Lego-Mindstorms-NXT_lesson-1
Основи робототехніки на базі архітектора Lego Mindstorms NXT. Заняття 1. Основи конструювання: механічна передача
Сергій Олександрович Філіппов
ОСНОВИ РОБОТОТЕХНІКИ НА БАЗІ КОНСТРУКТОРА LEGO MINDSTORMS NXT
- Управління мобільним роботом,
– танець у колі: граємо у кегельринг,
- Рух по лінії,
– орієнтація біля.
Роботи та інші кібернетичні пристрої з фантастичних оповідань поступово переходять у наше реальне життя. Вже магазинні полиці заповнені різноманітними робототехнічними іграшками, яких на заводах збирають роботи промислові, зовсім не схожі на людей. Одна з таких іграшок – кібернетичний конструктор Lego Mindstorms NXT – нещодавно з'явилася у продажу, але вже завоювала популярність серед робототехніків-початківців і викладачів по всьому світу. По суті, це не іграшка, а цілий навчальний комплекс, за допомогою якого при правильному підході можна вивчити основи конструювання, програмування
è автоматичного керування.
 2010 р. вийшла одна з перших в Україні книг, що сприяють навчанню роботів за допомогою кібернетичного конструктора, – «Робототе хніка для дітей та батьків» [1], глави якої лягли в основу серії статей «Основи робототехніки на базі конструктора Lego NXT».
Існує кілька наборів серії Mindstorms: 9797, 8527, 8547 та інші давніші. На початкових заняттях з конструювання під обійдеться практично будь-який з них, а також ряд наборів інших серій Lego Education: 9632, 9648 та ін.
Основні деталі, які знадобляться на першому уроці - це шестерні, осі, штифти, балки і втулки.
ЗАТІЙНА ШКОЛА СУЧАСНОГО ПРОГРАМУВАННЯ
ЗАНЯТТЯ 1. ОСНОВИКОНСТРУЮВАННЯ: МЕХАНІЧНА ПЕРЕДАЧА
Найважливішою частиною кожного робота є механічна передача. У різних конструкторах пропонується кілька її видів: зубчаста, ремінна, ланцюгова та ін. Передача буває необхідна, для того щоб передати крутний момент з валу двигуна на колеса або інші частини робота, що рухаються. Досить часто потрібно передати обертання на деяку відстань або змінити його напрямок, наприклад, на 180 або 90 градусів.
За будь-якої передачі істотну роль відіграє особлива величина – передатне відношення (а також передавальне число), яке треба навчитися розраховувати. Для цього необхідно знати кількість зубчиків на шестерні при зубчастій або ланцюговій передачі і діаметр шківів при ремінній передачі. На великих шестерні число зубців написано: наприклад, «Z40» на найбільшій. На дрібних неважко порахувати самим.
Подивимося, що відбувається при зубчастій передачі. По-перше, напрямок обертання веденої осі протилежно напрямку обертання провідної осі. По-
друге, можна помітити, що різниця у розмірі шестерень впливає на кутову швидкість обертання веденої осі. Яким чином?
Ведуча менше веденої – швидкість зменшується. Ведуча більше відома – швидкість збільшується.
Однак треба розуміти: виграш у швидкості повинен обернутися програшем у іншому. І навпаки. Що ж ми втрачаємо зі збільшенням швидкості? Очевидно, тягову силу. А при зниженні швидкості виграємо у силі (рис. 1). Ця чудова властивість зубчастої передачі використовується в багатьох механізмах, створених людиною, – від будильника до автомобіля.
Як точно дізнатися, скільки разів збільшилася тягова сила? За це відповідає спеціальна величина, що має назву «передавальне відношення». Для нашого конструктора мивизначимо її так:
де i – передатне відношення, z 2 – кількість зубців на веденій шестірні, z 1 – кількість зубців на провідній шестірні.
Для цього необхідно знати кількість зубчиків на шестерні.
Мал. 1. При передачі з малого колеса на велике виграємо у силі, але втрачаємо у швидкості.
Під час передачі з великого на мале – все навпаки [3]