Модель-игрушка «КОСМИЧЕСКИЙ РОБОТ»

 

 

 

МИНИСТЕРТСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

«АЛЧЕВСКАЯ ГИМНАЗИЯ ИМЕНИ ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА

ПЕТРА НИКОЛАЕВИЧА ЛИПОВЕНКО

 

 

 

 

 

 

Модель-игрушка 

«КОСМИЧЕСКИЙ РОБОТ»

 

 

 

 

 

 

 

Автор проекта:

Тищенко Богдан Михайлович,

Учащийся 8-А класса

ГОУ ЛНР «АГ им. П.Н. Липовенко»

Руководитель:

Гороховацкий Валерий Николаевич,

учитель технологии

ГОУ ЛНР «АГ им. П.Н.  Липовенко

 

 

 

 

 

 

Алчевск 2022

 

 

Введение

Космос является одной из областей применения автоматизированных и    робототехнических систем в связи с высокой опасностью для жизни человека. Поэтому задача создания роботов для работы в опасных для человека условиях стала жизненной необходимостью.

Цель работы: развитие познавательных способностей  на основе моделирования из конструктора.

Основные задачи работы «Космический робот»:

- формирование навыков творческого мышления;

- развитие познавательной активности и самостоятельной мыслительной деятельности;

- формирование навыков применения полученных знаний и умений в практической деятельности;

- формирование умения действовать в соответствии с инструкциями и передавать особенности предметов средствами конструктора.

            Задачи:

    - изучить теоретические источники по данной теме.

   - познакомиться с практическими проектами использования робототехники в космосе.

   - создать модель Робота-манипулятора на основе конструктора lego mindstorms nxt 2.0

Космическая робототехника – перспективное направление развития современной космонавтики.

Что такое косморобот?

Космороботы – это роботы, приспособленные работать в космическом пространстве. Преимущество космических роботов перед человеком заключается в том, что они могут работать в крайне неблагоприятных условиях и обходиться без каких-либо ресурсов, так как в большинстве случаев они работают на солнечных батареях. Также гораздо легче будет пережить потерю такого робота, чем гибель астронавта. Обычно, задача косморобота заключается в проведении какой-нибудь научной деятельности. Вообще-то, тоже самое может сделать и обычный робот, работающий на земной поверхности, но к космороботу есть несколько основных требований, которым он должен соответствовать.

Техническое творчество — мощный инструмент синтеза знаний, закладывающий прочные основы системного мышления. Таким образом, инженерное творчество и лабораторные исследования — многогранная деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни каждого.

Актуальность поделки «Космический робот»:

- востребованность развития широкого кругозора и формирования задатков инженерного мышления;

-отсутствие  конструкторских навыков.

       Я проанализировал современные проекты и меня заинтересовал проект применения космо-роботов для изучения и освоения космического пространства, как могут космо-роботы служить человечеству и какие перспективы в этом направлении существуют.

Основная часть

Роботы в космосе

Неоспоримое преимущество роботов в космических исследованиях заключается в том, что автоматы не нуждаются в еде, питье и способны работать в крайне неблагоприятных условиях. Что еще важнее, потеря автоматического исследователя гораздо предпочтительнее гибели астронавта, хотя разработка и производство киберов - занятие недешевое.

После "золотой эры" беспилотных исследований, когда зонды из СССР и США бороздили космические просторы Солнечной системы и проводили наблюдения на поверхности Луны, Венеры и Марса, мало уже кто сомневался в том, что автоматические исследовательские аппараты ждет большое будущее. Весьма скоро, в конце декабря этого года, посадочный модуль "Гюйгенс" отделится от аппарата "Кассини", чтобы впервые прилуниться на крупнейшем в Солнечной системе планетоиде Титане. Американские марсоходы Spirit и Opportunity уже доказали, что автоматам по силам исследовательские миссии чрезвычайной сложности, но киберпомощников конструируют не только в NASA.

В научно-техническом центре Европейского космического агентства в Нидерландах (ESTEC) ведется активная работа по созданию автоматических помощников астронавтов, призванных заменить дорогостоящие пилотируемые экспедиции рачительными миссиями роботов.

На Земле роботы, как правило, подменяют людей на всевозможной рутинной работе или в условиях возможного риска для здоровья человека: собирают автомобили, разминируют взрывные устройства, варят трубопроводы на морском дне и трудятся в "горячих" зонах атомных электростанций. Однако использовать автоматы в космосе еще выгоднее, считает Джанфранко Висентин, возглавляющий Отдел автоматизации и роботизации ЕКА (ESTEC). Роботы должны помогать людям или вовсе заменять астронавтов при выполнении особо опасных или сложных задач, при выполнении повторяющихся операций, отнимающих много времени работ и даже миссий, которые человек выполнить просто не может. "Киберы выполняют задания быстрее и точнее людей, и вдобавок, работают круглосуточно, не нуждаясь в перерывах на обед и сон", - подчеркивает Висентин.

Что такое косморобот?

