Описание проекта (2705 Kб)

МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ОРЕНБУРГСКОЕ ПРЕЗИДЕНТСКОЕ КАДЕТСКОЕ УЧИЛИЩЕ
«ПЕСОЧНЫЙ МИР»
Номинация: Лучший проект по робототехнике с Lego
Выполнили:
кадет 6 класса Яшников Павел
кадет 6 класса Чекрыгин Кирилл
Руководитель проекта:
преподаватель отдельной
дисциплины информатики и ИКТ,
технологии - Лукьянов Владислав
Геннадьевич
г. Оренбург
2013 г.
Содержание:
Введение ................................................................................................................................. 3
Цели и задачи проекта "Песочный мир" ............................................................................. 6
Требования к устройству: ..................................................................................................... 6
Этапы работы над проектом ................................................................................................. 6
I этап. Работа с песком .......................................................................................................... 6
II этап. Устройство песочного принтера: проектирование и построение ........................ 7
III этап. Написание программы ............................................................................................ 7
IV этап. Анализ результатов выполненных работ .............................................................. 7
Отчет о проделанной работе ................................................................................................ 9
Список использованной литературы: ................................................................................ 10
Фотоотчет о проделанной работе........................................................................................11
Видеоотчет о проделанной работе ..................................................................................... 13
Введение
Здравствуйте, мы представляем команду Оренбургского
президентского кадетского училища, я – Яшников Павел, а меня зовут
Чекрыгин Кирилл. Сейчас мы расскажем о нашем проекте, над
которым мы работали с января 2013 (две тысячи тринадцатого) года.
Для команд, принимающих участие в творческой категории WRO2013, в январе была поставлена задача разработать и создать робота,
предназначенного для охраны Объектов всемирного наследия
ЮНЕСКО.
К Объектам всемирного наследия сейчас относят 962 культурных и
природных объекта, которые имеют уникальную ценность.
Мы долго думали над идеей создания робота, просмотрели
множество объектов всемирного наследия ЮНЕСКО, в списке мы
обнаружили несколько пирамид, например – Египетские пирамиды,
пирамиды древней цивилизации Майя. Нас это заинтересовало, потому
что пирамиды имеют одинаковые характеристики и, несмотря на то,
что они располагаются в разных странах –
они имеют схожую конструкцию, в них есть
какая-то загадка, которая привлекает. Нас
также заинтересовало задание основной
категории, которое посвящено построенной
приблизительно в 9 веке буддийской ступе.
Ступа имеет вид пирамиды и называется –
Боробудур. Она входит в состав храмового
Рис. 1.
комплекса с традициями буддизма, и
Боробудур
расположена в центральной части острова
Ява (Индонезия) рис. 1..
В качестве охраны объекта всемирного наследия ЮНЕСКО мы
выбрали буддийскую ступу Боробудур. Нашей целью является создание
такого робота, который будет привлекать внимание общественности и
туристов, тем самым поможет привлечь средства для реставрации и
сохранения этой реликвии.
После того как мы выбрали объект, у нас встала проблема о
выборе принципа работы робота и способов сохранения реликвии.
Можно сделать автоматизированное устройство, которое будет ездить
по периметру, и охранять объект, но от кого и зачем? Можно сделать
автономное устройство, которое будет анализировать изменения,
например коррозию камня из которого сделана ступа, чтобы на
основании полученных выводов вовремя выполнить реставрационные
работы, но:
 во-первых, для постройки устройства, анализирующего состояние
ступы, необходимо провести множество исследований, иметь базу
данных предыдущих состояний, что по понятным причинам мы
сделать не можем;
 во-вторых, подобное устройство может само нанести вред
постройке при перемещении по самому объекту или его периметру;
 в-третьих, это устройство будет нуждаться в дополнительных
сооружениях, которые изменят первоначальный вид;
 в-четвертых, оно должно следить за объектом без перерыва,
следовательно, будет мешать туристам.
В результате выше указанных рассуждений, мы пришли к выводу,
что это должен быть такой робот, который будет привлекать внимание.
При этом, желательно, чтобы
он был уникальным, робот
должен быть компактным и
выполнять свою задачу и
приносить пользу в любой
точке нашей планеты, кроме
того, он должен быть связан с
искусством.
Для
того
чтобы
окончательно определиться с
целью действий робота, мы
сначала
просмотрели
фотоотчет
о
поездке
в
прошлом году в г. КуалаЛумпур,
на
WRO-2012
команды из нашего училища.
Посмотрев фотографии с
Рис. 2.
поездки, мы увидели на
Узор из цветного песка на полу у входа в
некоторых
фотографиях гостиницу Pyramid Tower Hotel, г. Куала-Лумпур
рисунки, выложенные на полу
из песка (их выкладывают в гостиницах рис. 2., торговых комплексах,
перед башнями рис. 3. и во многих других общественных местах).
