Соколов Сергей Алексеевич, Россия, Свердловская область, г. Екатеринбург, Лицей №110 им. Л. К. Гришиной 8 "Б" класс, Научный руководитель: Токмакова Наталья Васильевна.

В нашей стране управление многих манипуляторов осуществляется за счет передвижения нескольких джойстиков или рычагов, что заметно замедляет скорость работы.

Цель проекта - разработать и изготовить прототип устройства для управления манипулятором, имеющий простое и продуктивное управление с более низкой стоимостью чем у аналогов.

В ходе работы было проведено сравнение существующих систем управления манипулятором и комплектующих. Спроектированы 3D-модели для устройства и тестируемого манипулятора. Подобраны комплектующие с необходимыми характеристиками, написано ПО для устройства. Напечатаны детали на 3D принтере, спаяна электрическая схема.

Устройство собрано и протестировано. Создана бизнес-модель для моего проекта.

Рабцевич Кирилл Алексеевич Свердловская область, г. Екатеринбург, МАОУ лицей №110 им. Л. К. Гришиной, класс 8 «Б». Руководитель: Токмакова Наталья Васильевна, Заслуженный учитель России, учитель математики, МАОУ лицей № 110 им. Л.К.Гришиной

Цель проекта: создать прототип системы водяного охлаждения, обладающий оптимальной стоимостью, низким уровнем шума и высокой производительностью.

Идея создания системы водяного охлаждения компьютера появилась у меня ровно год назад. В то время эта технология обрела пик популярности.

Методы исследования: поиск информации в интернете, общение с экспертами в соответствующей области, анализ полученной информации, её обобщение.

Для изготовления прототипа мне потребовались ножовка, хомуты, гаечный ключ, дрель и шурупы.

Был проведен сравнительный анализ всех видов систем охлаждения. А также моей с системами высокой стоимости, таких как CorsairH105, ThermaltakeWater 3.0 RiingRGB 240, ArcticCooling Liquid Freezer 360 и ThermaltakeWater 3.0 Ultimate. Установлено, что моя система может конкурировать с дорогостоящими СВО. Создана 3D модель. Реальная модель находится в стадии сборки. Вероятно, что смогу представить только видео системы или модель прототипа.

Представленный прототип может использоваться как с более требовательными процессорами (например, AMDFX-8350), так и с обычными. Выявлены преимущества над системами, обладающими высокой стоимостью.

В наши дни очень серьезно стоит вопрос о защите окружающей среды. Бездумная деятельность людей на протяжении длительного времени разрушила среду обитания на Земле. Двадцатый век явился временем экологических катастроф, но люди мало задумывалось о последствиях. Технически развиваясь, человек демонстрирует, что ему становится тесно на Земле. Его взор устремляется в бескрайние моря и океаны, пустыни, трудно доступные районы, которые недостаточно еще исследованы. Они мало пригодны для проживания, но там остались запасы чистой пресной воды, без которой человек жить не может.

Задумавшись о этом, решил, что можно создать такую модель, которая бы спасла людей, живущих в загрязненных районах, от кислотных дождей, которые стали следствием испарения загрязненной воды.

Возможно ли изготовить модель города-пирамиды, который будет защищать жителей от агрессивных факторов влияние внешней среды»?

Ответ видится в изготовлении действующей модели «города-пирамиде». Для этого следует изучить теоретические основы принципа строительства городов труднодоступных районов; познакомиться с исторической информацией строительство домов необычной формой; подобрать с учета экономики, доступные, легкие и прочные, экологически безопасные материалы для изготовления действующей модели; создать действующую модель города; рассчитать её основные физические параметры; предложить перспективы развития и применения данного устройства; проанализировать полученные результаты.

Модель «Город-пирамида» можно будет разместить в густо заселенных местах, на экологических не благоприятных территориях для проживания. Необычная ее форма-пирамида будет защищать жителей от солнечной радиации, кислотных дождей, землетрясений, ураганов и т.д. Город-пирамида - это «умный дом», в котором будут созданы условия для будущих жителей планеты Земля.

Модель состоит из прозрачной оболочки прочного материала, защищающая жителей от агрессивной внешней среды. Внутри на стенках корпуса целесообразно разместить солнечные панели для выработки электрической энергии. На вершине пирамиды располагается шар-молниеотвод, который защищает жителей от ударов молнии. Модель связывают стальные тросы, вмонтированные в корпус пирамиды, что многократно увеличивает ее прочность на раскачивание и твердость от проникновения микрометеоритов. В основание пирамиды заложена разработанная, сейсмически устойчивая конструкция, которая защищает город от землетрясений и вибрации. Форма города выбрана не случайно, так как пирамида является наиболее устойчивой геометрической конструкцией.

"Меритель" предназначен для измерения погрешности параллельности рельсов. Меритель движется по рельсам и при помощи датчика и определяет отклонение от паралленльности рельс. Данные о размере дефекта и его местоположении записываются на электронный носитель либо передаются на станцию. Руководствуясь полученной информацией, можно будет принять соответствующие меры по устранению неисправности и предотвращению такой катастрофы как крушение поезда.

Устройство для определения непараллельности рельс

«Меритель»

Автор: Луговая Ирина Игоревна

Ученица 9 класса МАОУ Лицей № 128

Научные руководители: Кривоногова Наталья Александровна

Учитель математики МАОУ Лицей № 128

Филимонова Юлия Игоревна

Педагог дополнительного образования МАОУ Лицей № 128

Швецов Никита Сергеевич

Педагог дополнительного образования МАОУ Лицей № 128

Введение

В настоящее время люди все чаще приходят к автоматизации трудоемких процессов, в частности к таким, как измерение погрешности параллельности рельс. При запуске ракет с наклонной рельсовой платформы, непараллельность рельс может служить причиной крушения ракетоносителя и потере самой ракеты. На производстве при перевозке тяжелого оборудования из цеха в цех, дефекты рельс могут привести к падению оборудования, производственным травмам и порче самого оборудования. Непараллельность рельс железнодорожного полотна является основной причиной крушения поездов. В связи с вышеизложенным, встает вопрос о своевременном определении погрешности в параллельности рельс. Целью нашей работысталоизготовление уменьшенной действующей модели устройства-мерителя для измерения погрешности параллельность рельс.

Основная часть

В ходе работы над проектом была выдвинута следующая гипотеза: измерение погрешности в параллельности рельс возможно с использованием принципиально нового устройства оснащенного шаговым двигателем.

Объектом исследования стала непараллельность рельс.

Предмет исследования: устройство для измерения погрешности в параллельности рельс – «Меритель»

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи :

1. Изучить материал по теме «Параллельные прямые»

2.Используя методы математического моделирования, вывести формулу для расчета погрешности в параллельности рельс

3.Изготовить схему и написать программу для определения погрешности в параллельности рельс

4.Построить чертежи тележки в программе «КОМПАС»

5.Изготовить по чертежам уменьшенную действующую модель устройства «Мерителя»

Материалы и методы исследования

В данной работе нами были использованы следующие методы исследования:

2. Проектный

3. Практический

Изучив материал по проблеме исследования, мы сделали вывод, что основной причиной крушения поездов помимо форсмажорных обстоятельств является непараллельность рельс железнодорожного полотна. [4] Уточняя вышесказанное, можно выделить такие виды погрешности в параллельности рельс: недопустимое уширение или сужение колеи и дефектны самих рельсов ( изломы, трещины, выколы и выщербины металла на рабочей поверхности, раскол рельса). В связи с вышеизложенным, встает вопрос о своевременном определении погрешности в параллельности рельс.

