология создания модели человеческой руки с интеграцией машинного зрения для управления подвижными частями ладони при помощи жестов.

Место и роль искусственного интеллекта на уроках математики

Похожие статьи

Обзор программируемого комплекта робототехники Robotis

Статья посвящена обзору робототехнического комплекта Robotis, его состав, виды. Использованию в учебном процессе.

Исследование возможностей робототехники в медицине

Целью работы является создание роботизированной руки, которая способна оказывать помощь в медицине.

Разработка виртуального тренажера по сборке компьютера

В статье описывается процесс создания VR-тренажера по сборке компьютера в виртуальной реальности.

Создание простого ar-приложения с использованием Unity и Vuforia engine

В статье рассмотрен процесс создания простого ar-приложения при помощи платформы разработки приложений Unity и платформы Vuforia.

Разработка одномерной игровой консоли Light Pong

В статье представлен процесс создания одномерной игровой консоли Light Pong.

Робототехнический конструктор на базе робота Андроида Miniplan

В статье авторы исследуют возможности робототехнического конструктора для разработки на его базе своего набора. В настоящее время авторы, на базе данного конструктора, рассматривают создание футбольной команды Андроидов.

Обзор программируемого комплекта робототехники Lego

Статья посвящена необходимости организации курса обучения робототехнике на LEGO Mindstorms NXT для студентов инженерно-технического профиля.

Трёхмерное моделирование LEGO-роботов в Studio 2.0

В статье рассматривается возможность автоматизированного проектирования LEGO-роботов в Studio 2.0 для использования в образовательной робототехнике.

Использование технологии машинного зрения при обучении манипуляционного робота

В статье представлена методология создания модели человеческой руки с интеграцией машинного зрения для управления подвижными частями ладони при помощи жестов.

Место и роль искусственного интеллекта на уроках математики

Задать вопрос