Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Разработка модели всенаправленных гусениц для различной техники.
НТТМ-2017-0832 | Категория I

Автор:

Стюфляев Олег Викторович

Научный руководитель:
Якубова Маргарита Евгеньевна
Организация:
ГБУ ДО «Центр дополнительного образования Липецкой области»,
Липецкая область, Липецк
Цель работы
В любой сфере деятельности человека очень важную роль играет время. А его экономия высоко ценится. Также, например, на предприятиях или складских помещениях, немаловажную роль играет экономия места. Вышеупомянутого можно добиться путём увеличения маневренности различной техники. Решением вышеописанной проблемы в нашей работе является увеличение манёвренности военной (роботы-сапёры, различная боевая бронетехника), промышленной и, возможно, хозяйственной техники, посредством замены обычной ходовой части, всенаправленными гусеницами.
Обзор предметной области
Мы проанализировали многие источники и нашли нечто нам нужное у японских робототехников. Оказывается, что существует некая технология всенаправленного шара, которая может позволить двигаться гусеничной конструкции во всех направлениях. Она состоит из двух полушарий, связанных короткой осью. Вращаться они могут как независимо, так и «в тандеме», как части целостного шара. Это очень оригинальное решение, но конструкция этой технологии всенаправленного шара весьма сложная, а, как известно, чем сложнее конструкция, тем она хрупче. И над конкретным применением японцы пока что не задумывались.
Но мы такими технологиями не располагаем, поэтому было решено создать прототип всенаправленных гусениц, не прибегая к зарубежным технологиям. При чём сделать это нам позволили детали наборов LEGO MINDSTORMS, а также детали, которые мы смоделировали и напечатали на 3d принтере. Однако опыт японских коллег сильно нам помогли создании конструкции прототипа всенаправленной гусеницы.
Также раньше я провел исследование в области всенаправленных ходовых частей и изучил достоинства и недостатки каждого вида (сферические колеса, всенаправленное шасси, поворотные колёса) и даже создал прототип роботизированной тележки с всенаправленным шасси. Но в данной работе я пришёл к выводу, что в случае, когда возможными сферами применения технологии всенаправленной ходовой части являются военная и промышленная отрасли, на ходовую часть будут оказываться постоянные большие нагрузки. Поэтому я решил использовать за основу гусеницы, тем более, что я видел путь упрощения сложных аналоговых технологий. После этого стала проводиться работа по созданию всенаправленной гусеницы.
Описание результатов проекта
В процессе работы нами была выдвинута гипотеза, что если усовершенствовать ходовую часть вышеописанной техники, на всенаправленную конструкцию, то это позволит машине менять вектор своего движения без осуществления поворота, как такового. Также логично предположить, что на новые шасси будет оказываться прежняя высокая нагрузка, поэтому за принцип движения вперед-назад мы взяли гусеницы. Оставалось только придать этим гусеницам необходимые свойства и добавить в систему несколько дополнительных двигателей. Мы проанализировали многие источники, включая проверенные сайты научно-популярных газет и некоторых частных компаний, и нашли нечто нам нужное у японских робототехников. Оказывается, что существует некая технология всенаправленного шара, которая может позволить двигаться гусеничной конструкции во всех направлениях. Она состоит из двух полушарий, связанных короткой осью. Вращаться они могут как независимо, так и «в тандеме», как части целостного шара. Но мы такими технологиями не располагаем, поэтому было решено создать прототип всенаправленных гусениц, не прибегая к зарубежным технологиям, а лишь используя их опыт. При чём сделать это нам позволили унифицированные детали наборов LEGO MINDSTORMS, а также детали, которые мы смоделировали и напечатали на 3d принтере.
Далее нам предстояло перенести физические свойства нашего прототипа в реальные условия, путём теоретических расчётов и исследования соответствующих видеоматериалов. Во время расчётов мы использовали общие формулы, приводимые в работе С.В. Кондакова, С.И. Черепанова «МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГУСЕНИЦ С ГРУНТОМ ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕМСЯ ПОВОРОТЕ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ».
Было установлено, что аналогов данной концепции (идея применения в современной технике всенаправленных гусениц) - нет. При чём сама концепция гусениц намного проще японского аналога, что позволяет использовать эту конструкцию, как основу для создания крупного действующего прототипа, который уже можно было бы применять в различной технике.
Описание применимости
Возьмём за пример управляемые робототехнические комплексы по разминированию каких-либо территорий. Для этого мы воспользовались видео- и текстовыми материалами, предоставленными сайтами научно-популярных газет, таких как «Популярная механика», «Warspot». Выяснилось, что у роботов сапёров, при скорости 40 км/ч, радиус объезда составляет от 10 метров (при отсутствии заноса). Это может создать проблемы в экстренной ситуации.
Эту проблему можно решить добавлением в конструкцию роботов-сапёров сверх манёвренной ходовой части. На данный момент есть несколько видов такого шасси: всенаправленное колесо, поворотное колесо, сферическое шасси и недавно появившиеся всенаправленные шары. Но для роботов-сапёров будет лучше использовать гусеницы, именно поэтому нашу разработку всенаправленных гусениц будет использовать приоритетнее, чем остальные вышеописанные всенаправленые технологии. Усовершенствование данной техники позволит экономить время на участке разминирования, а также повысит безопасность работы.
Также наша разработка применима в промышленной технике: например, для замены обычной ходовой части у погрузчиков нашей всенаправленной. Это позволит экономить место на складах, а также время, тратящееся на транспортировку грузов.
Дальнейшее развитие проекта
Далее нам предстоит тщательней продумать конструкцию гусеничных траков, а также мы планируем перенести наш прототип с платофрмы LEGO на Arduino, что позволит нам уменьшить в объеме электронную "начинку" гусениц, а также использовать более компактные моторы, что позволит уменьшить вес конструкции, ведь использование пластмассовых деталей ограничивает нас в эксплуатации. Планируется моделирование и печать корпуса, который защитил бы конструкцию от испытаний "в полевых условиях". На данный момент ресурсов в центре дополнительного образования хватает, чтобы дальше работать над данным проектом. Также необходимо содействие с экспертами, компетентными в вопросах моего проекта, чтобы знать в какую сторону корректировать движение вперед.

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