Использование конструктора "Lego Mindstorms" для моделирования автоматического фрезерного станка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Хабаровский государственный университет экономики и права

Использование конструктора «Lego Mindstorms» для моделирования автоматического фрезерного станка

Калитин Сергей Вячеславович, кандидат наук, доцент, доцент

Абрамкина Елена Николаевна, учитель

Охотник Александр Ильич, другая должность

Статья посвящена рассмотрению вопросов, которые возникли при создании модели промышленного автоматического фрезерного станка. Рассмотрена возможность проектирования по блокам, а также - трудности этого вида проектирования. Показаны возможности первого варианта готовой модели и пути её дальнейшего совершенствования.

Конструктор "LEGO MINDSTORMS" [1] предназначен для натурного моделирования программируемых технических средств, например, для создания прототипа какого-либо устройства. Конструктор содержит большое количество разнообразных деталей, легко соединяющихся между собой. В набор деталей входят 4 вида датчиков (датчик цвета, звука, расстояния и 2 датчика касания), 3 мотора (в наборе NXT или 4 в наборе EV3). Главной особенностью является наличие микрокомпьютера поддерживающего 2 среды программирования: "Robot C", "LEGO MINDSTORMS EV3/NXT". При этом следует отметить, что моторы и датчики из разных конструкторов "LEGO" взаимно совместимы, поэтому устройства, собранные из деталей разных наборов работают корректно. Из конструктора "LEGO" можно создать нужную модель, запрограммировать её и после этого создать натурный образец, а затем -- промышленную конструкцию.

Из этого универсального конструктора легко создавать несложные модели, например простую движущуюся модель транспортного средства, которое будет самостоятельно двигаться с помощью колёс по заранее заданному маршруту, например, нарисованной на полу в виде прямой или извилистой линии [2]. Вместо традиционно используемых колёс к этой модели можно приделать шагающие приспособления или другие несущие элементы. Однако создание простых моделей не сопряжено с необходимостью решения большого количества сложных и интересных задач и, кроме того, они вряд ли могут стать прототипами реальных промышленных станков и автоматов, как, например, сборочная линия [3].

Целью проектирования нового устройства было создание сложной модели или прототипа нового промышленного фрезерного станка, который мог бы самостоятельно создавать детали для других, подобных себе устройств. Работа над новым фрезерным станком была начата с зарисовок и чертежей. Зарисовки и чертежи выполнялись на обычной бумаге, хотя в современное время для этого активно начали применять интерактивные доски [4] и пакеты разнообразных программных продуктов для 3D-моделирования [5]. фрезерный станок проектирование промышленный

Интересен опыт применения интерактивной доски для выполнения зарисовок и чертежей. Она позволяет одновременно нескольким авторам проектировать и обсуждать будущую конструкцию, а также -- автоматически сохранять все наброски, сделанные ими на поверхности интерактивной доски, чтобы впоследствии, и при необходимости, к ним можно было вернуться вновь. Однако при разработке прототипа фрезерного станка соавторов не было, поэтому интерактивная доска не применялась.

3D-моделирование тоже не применялось, так как ко времени начала работ по проектированию не было создано достаточного количества элементов, имитирующих детали конструктора "LEGO MINDSTORMS".

В результате эскизного проектирования было разработано несколько вариантов, из которых выбран наиболее простой и имеющий наименьшую плотность размещения деталей. Это сделано для того, чтобы впоследствии исключить трудные ситуации при усовершенствовании конструкции. Помимо этого, выбранный вариант фрезерного станка был разделён на логические модули для упрощения моделирования каждого из них с целью выбора лучших вариантов по прочности и компактности. Несмотря на то, что это мероприятие позволило создать близкую к оптимальной конструкцию станка, последующее соединение модулей в единую конструкцию было сопряжено со сложностью их взаимной стыковки. На рисунке показаны основные узлы модели фрезерного станка (вид сверху).

Рисунок 1 Модель фрезерного станка

Панель управления станком (1) предназначена для непосредственного контролирования процесса резки. Механизм горизонтального управления резаком (2) и механизм управления платформой (4) обеспечивают движение платформы в 4-х направлениях. Механизм для вертикального управления резаком (3) обеспечивает возможность вырезания многоуровневых фигур. Микрокомпьютер EV3 (5) является источником питания станка, а также исполнителем установленных программ. Несущая конструкция (6) является опорой всего станка. Именно на неё крепятся все механизмы, а также -- микрокомпьютер.

В качестве рабочего материала для изготовления деталей была применена синтетическая губка пиафлор. Она позволяет использовать для модели фрезерного станка пилу для электролобзика или другой небольшой режущий инструмент.

Не менее сложной в изготовлении модели станка оказалась программа, так как к микрокомпьютеру EV3 можно подключать только 4 датчика, а их надо было иметь 6. Эта проблема была решена за счёт специальной клавиши, которая изменяла направление движения мотора. Поэтому удалось сократить количество датчиков с 6 до 4-х.

Модель фрезерного станка получила название "АИ-1". В настоящее время она работает при помощи ручного управления 4-я кнопками или в автоматическом режиме. В автоматическом режиме модель пока изготавливает только 1 вид деталей, которые могут быть получены с помощью вертикальной резки. Но уже в этом упрощённом варианте натурный станок мог бы быть применён в промышленности, например, когда детали изготавливают из материалов, испарения которых губительны для человека. Также натурный станок мог бы примяться в небольших предприятиях для вытачивания простых деталей, например, ножек для столов.

Намечен следующий, 2-й этап работ по совершенствованию созданной модели фрезерного станка. Новая модель должна будет иметь возможность вырезания деталей (фигур) с распилом посередине, а также -- под произвольным углом, чтобы можно было создавать, например, шарообразные детали. Для этого к модели будет прикреплён 2-й резак сбоку, перпендикулярно первому, а также программирование будет выполнено в другой, более мощной среде программирования -- "Robot C".

Список литературы

1. Установка программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3 // LEGO. URL: http:www.lego.com/ru-ru/mindstorms/downloads/download-software. [Дата обращения: 07.03.17].

2. Летучий С.В., Борисов Н.Н. Проектирование модели автономного транспортного средства на обучаемом комплексе с контроллером Arduino. Современные тенденции и проекты развития информационных систем и технологий: материалы Всероссийской научно-исследовательской конференции студентов и школьников. 10-11 марта 2016 года / под науч. ред. канд. техн. наук О. И. Чуйко. Хабаровск: РИЦ ХГУЭП, 2016. С. 3-5.

3. Летучий С.В., Горелов А.С., Долгов А.В., Чернов Н.А.Проектирование автоматизированных линий для сборочных конвейеров. Современные тенденции и проекты развития информационных систем и технологий: материалы Всероссийской научно-исследовательской конференции студентов и школьников. 10-11 марта 2016 года / под науч. ред. канд. техн. наук О. И. Чуйко. Хабаровск: РИЦ ХГУЭП, 2016. С. 6-8.

4. Калитин С.В. Интерактивная доска. Практика эффективного примене-ния в школах, колледжах и вузах: учебное пособие. Серия: Элективный курс. Профильное обучение. М: "СОЛОН-Пресс", 2013. 192 с.

5. Полетаев В.А. Использование систем автоматизированного проектирования при изготовлении деталей пожарной техники // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.). 2016 г. №55-3. URL: http://novainfo.ru/article/8655. [Дата обращения: 07.03.17].

Размещено на Allbest.ru