В среде инженеров, занимающихся разработкой беспилотных космических аппаратов, едва ли не всякий автоматический зонд называют космороботом, но Висентин предпочитает более точное определение: "мобильная система, способная манипулировать объектами и достаточно универсальная, чтобы выполнять любой набор подобных заданий автономно или под дистанционным контролем".

Главным образом, задача космических роботов заключается в исполнении определенного цикла операций: установить или направить прибор для проведения измерений, собрать образцы для исследования, собрать некую конструкцию или даже обеспечить астронавта средством передвижения.

В некотором смысле космороботы мало отличаются от своих земных собратьев, подменяя человека тогда, когда требуется выполнить какую-либо работу. Тем не менее, к автоматам для работы в безвоздушном пространстве предъявляются некоторые особые требования. Они должны:

* перенести запуск
* функционировать в сложных условиях враждебной среды, зачастую на большом удалении
* весить как можно меньше, так как каждый килограмм, выведенный на орбиту, стоит дорого
* потреблять мало энергии и иметь долгий срок службы
* работать в автоматическом режиме
* обладать чрезвычайной надежностью

Для соответствия всем этим требованиям требуются передовые и инновационные технологии, а также сложные системы и механизмы. Задача кажется трудновыполнимой, по крайней мере, вовсе не тривиальной, но только так можно конструировать роботы, способные работать за переделами земной атмосферы. При этом единственным преимуществом при работе в космосе является невесомость, позволяющая даже небольшому автомату прилагать минимум усилий для передвижения даже крупных объектов в безвоздушном пространстве.

Типы роботов

Самые распространенные из автоматических аппаратов, использующихся в космических исследованиях - это роверы (луноходы, марсоходы). Такой робот может передвигаться по поверхности другой планеты, неся на борту научные приборы. Как правило, и сам ровер, и научное оборудование на нем функционируют в автоматическом режиме.

Роботы-аватары - это роботы, полностью копирующие людей, и способные в точности повторять движения человека, находящемся в специальном костюме. Смысл в том, что человек, например какой-нибудь ученый, одевает специальный костюм, после чего робот начинает повторять все движения головы, ног, рук и даже пальцев. Нужно это по нескольким причинам:

1) - это гораздо упрощенная конструкция кораблей, которые будут посылать аватара в космос, так как не надо встраивать в корабль систему жизнеобеспечения, роботу этого не нужно.

2)- робота не нужно забирать обратно с луны, чего нельзя сказать про космонавта. То есть корабль рассчитывается только на полёт в один конец.

3) - робот может работать в более жестких условиях, чем человек.

4) - костюм, управляющий роботом, может одеть любой человек, например, с начала его может одеть ученый, исследуя то, что ему нужно, потом его может одеть инженер, для того чтобы что-либо починить (например, деталь в самом роботе, вышедшую из строя) и так далее…

 

Но у робота есть один неоспоримый минус - задержка в сигнале, посылаемом от костюма к роботу, и от видеокамеры робота на Землю, будет очень велика. Если для Луны эта задержка составит около 3 секунд, то для Марса эта задержка будет в разы больше, что уже значительно осложнит управление этим роботом. Так что в ближайшее время их можно будет использовать только вблизи Земли, например на Луне или на космических станциях.

 

 

 

 

Роботы-роверы.

NanoKhod.

Европейское космическое агентство в сотрудничестве с некоторыми промышленными концернами разработало необычайно мелкий микроровер Nanokhod ("Наноход"). Аппарат размером с книжный том весит всего два килограмма, способен нести на борту целый килограмм приборов, исследуя территорию небольшого радиуса вокруг посадочного минимодуля.

MIRO-2.

Более крупный робот был спроектирован для сбора образцов грунта других планет. На двенадцатикилограммовом MIRO-2 имеется автоматический бур, который способен извлечь до десяти образцов с разных глубин до двух метров. После выполнения задания этот ровер возвращается на посадочный аппарат, где собранные материалы исследуются при помощи бортовых анализаторов.

 

 

SOLERO.

Третий минировер, разрабатывающийся в ЕКА - пятнадцатикилограммовый Solero, все энергопотребности которого обеспечиваются солнечной батареей и миниатюрными подзаряжаемыми аккумуляторами. Данный аппарат имеет принципиально новую конструкцию шасси: шесть колес, расположенных по вершинам шестиугольника, обеспечивают ему отличную проходимость.

 

Робот-аватар TELESAR V.

Японские исследователи из университета Кейо создали робота под названием TELESAR V. Устройство позволяет оператору не только дистанционно управлять роботом, но и ощущать, например, предметы, к которым тот прикасается.

Для управления роботом оператору необходимо надеть специальный шлем и перчатки. TELESAR V в свою очередь оснащен камерами и многочисленными сенсорами и может передавать информацию об окружающем его пространстве и объектах человеку. Перчатки оператора имеют приводы, которые позволяют ему физически ощущать то, что «чувствуют» руки робота.