Смоделируем процесс измерения параллельности рельс, изобразив схематически процесс движения рычага.

Траектория движения рычага представляет собой окружность.

Конечная формула для количественного вычисления отклонения от параллельности рельс имеет вид:

,

где - расстояние от точки касания рычага и рельса до основания рычага.

- длина рычага,

- эталонный угол,

- количество делений датчика,

- цена деления датчика.

Используя полученную формулу, составим программу, благодаря которой «Меритель» будет на практике определять непараллельность рельсов.

Мы сконструировали уникальное устройство, предназначенное для измерения погрешности параллельности рельс. (Рис. 1)

(Рис. 1)

Составные части «Мерителя»:

Тележка передвигается по рельсам посредством закрепленных на раме колес.

Три колеса движутся по внешней стороне рельса подобно колесам поезда, три - прилегают к внутренней стороне и обеспечивают устойчивое положение тележки. Движущими являются внешние задние колеса. Одно внутреннее колесо, закрепленное на рычаге, обеспечивает его движение по рельсу.

Для приведения измерительной рамы в действие на задних колесах были установлены шаговые двигатели. Поскольку наше устройство должно фиксировать точные координаты местоположения, необходим мотор, который имеет высокую точность вращения. Таким является шаговый двигатель.

Использование двигателя для автоматизации движения позволит освободить человека от трудоемких перемещений этой машины.

Датчик определяет угол, на который отклоняется рычаг.

Рис. 2.

Принципиальная схема (Рис. 2.).

В нашем устройстве были использованы шаговые двигатели со встроенным редуктором (выводы для шаговых двигателей отображены на схеме). Мне необходимо было организовать питание для каждой обмотки мотора, которых в нашем устройстве два. В связи с этим потребуется несколько выводов микроконтролера. Мы обеспечили поступление сигналов на оба мотора. В процессе работы устройства в движение будет приводиться мотор выбранный микроконтроллером, либо два мотора одновременно. Резисторы введены для ограничения токов, протекающих через микроконтроллер к базе биполярных транзисторов.

Потенциометр, при помощи которого определяется величина угла, – регулируемый делитель электрического напряжения, переменный резистор. Представляет собой, как правило, резистор с подвижным отводным контактом (движком).

Для количественного измерения повреждений на рельсах, необходим подвижный рычаг, с закрепленным на нем роликом. При прохождении неровности, рычаг отклонится от начального угла на определенное значение, в зависимости от величины дефекта рельса. При отклонении рычага от нормального положения вал резистора так же изменит свое положение, тем самым, изменится сопротивление. Уровень напряжения, снимаемый с потенциометра и, дает нам информацию об угле, на который поворачивается рычаг устройства.

Также на схеме присутствуют стабилизатор напряжения, светодиоды для индикации отклонения от параллельности рельс и кнопки для включения и выключения устройства.

Используя, методы математического моделирования мы вывели формулу и составим программу, благодаря которой «Меритель» будет на практике определять непараллельность рельсов.

Мы проанализировали уже существующие устройства-путеизмерители (Табл. 1): Рабочий путевой шаблон, путеизмерительная тележка Матвеенко, Путеизмерительные тележки ПТ-2, ПТ-7 [5], вагон-путеизмеритель Ляшенко и вагон-путеизмеритель системы ЦНИИ. [3]

Аналоги. Сравнительнаятаблица

Таблица 1

Критерии сравнения Меритель Рабочий путевой шаблон Путеизмерительная тележка Матвеенко Путеизмерительная тележки ПТ-2, ПТ-7 Вагон-путеизмеритель Ляшенко Вагон-путеизмеритель ЦНИИ
Способ передвижения Движется посредством колес, оснащен двигателем Самостоятельно не передвигается Движется посредством колес, вручную Движется посредством колес, Движется посредством колес,
Носитель информации USB-устройство Отсутствует, информация записывается вручную Бумажная лента Электронный носитель Две бумажные ленты Две бумажные ленты
Длина измеряемого пути Ограничена объемом памяти и зарядом аккумулятора точечно Ограничена длиной бумажной ленты Ограничена объемом памяти Ограничена длиной бумажной ленты Ограничена длиной бумажной ленты
При помощи чего определяется отклонение Датчик Мерительные грани шаблона Датчик Датчик

Преимущество нашего устройства перед данными аппаратами в том, что информация записывается непосредственно на USB-устройство, процесс полностью автоматизирован (не требует присутствия человека) и результаты измерений более точные за счёт применения датчика. Также меритель отличается от вышеуказанных устройств для измерения погрешности в параллельности рельсов тем, что длина измеряемого пути ограничена только объемом памяти USB-устройства, энергозатраты на передвижение меньше, а изготовление дешевле.

Меритель движется по рельсам и при помощи датчика определяет отклонение от паралленльности рельс. Данные о размере дефекта и его местоположении записываются на электронный носитель либо передаются на станцию. Руководствуясь полученной информацией, можно будет принять соответствующие меры по устранению неисправности и предотвращению такой катастрофы как крушение поезда. На производстве с учетом полученных от Мерителя данных появится возможность не допустить повреждения оборудования.

Заключение

В ходе работы мы изготовили уменьшенную действующую модель устройства«Мерителя» для измерения погрешности параллельность рельс.

1.Изучили материал по теме «Параллельные прямые» [1], [2].

2.Используя методы математического моделирования, вывели формулу для расчета погрешности в параллельности рельс

3.Изготовили схему и написали программу для определения погрешности в параллельности рельс

4.Построили чертежи тележки в программе «КОМПАС»

5.Изготовили по чертежам уменьшенную действующую модель устройства «Мерителя»

Список литературы

  • 1.Александров А.Д., Вернер А.Л., Рыжик В.И. Стереометрия. Геометия в пространстве: Учебное пособие для уч. ст. кл. и абитуриентов. – Висалинас, Alfa, 1998. – 576с.
  • 2.Атанасян Л.С. Геометрия: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений. – 6-е изд. – М.: Просвещение, 1998. – 207с.
  • 3. Глаголев Н.А., Глаголев А.А. Геометрия, ч.I. Планиметрия: Учебник для 6-9 классов средней школы. – М.: 1958. – 356с.
  • 4.Глаголев Н.А., Глаголев А.А. Геометрия, ч.II. Планиметрия: Учебник для 9-10 классов средней школы. – М.: 1958. –260с.
  • 5.Глейзер Г.И. История математики в школе: IX-X классы: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1983. – 216с.
  • 6. Киселев А.П. Геометрия / Под ред. Н.А. Глаголева – М.: Учпедгиз, 1958. – Ч.I. – 230с.
  • 7. Киселев А.П. Геометрия / Под ред. Н.А. Глаголева – М.: Учпедгиз, 1959. – Ч.II. – 227с.
  • 8. Колмогоров А.Н., Семенович А.Ф., Черкасов Р.С. Геометрия: Учебное пособие для 6-8 классов средней школы .- М.: Просвещение, 1979. –360с.
  • 9.Машины и механизмы для контроля состояния пути. [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://life-prog.ru/2_94467_mashini-i-mehanizmi-dlya-kontrolya-sostoyaniya-puti.html
  • 10.Почему разбиваются поезда. [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2003-09a09

Тележка путеизмерительная ПТ-7МК. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.tdesant.ru/info/item/166

Одной из самых сложных и интересных проблем, является та проблема, которая возникает непосредственно на производстве. Сотрудничая с АО «Уралкабель», мы выяснили, что у них на предприятии существует такая проблема: при накладывании иглопробивного полотна при бронировании кабеля в отход идёт большое количество материала. На предприятии отсутствует надежная система контроля за полотном – контроль осуществляется визуально рабочим, и мы решили усовершенствовать метод контроля за процессом наложения ленты из иглопробивного полотна.

