Как сделать крутящийся механизм из лего

Обновлено: 19.04.2024

Роботы и механизмы в Lego запись закреплена

ОСЕВАЯ ФОРМУЛА ПАРОВОЗА

Осевая формула — набор цифр, который определяет тип паровоза по количеству, назначению и расположению осей колёсных пар в экипажной части локомотива.

В классической конструкции паровоза встречаются три основных вида колёсных пар или осей:
Показать полностью.

1. Бегунковые колёсные пары (направляющие колёсные пары) — служат для улучшения вписывания паровоза в кривые. При прохождении паровозом кривых направляющие оси отклоняются в сторону поворота и тем самым снижают вероятность схода с рельсов и уменьшают нагрузку от основных колёс на рельсы в поперечном направлении. Колёса этих осей, как правило, имеют значительно меньший диаметр, чем на спаренных осях. Чаще всего встречаются на быстроходных, пассажирских паровозах.

2. Движущие колёсные пары (сцепные колёсные пары, сцепные оси, движущие колёса и т.д.) — служат для реализации тягового усилия генерируемого двигателем. Присутствие их на любом паровозе обязательно. Поскольку частота вращения механически связанных колёс одинакова, диаметр их тоже должен быть одинаков. Как правило, это самые большие по диаметру колёса на паровозе. В общем случае чем больше мощность локомотива, тем большее количество движущих колёсных пар на нём применяется.

3. Поддерживающие колесные пары — служат для перераспределения нагрузки на рельсы, в том числе для снижения нагрузки на ведущие оси до допустимых значений. Колёса этих осей, как правило, имеют значительно меньший диаметр, чем движущие колёса. На паровозах встречаются не всегда.

Способы записи осевых формул отличаются в разных странах. Русский способ, который аналогичен Американскому, где запись производится цифрами в порядке: Бегунковые - Движущие - Поддерживающие

Например, 1-4-1 для паровоза из LEGO ниже можно проиллюстрировать схемой оООООо

Исследуйте результат действия шестерёнок, уравновешенных и неуравновешенных сил на движение объекта.

1. Установление взаимосвязей

( 5-10 мин. )

Однажды, гуляя в парке, Дима и Катя увидели, как дети играют с волчками. Волчки у них долго крутились, не падая. Как весело! Дима и Катя задумались, как самим построить волчки, и очень скоро они уже вращали волчки собственной конструкции. Вот только их волчки крутились недолго, а пальцы начали болеть от постоянного подкручивания. Им нужно какое-нибудь устройство, которое заставит волчки вращаться быстрее и дольше!

Не могли бы вы помочь Диме и Кате сделать приспособление, которое заставит волчки вращаться?
Попробуйте!

2. Конструирование

( 10-15 мин. )

Соберите пусковой механизм и волчок инструкции № 2

Возьмите пусковой механизм и установите его конец, на котором находится шестерня, на синюю ось волчка.
Синяя шестерня на оси волчка должна сцепляться с большой желтой шестерней пускового механизма и вращаться, когда вы поворачиваете ручку.

Полезный совет
Чтобы запустить волчок, требуется хорошая координация движений!
Попробуйте сделать это сами.

идея
Чтобы запустить волчок, крутите ручку и поднимайте пусковой механизм строго вверх.

Полезный совет
Лучше дать маленьким детям сначала поиграть с волчком и пусковым механизмом и только потом перейти к «серьезным» опытам.

3. Рефлексия

( 10-15 мин. )

Кто дольше?
Волчок можно запустить двумя способами. Желтая шестерня пускового механизма может сцепляться как с синей, так и с красной
шестерней волчка. Проверьте, в каком случае волчок будет вращаться дольше.

Сначала попробуйте предположить, какой из волчков будет вращаться дольше. Запишите свое предположение, используя термины, предложенные в Рабочем бланке.

Запишите результаты, пользуясь терминами из Рабочего бланка.

Пусть дети поразмышляют над результатами своих исследований, а вы активизируйте этот процесс с помощью вопросов:

Попробуйте предположить, что случится и почему?
Напишите, что произошло.
Получился ли у вас чистый эксперимент?
С одинаковой ли скоростью вы вращали ручку в опытах А и Б? На одной ли поверхности вы проводили эксперименты?
Опишите, как работает модель.

Полезный совет
Чтобы точно измерить время вращения волчков, воспользуйтесь
обычным таймером.

Знаете ли вы?
У синей шестерни 8 зубьев, у красной — 24, а у желтой — все 40!

4. Развитие

( 10-15 мин. )

Можете ли вы придумать свою конструкцию волчка?

Придумайте и сделайте волчки собственной конструкции.

Подумайте, какие материалы лучше всего подойдут и какой формы должны быть волчки.Попробуйте создать с помощью волчков интересные оптические эффекты и смастерите волчки для разных видов игр.

Нарисуйте свой лучший проект волчка в Рабочем бланке.