Интересные проекты

1. WorldView-3

WorldView-3 предлагает чрезвычайно детальные изображения Земли. Он был создан компанией DigitalGlobe, чьи спутники использовались GoogleEarth. В настоящее время у компании вокруг Земли вращается пять спутников. WorldView-3 весит 2 тонны, имеет 6 метров в высоту и сканирует 120 000 квадратных километров каждый день. Уровень детализации варьируется от 40 до 20 сантиметров, что позволяет людям видеть отдельные растения или различать марку автомобиля. Также спутник собирает данные о сельскохозяйственных культурах и помогает определить, каким растениям не хватает воды, а какие уже созрели. Исследователи сопоставляют снимки и возможные сценарии развития. WorldView-3 получил название «суперкомпьютер среди спутников».

 

2. SolarProbePlus

Этот космический аппарат NASA размером с небольшой автомобиль будет запущен в 2018 году. Среди его задач будет изучение атмосферы Солнца, причем практически вплотную — до 2 миллионов километров от светила. Аппарат обойдет Солнце 24 раза. Первый оборот состоится спустя 2 месяца после запуска на расстоянии 7 миллионов километров от Солнца, а после этого начнется сближение. В конечном счете аппарат подойдет к Солнцу ближе, чем Меркурий. Миссия продлится три года. Зонд оснащен специальным тепловым щитом из композитного углерода, который должен будет защищать его от температуры до 2550 градусов по Цельсию.

 

3. Батарея для глубокого космоса

Ни одно космическое агентство не отказалось бы от топливного элемента, который можно было бы использовать в ходе миссий в глубокий космос. Новый накопитель энергии необходим для прогресса в исследованиях NASA, поэтому организация совсем недавно заключила четыре контракта на его разработку. Хранение энергии критично для миссий на астероиды, Марс или за его пределы. Предложения по этому проекту делают разнообразные центры разработки NASA, правительственные исследовательские центры и академические институты.

 

 

 

4. EmDrive

EmDrive — это экспериментальная технология двигательной установки, разработка которой находится в ранней стадии. Была создана Робертом Шоером в 2006 году, но в этом году установкой заинтересовалось NASA. Эксперимент, проведенный Гарольдом Уайтом, показал, что EmDrive работает, хотя никто и не знает, как. Исследователи всего мира начали делать собственные версии двигателя.

EmDrive — это двигатель на микроволновой тяге с питанием от солнечной электроэнергии, который может быть запущен в глубокий космос без жидкого топлива и разогнать космический аппарат до скорости, намного превышающей доступную сегодня. На самом деле никто не знает, как этот двигатель работает — по сути, он нарушает закон сохранения импульса. Есть мнение, что двигатель работать не будет, поскольку в эксперименте закралась ошибка.

 

5. «РОЗЕТТА»

Охотник за кометами «Розетта» сейчас находится на орбите кометы, направляющейся к Солнцу со скоростью 40 000 километров в час. Космический корабль путешествовал к комете 10 лет, чтобы спустить небольшой исследовательский аппарат на ее поверхность в ноябре и сделать забор материала кометы. Цель судна — понять, как планеты могли быть сформированы из комет.

 

6. Японский космический лифт

Корпорация Obayashi, расположенная в Токио, планирует построить к 2050 году космическую станцию, которая будет на высоте 36 000 километров над Землей. Компания планирует отправлять туристов вверх на лифте из углеродных нанотрубок со скоростью около 200 километров в час (путешествие займет примерно неделю) и питать все устройство солнечными батареями на космической станции, плавающей в качестве противовеса чуть выше. Obayashi говорит, что понятия не имеет, сколько будет стоить такой проект, но работает над ним.

 

 

 

 

 

7. SpiderFab

TethersUnlimited заключила контракт на 500 000 долларов на разработку средства под названием SpiderFab, которое будет использовать 3D-принтеры для создания структур, для помощи нам в поиске внеземной жизни. Основной задачей SpiderFab будет избавить нас от необходимости отправлять что-либо с Земли — все будет собираться прямо в космосе.

3D-печать предлагает массу выгодных преимуществ для освоения космоса: снижение времени путешествий, стоимости, отходов, увеличение настраиваемости и подгонки размеров частей. Не хватало только материалов. NASA разработало 3D-принтер, который может выбирать между различными типами сплавов для печати частей космических аппаратов. SpaceX недавно напечатала главный клапан окислителя для одной из своих ракет с помощью такого принтера. Компания сообщила, что будет использовать технологию в течение трех лет и скоро попытается напечатать двигательную камеру.

 

 

Инструменты и материалы

 

 

Фото готового изделия

 

 

 

 

Результат проделанной работы:

 

·                    расширение технического кругозора, любознательности;

·                    развитие креативного и логического мышления, воображения, памяти

 

 

 

Список литературы.

 

   1. Внеклассная работа по труду / Сост. А. М. Гукасова.— М.: Просвещение, 1981.

  2.Гульянц Э. К. Учите детей мастерить.— М.: Просвещение, 1984.

   3. Гукасова А.М. Элементы технического моделирования: Методика трудового обучения с практикумом в учебных мастерских. – М.: Просвещение, 1983. – Вып. 5

4. Перевертень Г. И. Самоделки из разных материалов: Кн. для учителей нач. классов по внеклассной работе.— М.: Просвещение, 1985.

5. Заворотов В.А. От идеи до модели. – М.: Просвещение, 1982

.

Скачано с www.znanio.ru