При визуальном контроле рабочим, как правило, происходит одна из двух ситуаций:

1: Не имея возможности отследить, когда лента закончилась, рабочий не выключает станок, из-за чего происходит нарушение технологической цепочки и значительная потеря рабочего времени.

2: Чтобы избежать нарушения технологической цепочки, рабочий заранее снимает ленту, из-за чего в отходы в среднем уходит около 280 метров материала за смену.

Это обусловливает актуальность работы.

В связи с этим предлагается гипотеза: возможно усовершенствование метода контроля за процессом наложения иглопробивного полотна путём конструирования устройства для автоматического детектирования длины полотна, что позволит снизить потери времени и материалов.

Цель проекта:Усовершенствование метода контроля наложения лентыиглопробивного полотнапри минимальных экономических затратах.

Задачи проекта:

1. Изучить материалы по теме и существующие разработки;

2. Написать управляющую программу и прошить в память микроконтроллера;

3. Собрать систему контроля на основе микроконтроллера ArduinoNano;

4. Разработать эргономичную конструкцию и корпус устройства и распечатать её на 3D-принтере;

5. Собрать и протестировать устройство на действующем станке в АО «Уралкабель»;

6. Внедрить систему на постоянной основе;

7. Представить результаты проекта.

В процессе исследования были использованы следующие методы: литературный поиск и теоретический анализ конструкторских идей; изучение существующей проектной документации; наблюдение; анализ и обработка результатов; сравнительное изучение аналогов; метод мозгового штурма, а также измерение, моделирование, конструирование.

Исследовательский проект "Марсо – робот" Исполнитель учащийся МАОУ ДО ЦТР и ГО «Гармония» Шадрин Андрей Руководитель Криворогова Елена Владимировна Многие рабочие места являются трудоемкими и опасными для людей, но не для роботов. Я исследовал какие бывают луноходы, марсоходы и попробовал создать своего, более манёвренного и быстро действенного робота для исследования Марса.

Сегодня, роботы играют огромную роль в развитии технологий строительства и исследовании планет, и с течением времени они будут становиться все более актуальными в использовании.

Многие рабочие места являются трудоемкими и опасными для людей, но не для роботов. У них есть возможности, чтобы перевести исследования на новый уровень.

Давайте выясним, что такое робот:

Робот - автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях, при относительной недоступности объекта или для другого использования.

Робот может управляться оператором либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при рутинной работе, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.

Вот так и я хочу создать робота, который будет работать в опасных для человека условиях и исследовать планету Марс.

Итак, моей целью стало:

Создать робота – помощника для базы, проводящей научные исследования Марса и его спутников, в перспективе – колонизация Марса.

А для выполнения этой цели я поставил следующие задачи:

  • Изучение проекта Mars One.
  • Изучение известных сведений о Марсе (книги, интернет ресурсы).
  • Изучение конструкций уже имеющихся роботов (Луноход и др.)
  • Создание конструкции робота.

Сначала я изучил какие роботы уже существуют, изучающие другие планеты.

Затем изучил известные сведения о Марсе.

Марс — четвертая по счету планета, удаленная от Солнца и ближайшая к Земле. Название планеты произошло от имени древнего римского и греческого бога войны — АРЕС.

Поверхность Марса очень разнообразна. Кроме гор, равнин, полярных льдов, практически вся поверхность густо усеяна кратерами. К тому же всю планету окутывает мелкозернистая красноватая пыль.

Я узнал это и многое другое…

Следующим этапом моей работы было изучение проекта MarsOne – это проект, предполагающий полет на Марс с последующим основанием колонии на его поверхности и трансляцией всего происходящего по телевидению.

Организация, создавшая этот проект находится в Нидерландах.

В 2011 году стартовал проект, в 2013 начался отбор астронавтов.

В 2024 году будет запущено 6 грузов. Наш робот будет запущен вместе с этим грузом, для сбора подробной информации о Марсе, чтоб к прибытию первого экипажа люди как можно больше знали о Марсе.

В 2027 году первый экипаж в посадочном модуле высаживается на Марсе.

Изучая конструкции уже имеющихся роботов я узнал, что

Марсохо́д – это планетоход, передвигающийся по поверхности Марса. Мягкая посадка марсоходов осуществляется с помощью спускаемых аппаратов. Автоматические марсоходы управляются дистанционно командами с Земли.

Всего, с целью проведения научных исследований, на Марсе функционировали четыре автоматических марсохода,

Лунохо́д – это любая наземнаясамоходнаяплатформа, предназначенная для передвижений по поверхностиЛуны. В более узком смыслелуноходестьтранспортное средство(транспортная платформа), предназначенное для передвижений по поверхности Луны. Луноход может управляться как водителем на борту, так и дистанционно (например, с Земли), или быть лунным самоходнымроботом.

И многое другое о этих конструкциях.

В начале мой робот только ездил и собирал грунт с поверхности Марса.

Потом я модернизировал манипулятор, который собирает грунт, я добавил моторы, чтобы манипулятор мог самостоятельно перемещаться в пространстве.

Затем я добавил прицеп, в который будет грузиться грунт, предназначенный для дальнейшего изучения в лаборатории.

Добавил видеокамеру, чтобы она давала фото отчёт с поверхности Марса, для более удобного выбора места для поселения.

В будущем я планирую изобрести модуль жизнеобеспечения для астронавтов.

Мой проект посвящен разработке и созданию макета "Ганиметоход - бурильщик"

Здравствуйте, уважаемые эксперты! Меня зовут Фатхутдинов Данил. Представляю работу «Передвижной комплекс «Ганиметоход-бурильщик» с элементами бронирования.

Еще с начальной школы увлекаюсь техническим творчеством, астрономией. Мне нравится читать книги о космических путешествиях, приключениях, а также рассматривать в телескопе планеты, а ещё люблю собирать аппараты из конструктора.

Читая журнал «Кот Шрёдингера», напечатанный МГУ им. Ломоносова, обратил внимание на статью о «Покорении Вселенной». Там говорится о перспективных направлениях космической отрасли. Меня заинтересовал раздел «Есть ли жизнь подо льдом»? Особенно возникло много вопросов по запуску к Юпитеру космических комплексов «Лаплас» Первый комплекс нужен, чтобы наблюдать за спутником с орбиты, а второй для высадки прямо на поверхность Ганимеда, который расплавит лед и начнет искать местные бактерии.

Версия, что под слоем льда «плещется» жидкий океан, в котором теоретически могут обитать организмы- стала настоящим мотивом для создания собственной проектной работы.

