Инженерный проект Робот Гамбургист

Муниципальное Бюджетное Учреждение
Дополнительного Образование Центр Творчества «Созвездие»

Робот Гамбургист


Авторы :
Ковалёв О.И
Стригин И.Ю
Педагог дополнительного
образования – Пастухов А.В
2016 г. Усть-Лабинск
Робот — гамбургист
(предназначенный для изготовления гамбургеров ).
______________________
Аннотация.
______________________
Данная работа преследует цель научить учащихся работать в команде, создавать и программировать модели, проводя исследования, составляя отчеты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.
Учащиеся собирают и программируют модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути, являющимися упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, информатики, развития речи.
Комплект (заданий) Mindstorms EV3 является средством для достижения целого комплекса образовательных целей:
Творческое мышление при создании действующих моделей;
Анализ результатов и поиск новых решений;
Оценка (измерение) влияния отдельных факторов;
Логическое мышление и программирование заданного поведения моделей;
Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели
______________________
Задача.
______________________
Создание робота, заменяющего и облегчающего труд человека в сфере общественного питания.
В результате работы мы получили модель, работающую в автономном режиме с помощью протокола передачи данных Bluetooth между двумя блоками для увеличения возможностей модели. Модель осуществляет изготовление гамбургеров т.е. послойное изготовления данного изделия.
_____________________
План исследований.
______________________
Глобальная автоматизация производства заставляет все больше и больше задумываться о том, чтобы заменить людей во многих отраслях производства.
В современном сознании, сформированном не одним поколением фантастов, робот представляет собой некоторый человекоподобный механизм, выполняющий полезную людям работу (или наоборот, бунтующий и очень опасный). Однако промышленные роботы очень редко похожи на людей.
Из средств массовой информации мы постоянно слышим, что скоро нас будут окружать умные, интересные роботы, но в реальной жизни их все нет и нет.
Так же часто мы читаем о механотронике — удивительной науке на стыке механики, электроники, компьютеров и теории управления (кибернетики). Однако мехатронные устройства так же довольно редки.
И вот, благодаря робототехническому набору Lego Mindstorms у нас появилась возможность претворить все эти мечты в жизнь. Конструктор позволяет довольно легко и с удовольствием научиться самому строить и программировать различные мехатронные устройства, т.к. Он обладает такими возможностями, как передача данных с помощью протокола Bluetooth, разнообразных бортовых датчиков, видеокамер. С этим набором мы как в сказке, при помощи золотого ключика открываем дверь в фантастическую страну кибернетических игр и игрушек, удивительно похожих на многие серьезные автоматические приборы и системы.
Роботы призваны заменить человека в множестве жизненных ситуаций. Для этого они должны обладать различными качествами: силой, мобильностью, прочностью, интеллектом, памятью, надежностью и т.д. Для каждой задачи требуются свои характеристики, поэтому нет ничего удивительного в том, что многие роботы не имеют конечностей, а другие ездят на колесах, подобно автомобилям.
При проектировании своей модели мы стремились создать такой механизм, который бы отвечал самым простейшим требованиям:
Моторы обеспечивают плавную сборку гамбургеров ;
Моторы обеспечивающие плавное наложения частей гамбургера ;
Наличие источника питания для мотора и программы управления ;
По программе оператора конструкция должна собрать гамбургер по вкусовым требованием клиента ;
Конвейер обеспечивает доставку гамбургера от конструкции до клиента
Способность EV3-робота выполнить любое задание не является интуитивной. Необходимо снабдить робота специальными конструкциями, которые будут диктовать ему, что делать.; а так же нужно запрограммировать робота. Программирование включает в себя написаниепрограммы на компьютере, а затем перенос ее в микроконтроллер — "мозг" робота, который запускает и выполняет программу. Программа должна сообщать NXT, как моторам работать, как датчикам получать информацию и т.д.
При программировании мы использовали программную среду EV3 . EV3 – это многофункциональная графическая среда программирования, ориентированная на самые разные возрасты: от дошкольников до студентов. Текущая версия EV3 позволяет программировать несколько типов микроконтроллеров( NXT),а также проводить независимые расчеты на компьютере.
При запуске EV3 предлагает три уровня работы: Администратор, Программист и Исследователь.
Режим Администратора позволяет настраивать контроллер на работу со средой.
Режим Программиста позволяет непосредственно создавать программы и загружать их в микроконтроллер. В этом режиме требуется настройка USB подключения EV3 (т.к. Соединение с компьютером через протокол Bluetooth поддерживается) и загрузка операционной системы; поэтому один из микроконтроллеров находится в режиме программирования EV3.