В помощь преподавателю

• закрепление понятия энергия;
• введение понятия чистый эксперимент;
• знакомство с методами измерения;
• изучение вращения;
• изучение возможностей сочетания материалов;
• знакомство с передаточными механизмами;
• развитие умения оценивать полученные результаты;
• развитие способности придумывать игры.

Набор «Первые механизмы» (рекомендуется использовать один набор для двух учащихся)
Бумага
Ножницы
Свободное пространство на гладком, ровном полу (несколько квадратных метров)
Таймер или часы

На данном уроке мы познакомимся с понятием линейного алгоритма, разберемся, как программировать движение робота Ev3.Линейный алгоритм это набор последовательных команд, которые выполняются только один раз. Команды следуют одна за другой в строго заданном порядке.
Например, рассмотрим алгоритм движения робота по квадрату.
Движение вперед на 1 оборот
Поворот робота на 90 градусов направо
Движение вперед на 1 оборот
Поворот робота на 90 градусов направо
Движение вперед на 1 оборот
Поворот робота на 90 градусов направо
Движение вперед на 1 оборот
Перед тем как реализовывать линейные алгоритмы движения познакомился, как программировать простейшие команды движения робота EV3.
Движение вперёд робота ev3.

1 действие. Движение вперёд робота ev3. Моторы робоат ev3 подключаются к портам с буквами: A B C D Все повороты делаются на мощностях меньше 50.
Сбрасываем датчик моторов в ev3.

2 действие. Ставим цикл и в него ставим моторы на режиме «включить».

3 действие. Выставляем мощность мотора на 100.

4 действие. Заходим в цикл, выставляем вращение мотора «градусы».

5 действие. Полный оборот колеса 360 градусов.
6 действие. Остановка моторов в режиме «выключить».

Повороты робота EV3.Программа для поворота робота ev3

1 действие. Чтобы робот вращался на месте как трактор используется реверсивный поворот , когда один мотор двигается в одну сторону, а другой в противоположную. Чтобы мотор начал вращаться назад , необходимо выставить мощность -100.

Поворот робота ev3 в другую сторону

1. действие. Чтобы поворачивать в другую сторону , необходимо поменять мощности моторов . Теперь мотор с портом A будет с отрицательной мощностью.

3 действие. Меняем порт мотора в конце цикла.

Движение робота EV3 назад

Чтобы обеспечить движение робота ev3 назад, устанавливаем отрицательную мощность обоих моторов .

Действие 1. В условии цикла необходимо будет поставить знак «меньше».

Действие 2. Ставим отрицательные значения градусов.

Задание на урок

1. Собрать робота Ev3 на двух моторах,

2. Запрограммировать движение по квадрату

3. Запрограммировать трассу «змейка», объехать две кегли.

GEEK Picnic » Выставки и фестивали по робототехнике

1. Модели без мотора: механизмы и механические передачи из Lego EV3

Здесь собраны модели, в которых изучается работа механизмов и механических передач.

2. Модели с мотором: программируем сервомоторы и запускаем механизмы

Здесь собраны модели, в которых нужно программировать сервомоторы и собирать сложные механизмы.

3. Модели с датчиками: изучаем работу сенсоров и пишем программы на визуальном языке

Здесь изучаем работу датчиков и программируем модели на внешние реакции.

4. Шагающие роботы

Здесь изучаем работу шагающих механизмов из Lego EV3 и собираем модели, которые перемещаются с помощью конечностей.

5. Игры и соревнования

Здесь собраны модели и регламенты к играм и соревнованиям для Lego Education EV3.

6. Захваты

Здесь собраны разные варианты конструкций захватов для набора Lego EV3.

7. Манипуляторы

Здесь найдете инструкции к моделям для манипуляций с различными предметами.

Мы обожаем LEGO и Crazy Circuits [LEGO-совместимая электроника / прим. перев.], поэтому решили скомбинировать их в простого и интересного робота, умеющего обходить препятствия. Мы покажем, как собрать такого робота и подробно опишем этот процесс. Ваша версия робота может не полностью совпадать с нашей.

Приводим список необходимой электроники и деталек LEGO. Не бойтесь экспериментировать с ними.

Комплектующие

Электроника

1 x плата Robotics Board от Crazy Circuits
2 x совместимый с LEGO сервомотор полного вращения
1 x ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04
4 x джампер-кабеля «мама-мама»
1 x внешний источник питания с USB

Мы использовали различные детальки, а вам рекомендуем сделать так, как вы считаете нужным, и из того, что есть у вас на руках. Важно, чтобы у вас был способ приделать сервомоторы снизу, ультразвуковой датчик – так, чтобы он смотрел вперёд, и каким-то образом закрепить плату и источник питания. Для этого можно использовать двусторонний скотч, резинки, липучку. Приводим ссылки на наши детальки в магазине BrickOwl, однако вы можете купить их где угодно, где продаётся LEGO и совместимые наборы.