Для плавки льда нужно большое количество энергии, а в условиях космоса- это большая проблема. Предлагаю свой вариант её решения- бурения льда при помощи комплекса «Космический бурильщик», в основе которого лежит вращение треугольника Рело. При вращении наружные резцы­­­­ будут выкрашивать лёд, а образовавшуюся массу будет выводить шнековый механизм. Заменив сложные буры (резцы), которые используются при прохождении горных пород, на более простые, достигаем уменьшения массы и возможности ремонта установки. Сломанные резцы смогут заменяться на новые автоматическим отстреливанием сломанного резец и выдвижением нового, который будет размещен в самом треугольнике. Бурение возможно с установки или автономно. Передвижение «Бурильщика» основано на вращении треугольника Рело для обеспечения лучшего прохождения комплекса на неровных поверхностях, заносов, небольших торосов. Сам комплекс изготовлен с применением «Технологии бронирования» (листы расположены под углом наклона 65-75 градусов). Корпус брони представляется набором элементов – шестигранников, имеющих грани неправильных плоских четырехугольников. С помощью такого несложного приема бронирования современных бронемашин снижается поражение от попадания мини метеоритов и других обломков, падающих на спутник Юпитера. Корпус покрыт солнечными панелями для выработки электрической энергии. На корпусе размещены топливные баки для работы комплекса. На Ганиметоходе установлены панорамные камеры и автономное программное обеспечение для навигации на случай задержки связи с Землёй. Благодаря этому Ганиметоход сможет без участия человека перемещаться с нулевым риском, а мы, откинувшись в кресле, просто будем ждать пока Ганиметоход найдет следы маленьких человечков или обитателей океана.

Мой проект посвящен изучению использования 3D технологии в образовательных целях.

Мой проект посвящен изучению использования 3D технологии в образовании. Технологии 3D-печати позволяют превратить любое цифровое изображение в объёмный физический предмет, который можно воплотить в домашних условиях. Уже сегодня 3D технологии используются во многих сферах жизни: образование, медицина, производство, строительство и других. Помимо этого, 3D технологии являются одним из важнейших направлений автоматизации и проектирования в современном мире. Я заинтересовался как можно применять 3D технологии в образовательных целях, чем они могут быть полезны. И с какой пользой можно их использовать?

В наше время использование 3D-технологий в образовательных процессах позволяет разнообразить многие уроки, лекции, упрощая образовательный процесс. Они дают множество преимуществ учителям и ученикам. Делают процесс обучения более интересным и полезным.

Цель: Создать программно-аппаратный комплекс для восстановления мышечной активности в виде игрового процесса. Основным преимуществом устройства должна являться высокая компактность, надежность, независимость от помех и возможность применения в домашних условиях.

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Направление: Нейроинтерфейсы

и природоподобные технологии

Резоматрица

Программно-аппаратный комплекс для восстановления мышечной активности и развития мелкой моторики после инсульта

Исполнители:

Ученица 10 «б» класса МАОУ Гимназия № 202

«Менталитет» Андреевских-Якоцук Ульяна

Ученики 10 «б» класса МАОУ Гимназия № 202

«Менталитет» Новик Даниил и Ильинский Александр

Екатеринбург, 2018

Введение

Ежегодно в России происходит более 400 тыс. случаев приступов инсульта, это внезапное явление, возникающее под влиянием некоторых факторов. При этом происходит отмирание нервных клеток головного мозга из-за кислородного голодания в кровеносных сосудах. Вызывает это явление тромб или большое скопление пробок. Располагаются очаги в левом, правом полушарии, лобной или затылочной доле. При этом страдают различные функции и возможности организма: пропадет зрение и способность говорить, появляется онемение рук или паралич. В частности после ишемического инсульта наблюдается частое нарушение мелкой моторики.

Для восстановления после инсульта люди проходят длительную реабилитацию дома или в специализированных учреждениях. Как правило, чтобы восстановить мышечную активность люди выполняют ряд упражнений, перемещая небольшие предметы, или лепят из пластилина. Уже сегодня для этого начинают использовать специализированные нейроинтерфейсы, электронные тренажеры. Они позволяют более эффективно проводить реабилитацию с помощью электроники, однако, они практически все предназначены для использования в присутствии специалиста или не затрагивают продуктивное восстановление мелкой моторики.

Актуальность: сегодня около 1 млн. человек перенесших инсульт и ЧМТ. Более половины из них имеют двигательные нарушения и не проходят должной реабилитации. Многие существующие на рынке тренажеры не восстанавливают в должной степени мелкую моторику рук. Что приводит к ухудшению общего состояния, ведя к некрозу тканей, пролежням и язвам, парезам и даже полному параличу. Поэтому использование в реабилитации после неврологических заболеваний специализированных нейроинтерфейсов можно считать актуальным.

Проблема проекта: Существующие устройства на рынке в виде нейроинтерфейсов для реабилитации и оценки состояния скелетных мышц и нервов обладают большими габаритами и помехозависимостью, и практически все предназначены для использования в присутствии специалиста или не продуктивно восстанавливают мелкую моторику.

Цель: Создать программно-аппаратный комплекс для восстановления мышечной активности в виде игрового процесса.

Основным преимуществом устройства должна являться высокая компактность, надежность, независимость от помех и возможность применения в домашних условиях.

Задачи проекта:

  • vИзучить и проанализировать различные устройства для реабилитации после неврологических заболеваний;
  • vИзучить технологии нейрокоммуникации;
  • vРазработать требования к изделию и электрическую схему «резоматрицы»;
  • vСобрать прототип устройства;
  • vПроанализировать данные с датчиков;
  • vСоздать крепление на руку и пальцы в виде перчатки;
  • vНаписать программу для считывания движений и отправки на компьютер;
  • vСоздать игру для демонстрации возможностей и отработки навыков управления с помощью «резоматрицы».

Практическая значимостьданной работы заключается в том, что в дальнейшем наш комплекс может использоваться на дому в виде реабилитационного устройства для людей имеющих нарушения двигательного аппарата и мелкой моторики, делая оценку скелетных мышц и нервов.

Проект состоит из введения, главы 1, в которой рассмотрены теоретические вопросы и анализ существующих решений, главы 2, посвященной выработке идеи, конструированию, моделированию, техническому описанию устройства и заключения, дополнительного раздела, где представлен список литературы и приложения.

Глава 1. Поисковый этап

1.2.Аналоги устройств реабилитации после неврологических заболеваний и инсульта.

Рассмотрим несколько аналогичных устройств для реабилитации, в том числе те, которые могут подойти к восстановлению мелкой моторики:

1) Тренажер «ArmeoSenso» Тренажер используется для высокоинтенсивной двигательной терапии верхних конечностей. Представляет собой комплекс в виде нескольких браслетов, отслеживающих мышечную активность, переводя перемещения руки в игровой процесс. Комплекс направлен на терапию крупных мышц, но мелкую моторику практически не прорабатывает. Большая стоимость не позволительна обычному потребителю.

2) КАН «Регент» Лечебный костюм аксиального нагружения (ЛК) «Регент» является реабилитационным средством для активного восстановления навыков ходьбы и тренировки мышечной системы у пациентов после перенесенного ишемического инсульта, ЧМТ и ДЦП. Относиться к средствам группы проприоцептивной динамической коррекции. Данный костюм не обладает собственными электронными средствами оценки прогресса реабилитации и требует присутствия специалиста.

3) Тренажер «АrmeoSpring» Тренажер использует современную программу реабилитации двигательных функций верхних конечностей для пациентов с инсультами, травмами головного и спинного мозга и другими неврологическими патологиями верхних конечностей. Тренажер обладает большими габаритами и не имеет системы снятия биометрических данных, что затрудняет использование в домашнихусловиях.

Рассмотрев вышеперечисленные аналоги, мы пришли к выводу, что подобные устройства не предназначены для использования дома, не предлагают системы проработки мелкой моторики и оценки состояния скелетных мышц и нервов, и мы решили изготовить собственную конструкцию и учесть при этом недостатки всех представленных выше аналогов.

1.3. Обоснование возникшей проблемы и потребностей

В современных условиях проблема данного исследования носит актуальный характер. Об этом свидетельствует изучение поднятых вопросов по данной теме проекта. Проанализировав разновидности устройств, мы решили создать программно-аппаратный комплекс для восстановления мышечной активности в виде игрового процесса, слежки за состоянием человека во время реабилитации.

Технологии нейрокоммуникации могут применяться для лёгкого управления техническими средствами и взаимодействия с искусственным интеллектом и биомониторинга, прямой оперативной коммуникации, переживания чужого опыта, образования, совместного решения сложных задач, разрешения конфликтов, исследований рынка, программирования эмоций. Рынок нейрокоммуникаций выбран в качестве одного из ключевых в рамках российской Национальной технологической инициативы, в ней они именуется как «NeuroNet». Под этим термином понимается рынок средств человеко-компьютерного взаимодействия, основанных на передовых разработках в нейротехнологиях и повышающих продуктивность человеко-машинных систем, а также психических и мыслительных процессов [11].

В ходе работы над проектом, нам пришла идея управлять техническими объектами с помощью устройства, которое могло бы регистрировать мышечную активность рук, обрабатывать полученные данные и выводить обратную биологическую связь в виде управления компьютерной программой или виртуальными объектами.

1.4.Требования к проектируемому изделию и необходимые характеристики для устройства

После анализа существующих аналогов и потребностей рынка устройств реабилитации мы выработали следующие требования к «Резоматрице»:

1.Экологичность.

Это самое главное требование, которое напрямую влияет на здоровье людей. Достичь данного свойства удастся, лиши при использовании материалов, изготовленных из экологически безопасного сырья.

2.Безопасность:

  • •Помехоустойчивость позволит нашему устройству надежно работать в условиях производства и обеспечит высокую точность измерений;
  • •Комфортность, удобство в использовании
  • 3.Функциональность:
  • •Компактность позволит размещать множество дополнительных периферийных систем;
  • •Подстройка под ГРК (гальваническую реакцию кожи) и ЭМГ даст возможность пользоваться разработанным контроллером большому количеству людей;
  • •Ввод данных через естественные движения руки.
  • Для выполнения данных требований к нашему устройству нам пришлось придумать оригинальное решение, обладающее возможностью реализации.
  • 1.5.Экономическая и экологическая оценка будущего изделия

Конструкция, изготовленная из экологически безопасных металлов ,при правильном обращении не наносит вред окружающей среде. Так же эти материалы подлежат переработке.

Таблица 1

№/п. Наименование использованных материалов Цена за единицу Расход материалов на изделие Затраты на материалы, (руб.)
1. Микросхема УД 4 40 1 40
2. Микросхема КР1006ВИ1 34 2 68
3. Конденсаторы 6,8 uf 1.5 3 4.5
4. Конденсаторы 1000 pf 0.5 2 1
5. Конденсаторы 100 uf 4 3 12
6. Резисторы 10 Ком 0.2 4 0.8
7. Резисторы 7.5 Ком 0.3 3 0.9
8. Резисторы 100 Ком 0.3 5 1.5
9. Диод шотки 1N5817 2.5 5 12.5
10. Транзистор BCR-547 2.4 3 7.2
11. Транзистор BCR-347 2.1 3 6.3
12. Оптоволокно 100 1 100
13. Печатная плата 112 110х156 112
14. Разъем KN-2 10 1 10
15. Припой 2руб/грамм 40 грамм 80
16. Контроллер Роботология 3000 1 3000
17. Монтажные провода 5 15 75
18. Перчатка 100 1 100
19. Пассивные электроды 70 2 140
Итого: 3771.7

Глава 2. Разработка и создание «Резоматрицы»

2.1. Выработка и анализ идей. Проведение измерений и исследований

Для того, чтобы измерять электромиограмму, нам необходимо выяснить, где качественнее всего мы можем это сделать. Мы знаем, что биотоки, возникающие в руке, представляют собой переменный ток частотой от 10 до 400 Гц и напряжением от 7 до 36 милливольт. Частота и напряжение зависят от напряжения мышц руки. Немалую роль играет гальваническая реакция кожи – сопротивление кожи человека, которое влияет на измеряемые показания, если кожа тонкая, то можно легче регистрировать электромиограмму. Также, если человек потеет, то сопротивление кожи падает, однако если гальваническая реакция кожи будет слишком мала, то мы не сможем уловить амплитуду в показаниях датчиков. Чтобы найти место с оптимальными параметрами для снятия электромиограммы, мы провели экспериментальную работу [7].

Инструменты и приборы:цифровой вольтметр, блок питания, калиброванное сопротивление номиналом 10 Ом, электроды, проводящий гель для ЭКГ, ЭЭГ, этиловый спирт, вата.

Цель:Измерить сопротивление кожи в различных участках руки.

Ход работы:

Для измерения мы выбрали 3 участка руки нескольких человек: ладонь, боковые стороны фаланг пальцев, сгиб кисти, т.к. они больше всего подходят для управления и регистрации показаний.

Сопротивление участка цепи по закону Ома равно R=U/I.

Зная начальное напряжение, номинал калиброванного сопротивления и выходное напряжение можно легко вычислить ток.

Uвых =Uвх - Uпадение = Uвх – I*Rкожи

Перед измерением мы обезжирили поверхность кожи и смазали электропроводящим гелем. Затем подсоединили контакты и получили следующие усредненные значения (значения округленны):

1) Uвых =Uвх - Uпадение = Uвх – I*Rкожа ладони = 4.2В = 5- 0.0011А*80000Ом.

2) Uвых =Uвх - Uпадение = Uвх I*Rкожа пальцев = 3.7В = 5- 0.001А*130000Ом.

3) Uвых =Uвх - Uпадение = Uвх – I*Rкожа кисти = 3.4В = 5- 0.0009А*210000Ом.

Выводы: Вычисления показали, что наиболее оптимальным местом для снятия показаний подходит место боковых сторон фаланг пальцев, т.к. сопротивление кожи в данном месте соответствует всем параметрам.

Для того, чтобы мы могли подстроить показания, когда человек имеет иные значения или потеет, мы оснастили наш комплекс, разработанным нами датчик гальванической реакции кожи. Это позволит расширить функционал комплекса и избавиться от ГРК как от помехи.

2.2.Выбор электронных компонентов

Для измерений в нашем устройстве мы использовали контакты, покрытые золотом-999, т.к. золото обладает малым удельным сопротивлением и достаточной инертностью.

Изучая проблему фильтрации сигнала от промышленной частоты, мы придумали, как обезопасить наше устройство от нее: Промышленная частота – это частота 50 Гц в розетке. Из-за того, что почти все стационарные приборы, компьютерыи т.п. питаются от промышленной сети 50 Гц, кабели и провода, проложенные в зданиях, промышленных объектах создают серьезную помеху.

1)Использование гальванической развязки для питания «Резоматрицы». Гальваническая развязка – устройство, которое состоит из первичной и вторичной обмоток. Его функцией является обрыв непосредственного контакта с сетью. Это устройство по строению схоже с трансформатором, только практически не имеющее коэффициента преобразования, но имеющее сердечник вокруг и внутри обмоток. Такие устройства применяются повсеместно для питания в точных и сверхточных измерительных приборах;

2)Фильтр промышленной частоты представляет собой полосовой фильтр из каскада конденсаторов и резисторов, уменьшающих сигнал частотой 50 Гц в 60-65 раз и увеличивая полезную часть сигнала. Для передачи сигнала к контроллеру мы выбрали оптоволокно, т.к. на свет не влияет ЭМ помехи.