Режим Исследователя позволяет осуществлять запись данных, поступающих с датчиков микроконтроллера, с их последующим анализом.
Блоки Functions Palette можно классифицировать следующим образом:
Команды действия;
Команды ожидания;
Управляющие структуры.
Простейшие команды можно разделить на два типа: "Жди" и "Делай".
Команды типа "Делай" посылают управляющий сигнал на одно из устройств под управлением микроконтроллера. Например, "вкл.моторы", "остановить моторы", "обнулить таймер", "звуковой сигнал" и т.д. Эти команды выполняются практически мгновенно (за исключением световых сигналов). После чего программа переходит к следующему блоку.
Команды типа "Жди" не выполняют никакого ощутимого действия, эти команды останавливают ход выполнения программы (задачи) в ожидании некоторого события. Как только событие происходит, управление переходит к следующей команде.
Следующий тип блоков — управляющие структуры. Среди них все необходимое для программиста:
Ветвление;
Циклы и условные переходы;
Параллельные задачи;
Обработчики событий.
И, наконец, вспомогательный тип блоков — модификаторы. Они, по сути, являются параметрами для выполнения различных команд и прикрепляются к блокам разноцветными проводами.
Одной из главных задач автоматического управления является управление с помощью обратной связи, где мы можем выделить четыре основных компонента:
Управляемую систему(объект управления) — то, чем мы хоти управлять;
Цель управления — то, чего мы хотим достичь при помощи управления, т.е. Желаемое поведение объекта управления;
Список измеряемых переменных(выходов) — то, что мы можем измерять;
Список управляющих переменных(входов) — то, что мы можем менять для воздействия на объект на объект управления.
Еще один очень важный компонент — регулятор — устройство, вырабатывающее входные величины, необходимые для достижения заданной цели. Этот пятый элемент обычно появляется после того, как теоритическое решение задачи найдено. Под решением задачи мы понимаем нахождение алгоритма управления. Как только искомый алгоритм решения задачи найден, он может быть использован для вычисления управляющих входов по измеренным значениям выходов объекта управления. Полученные значения входов в виде некоторых сигналов подаются на исполнительные устройства. В формировании этих сигналов принимает участие микропроцессор, производящий вычисления в соответствии с заданным алгоритмом.
______________________
Подводя итог вышесказанному, все методики исследований и реализации мобильных роботов на основе электронного управления способствуют росту интереса учащихся к робототехнике и, тем более, к инженерным наукам.
Экономический расчёт:
При проектировании данного робота мы использовали
1.Ресурсный набор «TETRIX» стоимостью 15 000р
2.4 набора EV3 или 4 набора NXT 2.0
Стоимость одного набора составляет 25 000 р.
И тог: 4x25 000= 100 000р;т.е стоимость данного изделия сделанного из стандартных наборов, составляет 100 000+15 000=115 000р.
Исходя из того , что мы можем заменить набор «TERIX» на от дельно взятые балки «т.е. отдельно купленные» это существенно удешевляет наше изделие; стоимость балок и прочего расходного материала составляет примерно 2 000р
Кроме этого из наборов EV3 NXT 2.0 мы используем в основном электрооборудование ,
Что такую же существенно удешевляет данное изделие почти в половину, т.е. это будет составляет порядка 50 000р.
В результате наше изделия становиться дешевле и составляет :
50 000+2 000= 52 000р.
Но и это ещё не все . В том случаи если данный робот производятся массово , у нас есть возможность удешевить данное изделие ещё в половину за счёт оптовых закупок от производителей; а это ещё даёт возможность удешевить изделье на 20-30% т.е. всё это будет стоить около 35 000р. В продаже данный образец может стоить примерно 42 000-52 000р. т.е. это будет зависеть от торговых коэффициентов и н.д.с
Исходя из всего выше сказанного мы можем вполне уверено запускать его в производство.
В том случаи, если данный робот будет поставлен в пунктах общественного питания(кафе, столовые , рестораны быстро питания и т.д) мы можем говорить о его довольно быстрой окупаемости из ходя из следующего расчета :
Для приготовление одного гамбургера надо ½ минуты
за 1 час 50шт
за 8 часов (т.е полный рабочий день) 400шт
Стоимость одного гамбургера 50р.
50x400=200 000р
Половина этой суммы уходит на расходы: стоимость продуктов и прочие расходы ; т.е прибыль составляет примерно 10 000р
Даже при уменьшение данных показателей , мы можем говорить , что данное изделие может иметь срок окупаемости примерно 10 дней. А если исходить из самых пессимистичных расчетов то максимальный срок окупаемости 1 месяц.

Литература
С.Л. Филиппов "Робототехника для детей и родителей" — Сиб; Наука, 2011г
Программное обеспечение EV3.
Программное обеспечение Robolab.
Интернет-ресурсы по Lego Mindstorms Nxt-робота
http://www.mindstorms.com/(официальный сайт компании Lego)
http://www.minstorms.su/(неофициальный российский сайт Lego Mindstorms)
http://www.learning.9151394.ru/
http://www.nxtprogramms.com/http://www.mindstorms.com.