Далее
мы
начали
изучать
фотографии "пирамиды" Боробудур и
пришли к выводу, что если на нее
смотреть сверху, то она напоминает
красивый узор.
Подробнее
изучив
рисунки,
сделанные из песка, мы узнали, что
буддисты тоже делают рисунки из
песка, которые называются мандалами.
Мандала
–
сакральное
Рис. 3.
схематическое
Узор из цветного песка на полу у входа в башню изображение
либо
Менара,
конструкция,
г. Куала-Лумпур
используемая
в
буддийских и индуистских религиозных практиках1
рис.4.
Храмовый комплекс, в котором расположен
Боробудур, – тоже буддийский.
На основании наших изучений и рассуждений
мы решили построить такое автоматизированное
устройство (робота), которое будет рисовать узоры
из песка. Таким образом, это устройство
Рис. 4.
удовлетворит все ранее выдвинутые нами Узор мандала, из песка
требования:
Актуальность данного робота выражается в том, что рисунки из
песка популярны, потому что своей красочностью привлекают
внимание и ни один человек не сможет пройти мимо, не обратив на
него внимание. Очень сложно сделать рисунок из песка, не имея опыта.
Уникальность заключается в том, что мы не смогли найти в
глобальной сети Интернет, ни одного устройства, которое бы
составляло узоры или рисунки из песка автоматически.
Кроме того, робота можно поставить на улице или в помещении,
перевести в любую точку Земли.
1
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%ED%E4%E0%EB%E0
Так как основной нашей задачей этого
проекта будет являться реклама буддистской
пирамиды Боробудур, то и большая часть заранее
заложенных узоров должна быть посвящена либо
буддизму, либо наброскам самой ступы. Чтобы
определиться с рисунками, которые можно
рисовать на буддистские темы, мы связались с
одним из московских буддистских обществ. Нам
посоветовали рисовать определенные мандалы, в
том числе и вид сверху на Боробудур, который, как
Рис. 5.
оказалось, имеет вид мандалы рис.5.
Узор мандала, вид на
В связи с тем, что «песочные мандалы со
Боробудур сверху
всеми их узорами и атрибутами относятся к
Тибетской буддийской традиции", то мы сможем делать рисунки не
только в виде "мандал".
Цели и задачи проекта "Песочный мир"
После того, как мы определились с темой проекта и работой
робота, необходимо выполнить ряд исследований, и экспериментов,
направленных на достижение основной цели: собрать устройство,
которое будет строить многоцветное изображение любой сложности из
песка.
Сформируем требования к нашему роботу, который решили
назвать «Песочный мир»:
Требования к устройству:
 Устройство должно быть автономным, и выполнять весь процесс
нанесения рисунка песком без помощи оператора.
 Рисунок должен быть цветным.
 Устройство должно быть не громоздким и не тяжелым, а
габариты позволять спокойно переносить или перевозить в
различных видах транспорта на любые расстояния.
 Устройство должно быть простое в эксплуатации, быстро
разбираться и собираться.
 Должен выполняться принцип: установил и работай.
 Рисунок должен наноситься на любую подготовленную ровную и
гладкую поверхность: в виде листа бумаги, деревянную или
пластиковую поверхность в виде доски, ламината, гранита,
бетона, асфальта и т. п.
Этапы работы над проектом
Для того чтобы "Песочный принтер" удовлетворил выше
изложенные требования необходимо выполнить ряд исследований и
экспериментов по трем направлениям. Каждое направление должно
выполняться друг за другом, после чего нужно отладить устройство и
получить в результате работоспособное устройство, таким образом, мы
получаем 4 этапа:
I. этап изучения свойств песка и возможности нанесения песком
рисунка;
II. этап формирования требований параметров и характеристик
устройства, построение робота.
III. Составление алгоритма работы программы, выбор языка
программирования, написание программы.
IV. Отладка конструкции и алгоритма программы, финальное
тестирование.
I этап. Работа с песком
Данное устройство невозможно спроектировать, если не известны
физические качества и основные принципы работы с песком. Нужно
знать, как ведет себя песок в тех или иных условиях, как и каким
образом, поместить его на рабочую область рисунка. Перед
проектированием необходимо выполнить ряд исследований и
экспериментов, направленных на изучение свойств песка в различных
условиях и возможностей его применения. Для этого необходимо
решить:
Задачи:
1. Изучить свойства и виды песка.
2. Изучить историю применения песка в качестве материала для
рисования.
3. Определить возможность формирования из песка различных форм
или узоров.
4. Определить способы нанесения узора из песка в ручном или
автоматическом режиме.
5. Определить возможность и способы формирования плоского
изображения.
6. Определить возможность и способы формирования рельефного
изображения.
7. Определить возможность и способы формирования объемной (3d)
фигуры.