Для обработки данных в прототипе мы использовали контроллер «Роботология» т.к. он устойчив к механическим помехам, открытый в плане радиоэлементов и обладает соответствующей периферией. Также нам пришлось использовать элементы нестандартных номиналов (конденсаторы, резисторы и оптоволокно).

  • 1.3.Технология изготовления«резоматрицы». Конструирование и программирование

Создание «Резоматрицы» мы разложили в несколько этапов:

  • 1.Создание эскиза устройства;
  • 2.Разработка технического задания для АСКН-матрицы;
  • 3.Проектировка и инженерные расчеты;
  • 4.Моделирование работы устройства;
  • 5.Сборка и налаживание работы прототипа;
  • 6.Разведение платы в программе PCAD;
  • 7.Сборка устройства и написание программы обработки;
  • 8.Разработка взаимодействия устройства, компьютера и человека.

Для обработки данных мы выбрали контроллер Роботология, программируемый микроконтроллер ARM STM32 ядро Cortex M3.

Для получения данных мы использовали 16-битное АЦП.

Программа для регистрации показаний и отправки на компьютер написана на языке высокого уровня С++. Используемый интерфейс отправки UART.

Для разработки схемы и разводки платы мы использовали программу PCAD.

В ходе отладки схемы мы использовали: генератор низких частот, осциллограф, цифровой мультиметр, паяльник, термофен.

2.4.Техническое описание устройства и принцип работы

В ходе работы над проектом мы пришли к следующему техническому решению:

Аппаратная часть комплекса состоит из: матрицы контактов, коммутационного блока, дифференциального усилителя, блока синхронизации, фильтра промышленной частоты, датчика гальванической реакции кожи, преобразователя ток-частота, оптоволокна, контроллера для обработки данных.

  • 1.Матрица контактов состоит из позолоченных пластинок, зафиксированных на перчатке в области сгибов пальцев. Каждый из контактов обладает своими вольтамперными характеристиками, так как каждому контакту закреплен резистор с керамическим конденсатором разных пропорциональных номиналов. Такая структура позволяет определять по нарастанию и сглаженности сигнала показания с разных контактов через один включенный канал усилителя.
  • 2.Коммутационный блок представляет собой группу полевых транзисторов со сверхнизким сопротивлением канала для синхронизированной коммутации с разных электродов матрицы на неинвертирующий канал усилителя;
  • 3.Дифференциальный усилитель создан на основе микросхемы КР1446УД4,на входах усилителя стоят резисторы для ограничения входного тока. Микросхема запитана через сглаживающий конденсатор для стабильности работы при небольших перепадах напряжения. Коэффициент усиления 1000 раз = R2/R1.Усиление происходит в диапазоне 10-400Гц. Входное напряжение от 12-30 мВ AС, выходное напряжение 1,2-3В DC [8];
  • 4.Фильтр промышленной частоты представляет собой полосовой фильтр из каскада конденсаторов и резисторов, уменьшающих сигнал частотой 50 Гц в 60-65 раз и увеличивая полезную часть сигнала;
  • 5.Блок синхронизации состоит из микросхемы NE 555,резисторов для задачи частоты переключения и частоты синхронизации коммутационного блока и преобразователя ток-частота и конденсаторов по питанию, резисторов ограничивающих входной ток;
  • 6.Преобразователь ток-частота сделан на основе микросхемы КР1006ВИ1 , переключаемой нагрузки (кремниевый транзистор NPN и несколько резисторов), управляемой блоком синхронизации. При изменении нагрузки, меняется наполняемость импульсного сигнала.

В зависимости от уровня входного напряжения меняется частота включения светодиода в оптоволокне, таким образом, частота мигания - это напряженность мышцы на включенном канале, а длительность включения - это закодированный номер канала.

Такая структура позволяет сделать «Резоматрицу» соответствующей задуманным параметрам.

Модульная схема принципа работы:

Устройство представляет собой перчатку с интегрированными в нее позолоченными контактами и электроникой (АСКН-матрица), которые будут считывать мышечную активность и отправлять ее на микроконтроллер и компьютер для обработки. Считывание ЭМГ происходит постоянно. При сгибе пальцев на одном из электродов матрицы возникают биотоки, которые проходят через открытый полевой транзистор, резистор и конденсатор. Каждому электроду соответствует свой полевой транзистор, для поочередного включения на усилитель.

Далее сигнал поступает на неинвертирующий сигнал усилителя, где он усиливается в 1000 раз. Затем показания проходят через двойной Т-образный полосовой фильтр для высоких и низких частот, где приходит к следующему виду. Красным цветом выделены самые высокие сигналы.

После фильтрации сигнал поступает полевой транзистор, контролируя количество поступающего тока к преобразователю ток-частота. В зависимости от количества тока изменяется частота включения светодиода расположенного в оптоволокне. Продолжительность включения регулируется переключаемой нагрузкой, при подаче положительного сигнала на один NPNтранзисторов, изменяется величина сопротивления, задающего продолжительность импульса, в данном сравнении длительностью Т1 или Т2(то есть кодируя 2 канала матрицы).

Блок синхронизации поочередно включает полевые транзисторы и переключаемую нагрузку. При открытии первого транзистора коммутационного блока (КБ), одновременно открывается транзистор VT1 в переключаемой нагрузке, что позволяет закодировать в продолжительности включения светодиода, в группе импульсов, номер электрода матрицы.

Программа обработки сигнала работает по следующей схеме:

Реакция нейроинтерфейса согласно алгоритму программы

Появление показаний и измерение продолжительности импульса
Определение канала матрицы и счет количества импульсов
Измерение напряженности мышц на данном канале относительно калиброванных значений

Появление показаний и измерение продолжительности импульса

Задачей данной программы является обработка поступающих сигналов с «Резоматрицы». Изначально проходит калибровка показаний для подстройки. При появлении сигнала на входе контролера, он начинает измерять длительность импульса, чтобы определить с какого канала матрицы происходит считывание (в данном случае это Т1 или Т2).После этого идет подсчет количества импульсов с данной длительностью включения светодиода, если длительность изменяется, то контроллер сравнивает полученные значения относительно с калиброванными. В зависимости от напряжения мышц идет реакция нейроинтерфейса. Программа идет циклично. Алгоритм описан внизу, после списка литературы.

Для процесса реабилитации мы разработали игру в программе Scratch, в которой пациенту предстоит управлять зайцем, который должен собирать урожай прыжками. Команды подаются зайцу при выполнении восстановительных упражнений для мелкой моторики в виде жестов, легкого сгибания пальцев. Игровая среда позволит повысить мотивацию пациента и осуществлять контроль выполняемых упражнений, задавать последовательность их выполнения. Для начальной работы мы сделали три команды по сгибанию указательного и среднего пальцев. При сгибе указательного пальца заяц двигается влево, при сгибе среднего он двигается вправо. При одновременном сгибании двух пальцев персонаж начинает прыгать.

Таким образом, процесс реабилитации становится нескучным и продуктивным. Данные команды компьютер распознает с помощью программы отправки с контроллера, который детектирует приходящие сигналы с Резоматрицы.

2.5.Самооценка

Приложив усилия, фантазию и старания, мы создали программно-аппаратный комплекс на основе технологии адаптивной синхронно-контактной нейроматрицы (АСКН-матрица) для восстановления мышечной активности в виде игрового процесса, подходящий для использования в домашних условиях

В процессе работы у нас возникали определённые трудности: разработка принципиальной электрической схемы по необходимым параметрам, разработка алгоритма программы. В магазинах мы не нашли необходимый фильтр, нам пришлось изготовить фильтр с необходимыми параметрами самим. Работать над данным проектом было довольно занимательно, хоть и не просто, но очень интересно.

Можно сделать вывод, что спроектированное и изготовленное устройство востребовано на современном рынке, так же удовлетворяет заданным критериям и замыслу.

Разработанное устройство на наш взгляд имеет следующие преимущества перед аналогами:

  • 1.Малые габариты и достаточно высокая функциональность за счет технологии синхронизации коммутационного блока и преобразователя напряжение-частота;
  • 2.Информация с нейроинтерфейса передается по одному каналу с помощью оптоволокна, что позволяет освободить дополнительные каналы для дополнительных элементов и датчиков фотоплетизмографии, ЭМГ,ЭЭГ;
  • 3.Подстройка под психофизиологическое состояние человека;
  • 4.Контроллер воспринимает движения человека только в случае, если устройство надето на руку и инициализировано оператором
  • 5.Комплекс использует игровую среду, что повышает мотивацию пациента.

Недостатки:

  • 1.Ограниченность времени автономного действия, при автономной работе;
  • 2.Замена пассивных электродов.

Заключение

Цель работы заключалась в создании программно-аппаратный комплекс для восстановления мышечной активности. В ходе разработки и создания устройства были проанализированы множество возможных и уже существующих реабилитационных устройств. Планируется дальнейшая доработка прототипов.

Мы разработали критерии, представленные в 1 главе, и создали систему в соответствие с ними.

Цель работы достигнута: Получилось создать программно-аппаратный комплекс для восстановления мышечной активности в виде игрового процесса.

В процессе работы самым трудоемким был этап воплощения проекта в жизнь и разработка принципиальной электрической схемы по необходимым параметрам, разработка алгоритма программы. На каждом этапе работы мы сталкивались с определенными трудностями, например, из-за отсутствия необходимого фильтра в магазинах нашего города, нам пришлось изготовить фильтр с необходимыми параметрами самим. Работать над данным проектом было довольно занимательно, хоть и не просто, но очень интересно.

В данный момент «Резоматрица» проходит стадию наладки. Но уже сейчас наш проект получил положительную оценку от ведущих инженеров ПАО «МЗиК» г.Екатеринбурга и станкостроительного предприятия UNIMATIC.

Мы не хотим останавливаться на месте и поэтому продолжаем работу над проектом. У нас имеется интеллектуальная собственность, которую мы хотим защитить.

Предполагается следующий план дальнейшей работы над проектом:

  • 1.Создание и отработка экспериментальных прототипов - середина 2018 года;
  • 2.Доработка системы и подача патентных заявок - 2018-2019 года;
  • 3.Дальнейшая модернизация и подача заявки на программу поддержки «Старт» и «Умник».

В дальнейшем мы планируем усовершенствовать нейроинтерфейс, добавив возможность использования считывания прямой мозговой активности, и хотим доработать устройство для реабилитации различных групп мышц. Также расширить возможности устройства путем оптимизации работы электрической схемы, замены компонентов.

Команда проекта

Новик Даниил – разработка электроники, технического решения, программы обработки данных со схемы Резоматрицы.

Ильинский Александр – проведение исследований по изучению структуры ЭМГ, лабораторных работ по измерению ГРК.

Андреевских-Якоцук Ульяна – разработка системы интеграции матрицы на перчатку, разработка игры, проведение исследований по применению проекта, дизайн.

Список научной литературы

  • 1.Гальперин С.И. «Физиология и анатомия человека», М.: Высшая школа,1985г., 322с.;
  • 2.Еникеева А. «Российские учёные научат компьютер читать мысли», «Наука и технологии России», 2011-04-27;
  • 3.Конюх В.Л «Основы робототехники».М. :Высшая школа, 2008г. 288с.;
  • 4.Напалков А.В., Целкова Н.В «Информационные процессы в живых организмах», М.:., Высшая школа ,1985г.. 276с.;
  • 5.Пальчикова В.В., Нессонова О.А., Попов Д.П., Лазовская О.А. Технология. 5-9 классы. Организация проектной деятельности. – Волгоград: Учитель, 2009. - 270с.
  • 6.Попова Е.П., Клюева В.В «Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы», М.: Машиностроение,1985г, 345с.;
  • 7.Староха А. В., Давыдов А. В. Кохлеарная имплантация - перспективное направление слухопротезирования//Бюллетень сибирской медицины, 2004,№4, с.34—38;
  • 8.Справочник «Усилители низкой частоты – интегральные схемы» .М.: Патриот,1995г, 224 с.;
  • Интернет ресурсы:
  • 9.http://easyelectronics.ru/;
  • 10.http://neuromatix.pro/2015/04/30/potreb-neuro/;
  • 11.http://www.getchip.net/;
  • 12.https://vc.ru/18995-neurointerfaces/;
  • 13.http://habrahabr.ru/;
  • 14.https://search.rsl.ru/ru/record/01001723341/;
  • 15.http://radiokot.ru/;
  • 16.http://ru.wikipedia.org/;

Алгоритм программы

Intmainvoid

{

While (INFO_SYSTEM==0x03)//запуск системы при наличии команды старт

{

If ((digital_in1>50)&(digital_in2>100))//начать калибровку при наличии порогового сигнала

{

Up_delay=Up_delay+1;//измерение времени горения светодиода

Delay ms (1);

}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

If ((digital_in1<50)&(digital_in2>100))//начать калибровку при наличии порогового сигнала и нажатой кнопки

{

TMP1 = Up_delay;

Up_delay = 0;

If ((TMP1 < T1 + 2)&(TMP1 >T1 - 2))//определение канала матрицы

{

Possition1 = Possition1 + 1;

Delay ms (2);

TMP1 = 0;

}

\//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

If ((TMP1 < T2 + 2)&(TMP1 >T2 - 2))//определение канала матрицы

{

Possition2 = Possition2 + 1; Регистрация импульса ко второму каналу

Delay ms (2);

TMP1 = 0;

}

}

\//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

If ((Possition2 =40)&( Possition1=25))//определениеканаламатрицы

{

SERVO1_POSITION = 1000;

Possition2 =0; Possition1 =0;

Delay ms (20);

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////ПРОГРАММА ОТПРАВКИ

if (INFO_LOAD ==1 ) //zapusk PROGRAM

{

CNT_SK14 =CNT_SK14 +1; // SEND DATA TO SK 1.4

////////////////////////MODE//////////////////////////////////////////

switch (CNT_SK14) {

case 0 :

SK14_SHANNEL =15,SK14_DATA=4; break;///

case 1 :

SK14_SHANNEL =15,SK14_DATA=4,DELAY_ms(10); break;///

case 2 :

SK14_SHANNEL =6,SK14_DATA=((255 -INFO_FBL) * 4); break;/// SK14_SHANNEL =6,SK14_DATA=(INFO_FBL * 4); break;///

case 3 :

SK14_SHANNEL =0,SK14_DATA=(INFO_L * 4); break;///

case 4 :

SK14_SHANNEL =1,SK14_DATA=INFO_R * 4; break;///

case 5 :

SK14_SHANNEL =2,SK14_DATA=INFO_IN1 * 4; break;///

case 6 :

