Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Проект технологической платформы для разработки автономных мобильных роботов
НТТМ-2017-1703 | Категория I

Автор:

Лапшинов Степан Александрович

Научный руководитель:
Юдин Антон Владимирович
Организация:
ГБПОУ «Воробьевы горы»,
Москва
Цель работы
Цель работы – на примере создания соревновательного автономного мобильного робота разработать и продемонстрировать технологию разработки автономных мобильных роботов в условиях современной лаборатории цифрового производства, обеспечив сочетание использования различных станков лаборатории.
Обзор предметной области
Разработка современного автономного мобильного робота — трудоемкий и затратный процесс. Для полноценной реализации функций движения и определяемых условиями задачи прикладных функций требуется командная разработка в таких направлениях как: механика, электроника и программное управление.

До недавнего времени разработчики подобных решений для производства прототипов и итоговых версий роботов пользовались услугами профессионального производства: готовили чертежи, отдавали их на производство, собирали конечное устройство из изготовленных деталей, вносили поправки в чертежи. Данный процесс требует значительных материальных и временных затрат уже на начальном этапе разработки, этапе прототипирования. В настоящее время для ускорения и удешевления этапа прототипирования подобных робототехнических проектов предлагается использовать возможности лабораторий цифрового производства.

Лаборатории цифрового производства появились в доступном для широкой аудитории виде относительно недавно, около 3-4 лет назад. Изначально ориентированные на студенческую аудиторию, они постепенно начали включать в круг пользователей и школьников, и взрослых людей разных профессий, заинтересованных творческой технической работой.

Изначально подобные лаборатории не создавались для обучения — в их стенах предполагалось только изготавливать различные детали, но вопрос обучения в подобных лабораториях сейчас стоит наиболее остро, поскольку интерес к индивидуальному производству с каждым днем возрастает в том числе и в среде неспециалистов, подчас не имеющих предварительного технического образования. Кроме того, бурный технологический рост дает быстрое обновление станочного парка, что приводит к необходимости освоения новых или обновленных функций оборудования.

Участие в соревнованиях мобильных роботов позволяет освоить все станки современной лаборатории цифрового производства в комплексе и взаимосвязи.

Участие в соревнованиях мобильных роботов также позволяет постепенно разрабатывать технологическую платформу, на базе которой в дальнейшем возможен быстрый и минимально затратный старт коммерческого робототехнического проекта.

Работоспособность системы гарантируется постоянной апробацией наработок в условиях соревнований.
Автор представляет способ, который может помочь освоить станки современной лаборатории цифрового производства, а также технологическую платформу на базе которой можно быстро и дешево прототипировать робототехнические и технические системы (например, мобильные роботы-помощники, автономный транспорт, станки с числовым программным управлением и т.п.). Использование платформы позволяет создавать устройства в короткие сроки, при этом не ограничиваясь исключительно программированием, а создавая в том числе и корпусные элементы.

Промежуточные результаты работы опубликованы в научных статьях:
Лапшинов С.А. Автономный робот-исследователь с механизмом защиты от ультрафиолетовых лучей // Сборник научных трудов. 18-ая молодежная международная научно-техническая конференция "Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2016". – М.: изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 20 апреля 2016 г. – с.269-273.

В работе применен опыт участия в учебном проекте 2016 года:
Учебный стенд для практического изучения ультразвуковых волн (Разработчики: Степан Лапшинов, Владимир Кириленко, Мария Гормакова, Дмитрий Затекин. Педагоги, руководители проекта: Сухоцкий В.А., Юдин А.В. ГБПОУ “Воробьевы горы”, Центр Технического Образования).
Описание результатов проекта
В ходе работы был получен опыт работы в современных системах автоматизированного проектирования (САПРах) и использовании современных станков с числовым программным управлением. В итоге была доработана технологическая платформа для создания мобильных роботов, которую можно использовать как для обучения других людей работе на современных станках в лабораториях современного производства, так и ускорения процесса разработки робототехнических систем.