II этап. Устройство песочного принтера: проектирование и
построение
После того как выявлены свойства песка, а также способы
получения изображения, можно перейти непосредственно к
проектированию устройства, которое и будет впоследствии выполнять
поставленную цель. Второе направление это процесс проектирования
самого устройства, всех его узлов и компонентов. Экспериментальная
составляющая этой части состоит из построения различных вариантов
устройства. Таким образом, чтобы получить прототип устройства
можно использовать в качестве наиболее доступных запчастей детали
конструктора Lego Mindstorms, а также других подручных материалов.
Для полноценного выполнения данного этапа необходимо
выполнить следующие задачи и исследования:
1. Исследовать следующие устройства: станки с ЧПУ, фрезерные
станки с ЧПУ, 3d принтеры, их устройство, параметры и принцип
работы.
2. Определить габариты устройства и максимальные размеры
изображения.
3. Определить способы перемещения головки с песком по рабочей
области.
4. Определить способ выпуска песка из контейнера (экструдера).
5. Определить способы нанесение песка разными цветами.
6. Определить варианты размещения контейнеров с разным цветом
песка.
III этап. Написание программы
Любое автономное устройство должно обладать алгоритмом
поведения. В данном случае необходимо составить такой алгоритм,
который был бы универсальным и подходил для получения заранее
заготовленных и не заготовленных узоров. Для написания программы
нужно решить следующие задачи:
1. Составить алгоритм движения всех деталей робота в ручном и
автоматическом режиме.
2. Составить алгоритм управления экструдером.
3. Составить алгоритм смены песка разного цвета.
4. Составить алгоритм нанесения рисунка.
5. Составить алгоритм выбора разных узоров.
6. Выбрать наиболее подходящий язык программирования;
7. Написать и отладить программу, управляющую работой принтера.
IV этап. Анализ результатов выполненных работ
1. Анализ формирования изображения с помощью песка и
проделанной работы.
2. Анализ работы устройства и проделанной работы.
3. Анализ работы программы и проделанной работы.
4. Оценка качества готового изображения.
5. Изучить историю ступы Боробудур.
Отчет о проделанной работе
В результате работы над устройством под названием «Песочный
мир» мы получили настоящее работающее устройство и его прототип
из конструктора Lego Mindstorms, Можно сказать, что наша работа
выполнена успешно. Мы провели большую исследовательскую работу
по выше изложенному плану.
Мы доказали, что из песка можно автоматически создавать
рисунок, причем, учитывая всю сложность работы с песком, мы смогли
получить цветную картинку. Самым сложным было придумать
экструдер, с помощью которого можно сыпать песок в нужное место и
тогда, когда это необходимо. Мы разработали схему смены песка
разного цвета. Мы научились сохранять рисунок, нанесенный на
любую подготовленную поверхность, от воздействия окружающей
среды. Все технические характеристики можно посмотреть в
Приложении №1 к «Песочному миру».
Для осуществления наших целей и задач, чтобы «Песочный мир»
мог работать автономно, мы выбрали в качестве языка
программирования и управления устройством RobotC. Нами была
написана программа, управляющая работой принтера, а также
вспомогательная программа для подготовки работы принтера на языке
программирования Pascal ABC. Инструкцию, по управлению и работе
принтера можно посмотреть в Приложении №2 «Инструкция по
эксплуатации «Песочного мира»».
Нами разработан алгоритм по составлению программы для
рисования узора или рисунка любой сложности, т.е. подготовки
программы рисования необходимого узора, его можно посмотреть в
Приложении №3 «Инструкция по подготовке узора или картинки к
печати».
Для проведения рекламных акций по привлечению внимания к
объекту всемирного наследия ЮНЕСКО Боробудур, подготовлены
рекомендации по выставлению комплекса «Песочный мир» и
сопутствующих наглядных материалов, можно посмотреть в
Приложении №4 «Реклама и привлечение внимания к объекту
всемирного наследия ЮНЕСКО – Боробудур»
В том числе подготовлены памятки и раздаточные материалы по
памятнику всемирного наследия ЮНЕСКО для заинтересованных
компаний, которые можно посмотреть в Приложении №5 «Боробудур и
его история».
Список использованной литературы:
1. Miksic J.N. Borobudur: Golden Tales of the Buddhas. Photographs by
Marchello Tranchini. London–Singapore: Bamboo Publishing–
Periplus Editions, 1990.
2. Dumarçay J. Histoire architecturale de Borobudur. P. : École française
d’Éxtrême-Orient, 1977 (Publications de l’École française d’ÉxtrêmeOrient, XII).
3. С.А.Филиппов "Робототехника для детей и родителей", 2013
Фотоотчет о проделанной работе
Ссылка на фотографии: альбом
Видеоотчет о проделанной работе
Ссылка на фотографии: видеоролик