SK14_SHANNEL =3,SK14_DATA=1; break;///

case 7 :

SK14_SHANNEL =4,SK14_DATA=INFO_IN1 * 4; break;///

case 8 :

SK14_SHANNEL =5,SK14_DATA=(255 -INFO_FBR) * 4; break;///

case 9 :

SK14_SHANNEL =7,SK14_DATA=(INFO_TIME_s * 104)/10+1; break;///

case 10 :

CNT_SK14 =0; break;///

//default:

//SK14_SHANNEL =0,SK14_DATA=0; break;///

}//END case

////////////////////////////*****6ms*****///////////////////

s.sk14(SK14_SHANNEL, SK14_DATA);// SEND INDEX ROBOT TO SK 1.4

INFO_LOAD =0; //

}

else

{

}

}

Автономный космический корабль, без оператора ориентируется на поверхности планеты. На роботе установлены два датчика. Датчик остановки: если робот упирается в какое-либо препятствие, срабатывает датчик и робот останавливается. Активируется второй датчик. Фотодатчик: этот датчик считывает цвет препятствия. Если препятствие светлое, то робот поворачивает налево, если тёмное – направо, и продолжает движение по прямой. Таким образом, космическому кораблю можно задать маршрут, настроив угол поворота.

ВВЕДЕНИЕ

Планетоход — это аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты. Все когда-либо использовавшиеся в космосе планетоходы были либо транспортными, для передвижения членов экипажа космической экспедиции, либо исследовательскими — дистанционно управляемыми роботами.

Теоретически возможно также использование планетоходов для проведения строительных работ, как передвижных ретрансляторов и передвижных убежищ. Кроме того, подобные планетоходам дистанционно управляемые аппараты могут использоваться на Земле для выполнения работы, опасной для людей — например, при разминировании или в условиях высокой радиоактивности.

Основной целью работы над моим проектом является создание прототипа автономного робота-планетохода для работы на поверхности различных планет.

Задачи:

1.Собрать информацию о существовании аналогов автономного планетохода.

2.Собрать работающую модель устройства.

3.Написать и установить программу в устройство.

4.Провести тестирование робота.

Новизна заключается в том, что искусственный интеллект робота собран из российского оборудования ROBOTOLOGIA с мультипроцессорным робоконструктором «Робоград». Сам робот является результатом сотрудничествалаборатории робототехникинашего лицея и российской фирмы «Роботология».

ГЛАВА I

1.1ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СУЩЕСТВОВАНИИ АНАЛОГОВ АВТОНОМНЫХ ПЛАНЕТОХОДОВ

Планетоход — это космический аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты или небесного тела. Некоторые планетоходы были сконструированы для перемещения членов экипажа космической экспедиции; другие были дистанционно управляемыми, частично или полностью автономными роботами. Планетоходы доставляются на поверхность планеты при помощи специальных космических кораблей — посадочных модулей.

Назначение

Все когда-либо использовавшиеся в космосе планетоходы были либо исследовательскими, либо транспортными. Теоретически возможно также использование планетоходов для проведения строительных работ, как передвижных ретрансляторов и передвижных убежищ. Кроме того, подобные планетоходам дистанционно управляемые аппараты могут использоваться на Земле для выполнения работы, опасной для людей — например, при разминировании или в условиях высокой радиоактивности.

Преимущества и недостатки

Планетоходы обладают несколькими преимуществами перед неподвижными аппаратами: они обследуют бо́льшую 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.

Преимущества перед орбитальными аппаратами — это способность проводить исследования объектов размером вплоть до микроскопического и выполнять эксперименты. Недостатками по сравнению с орбитальными аппаратами является более высокая вероятность неудачи миссии, вследствие сложности посадки или других проблем и ограниченность исследуемой площади районом места приземления (который может быть задан лишь приблизительно).

Требования и особенности

Планетоходы доставляются на объект исследования космическими кораблями и работают в условиях, сильно отличающихся от земных. Это вызывает некоторые специфические требования к их устройству.

1)Надежность

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

2)Компактность

Объем космических кораблей ограничен, поэтому в конструкции планетоходов и при их укладке уделяется внимание экономии пространства. Может складываться ходовая часть планетохода, либо аппарат в целом; также выполняется крепление аппарата к кораблю. Устанавливаются средства развертывания планетохода в рабочее положение и отделения от посадочного модуля. Так, крепления марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити» к их посадочным модулям удалялись при помощи небольших пиротехнических зарядов.

3)Дистанционное управление и автономность

Планетоходы (и другие аппараты), находящиеся на небесных телах, значительно удаленных от Земли, не могут управляться в режиме реального времени из-за значительной временной задержки приёма отправленных команд управления и сигналов обратной связи от аппарата. Задержка возникает, поскольку радиосигналу требуется время, чтобы дойти до удаленной планеты или от неё до Земли. Поэтому такие планетоходы способны некоторое время функционировать, в том числе передвигаться и выполнять исследования, автономно благодаря заложенному в них программному обеспечению, получая команды лишь время от времени.

ГЛАВА II

2.1 ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЮ

При разработке конструкции робота, я решил, что мой робот должен соответствовать следующим требованиям:

1.Малый расход материалов (экономичность).

2.Изделие должно быть выполнено из материалов, экологически безопасных.

3.Небольшие затраты времени на изготовление.

4.Изделие должно быть функциональным.

5.Изделие должно быть прочным.

6.Изделие должно быть удобным и безопасным в эксплуатации.

7.Изделие должно выглядеть эстетично.

2.2 УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТА

Автономный космический корабль, без оператора ориентируется на поверхности планеты.

На роботе установлены два датчика.

Датчик остановки: если робот упирается в какое-либо препятствие, срабатывает датчик и робот останавливается. Активируется второй датчик.

Фотодатчик: этот датчик считывает цвет препятствия. Если препятствие светлое, то робот поворачивает налево, если тёмное – направо, и продолжает движение по прямой.

Таким образом, космическому кораблю можно задать маршрут, настроив угол поворота.

Корпус сделан из пластика с помощью 3D ручки. Корпус легко снимается для быстрого доступа к контроллеру.Также продуман механизм быстрого съёма винтов для удобной транспортировки робота. Винты на роботе сделаны механически подвижными.

Винты космическому кораблю предлагаются в качестве альтернативного источника энергии, переводящего механическую энергию в электрическую. Например, подобные источники энергии возможно использовать на Марсе во время песчаных бурь, когда солнечные батареи бесполезны.

Электрическая схема соединения узлов робота

Объявления

Я – Радиоинженер

Молодежный проектный центр радиоэлектронных систем

Партнеры:

ИнФО УрФУ – Генеральный партнер в проведении проектной практики

Роботология – Российское оборудование для программирования и конструирования роботов

Уральский клуб нового образования – общественная организация, которая разрабатывает и реализует социально-образовательные проекты

Архив событий:

проектный практикум 3 курса

проектный практикум 4 курса

Молодежный космический форум – 2019 (VI Семихатовские чтения)О Форуме-2019 Новое

Школа наставников - 2018 “Как создать проект в новом технологическом укладе” Актуальное

Проектная практика для студентов Института фундаментального образования УрФУСобытие

Молодежный космический форум - 2017 (Четвертые Семихатовские чтения)Конкурс

Выбор темы работы для участия в IV Семихатовских чтенияхО Форуме-2017

Подписка на новости
Контакты

Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

Тел.: +7 (343) 355-93-88

info@cosmoport.club