Работа над данным проектом показала, что умение использовать современное оборудовании является неотъемлемой частью существующей инженерной практики.

Исследования и разработка проекта проходили на базе Центра Технического Образования ГБПОУ "Воробьевы горы" при технологической поддержке ЦТПО ФабЛаб НИТУ «МИСиС».

Краткое содержание работ:
- Анализ правил соревнований Евробот.
- Моделирование технического устройства и ситуаций в которых оно будет использоваться.
- Подбор технических решений для реализации необходимых измерений, исполнительных механизмов, электронных систем управления, обеспечивающих нужную скорость обработки данных.
- Разработка и изготовление деталей системы на станках лаборатории цифрового производства.
- Синтез устройства (датчики, контроллер, исполнительные устройства).
- Экспериментальная проверка выбранных подходов к разработке - апробация в условиях соревнований.

Для построения устройства, помимо прочих конструктивных элементов и материалов, использованы программируемые сетевые серво-приводы, аналоговые серво-приводы, датчики-дальномеры, микроконтроллерное управление.

В работе использованы новейшие и наиболее востребованные технологические возможности лабораторий цифрового производства: станок лазерной резки, прецизионный фрезерный станок, 3D принтер, станок гибки пластика.

В работе рассмотрены вопросы создания небольшого автономного мобильного робота в условиях современной лаборатории цифрового производства. Робот решает актуальные прикладные задачи по манипулированию объектами окружающей его среды, реагирует на некоторые события в этой среде. Автор рассматривает данный проект как прототип, который может найти со временем свое применение в обыденной жизни каждого человека. Робот изначально разрабатывался для участия в соревнованиях мобильных роботов Евробот, но главной задачей автор видит разработку технологической платформы, которую он создает и проверяет в процессе участия в соревнованиях. Подобная система позволит оперативно создавать робототехнические системы высокой сложности в будущем.

В России и в мире пока не существует полноценного подхода к использованию возможностей лабораторий цифрового производства для обучения эффективному использованию станков. Работа автора позволяет заполнить данный пробел и дать эффективный инструмент обучения тем, кто в нем нуждается.

Основным непосредственным результатом работы стал оригинальный мобильный робот способный автономно справляться с рядом заданий правил Евробот 2016. Робот был успешно апробирован на нескольких этапах национальных соревнований мобильных роботов Евробот 2016 года и был отобран и допущен до международного Финала во Франции. Ряд решенных вопросов включающих программы управления движением и обработки данных с датчиков, а также конструктивные решения по установке исполнительных механизмов и двигателей позволяет говорить о возможности повторного использования уже разработанных элементов в новых проектах мобильных роботов.
Описание применимости
Описанная технологическая платформа (технология разработки): грамотное сочетание станков, последовательность разработки и необходимая материальная часть – позволит в будущем создавать робототехнические решения быстрее, что актуально для всех отраслей промышленности.

Элементы авторской работы уже используются в качестве методических пособий в лаборатории робототехники центра технического образования ГБПОУ "Воробьевы горы", где обучается автор.
Дальнейшее развитие проекта
Дальнейшее развитие проекта предполагается как в сфере соревновательной робототехники (участие в последующих соревнованиях) для усложнения системы и отработки предлагаемых подходов, так и в прикладной сфере разработки базового решения для станка с числовым программным управлением (универсальной платформы для создания различных по назначению станков в зависимости от устанавливаемой головки станка: фрезерный, 3Д-принтер, сканер и т.п.). Одним из приоритетных направлений автор считает окончательное завершение описания разработанной технологической платформы в виде методического пособия для школьников и студентов, посещающих лаборатории цифрового производства. Издание такого пособия позволит привлечь молодежь к занятиям техническим творчеством (робототехникой) и даст понимание эффективного использования современных станков индивидуального производства по требованию. Это в свою очередь даст нашей стране новые квалифицированные кадры для осуществления перехода к новому технологическому укладу.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