2 x LEGO Wedge Belt Wheel (4185 / 49750)
1 x LEGO EV3 Technic Ball Pivots Set 5003245
1 x LEGO Technic Cross Block Beam 3 with Four Pins (48989 / 65489)
1 x LEGO Technic Brick 1 x 6 with Holes (3894)
2 x LEGO Axle 4 with End Stop (87083)
4 x LEGO Half Bushing (32123 / 42136)
4 x LEGO Brick 2 x 2 Round (3941 / 6143)
1 x LEGO Plate 6 x 12 (3028)

Шаг 1: строим шасси из LEGO

Мы начали с пластинки LEGO 6×12, это был минимальный размер, который нас устроил. Можно использовать более крупную, однако мельче уже будет сложнее.

Ширина робота определялась имеющимся у нас в наличии внешним источником питания, поскольку нам была нужна возможность вставлять его на место. Для аккумулятора большего размера потребуется робот большего размера.

Шасси должно быть достаточно высоким, чтобы на нём разместилась и батарея, и плата сверху.

Шаг 2: добавляем колёса

Каждый сервомотор нужно разместить снизу шасси. В итоге нам понадобились следующие комплектующие:

Ось 4 LEGO со стопором (87083)
Втулка LEGO (32123 / 42136)
Круглый кирпичик LEGO 2 x 2 (3941 / 6143)

Как и с другими модельками LEGO, вариантов тут масса! У нас получилось с теми комплектующими, что мы перечислили, а вы можете попробовать что-нибудь другое.

Шаг 3: добавляем ролик

Наш ролик позволяет роботу кататься по плоскости на двух моторизованных колёсах, играя роль третьего колеса – так роботу легче поворачивать и двигаться.

Для его закрепления потребовались следующие детали:

LEGO EV3 Technic Ball Pivots Set 5003245
LEGO Technic Cross Block Beam 3 with Four Pins (48989 / 65489)
LEGO Technic Brick 1 x 6 with Holes (3894)

Шаг 4: добавляем датчик расстояния

Ультразвуковой датчик расстояния нужно закрепить на передней части робота, чтобы он «видел», куда едет, и понимал, когда нужно остановиться, чтобы не столкнуться с препятствием.

Если 3D-принтера у вас нет, придумайте, как удержать датчик при помощи деталек LEGO, клейкой ленты, резинок, хомутов и т.п. Важно, чтобы он смотрел прямо – туда, куда едет робот, когда движется вперёд.

Шаг 5: добавляем плату

Плата – мозг всей операции. Она размещается наверху кубиков LEGO, поэтому её крепить легко.

Обычно плата Robotics Board используется совместно с проводящей плёнкой, позволяющей мастерить электрические цепи прямо поверх LEGO, но поскольку у нас тут всего лишь два мотора и датчик расстояния, их можно подключить напрямую к штырькам на плате.

Плату размещаем так, чтобы USB-кабель питания было легко воткнуть. Нам повезло найти в коробке с кабелями очень короткий USB-кабель.

Теперь можно подключать датчик и моторы!

По датчику: разъём echo нужно подключить к контакту 3 на плате, разъём trigger – к контакту 5, VCC – к 5 В, Gnd – к GND. Таким образом датчик будет получать питание и общаться с платой.

Затем нужно подключить каждый из моторов. Это сделать легко – коричневые провода на GND, красные – на 5 В, оранжевые – к контакту D6 для левого мотора и D9 для правого.

Шаг 6: программируем Robotics Board

Перед тем, как робот сможет работать, нужно загрузить код в микроконтроллер. Перед этим убедитесь, что у вас на компьютере установлена последняя версия Arduino IDE.

Свой код мы выложили в репозиторий на GitHub:

Код простой, в нём много комментариев, чтобы было понятно, что за что отвечает.

Вам также потребуется библиотека NewPing

Шаг 7: пускаем робота погулять

Построив робота и загрузив в него код, можно переходить к испытаниям!

Проще всего подключить внешний источник питания и дать роботу возможность ехать вперёд. Если выставить перед ним руку, он должен отодвинуться назад, повернуться и снова поехать вперёд (смотрите, чтобы он не съехал со стола!)

Мы построили простую шестиугольную «арену» из картона, чтобы роботу было где поездить. Не бойтесь экспериментировать с тем, что есть у вас.

Шаг 8: дальнейшее развитие

Если вам интересно развивать этот проект, вот вам вопросы:

— что вы узнали, собирая робота?
— что повлияло на ваш выбор деталей?
— поедет ли робот быстрее, если увеличить ему колёса?

В коде есть две переменных, исправив которые, вы измените время отката робота назад при обнаружении препятствия, и время, которое он будет поворачиваться. Попробуйте поменять goBackwardTime и turnRightTime и посмотреть, как это повлияет на поведение робота.

Читайте также: