Конструируем роботов на LEGO® MINDSTORMS® Education EV 3. Мотобайк
Покупка
Издательство:
Лаборатория знаний
Автор:
Тарапата Виктор Викторович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 63
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
Дополнительное образование детей
ISBN: 978-5-00101-970-1
Артикул: 793857.01.99
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБОФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть вместе с ними. С помощью деталей конструктора LEGOOR MINDSTORMSOR Education EV3 вы сможете собрать роботизированный мотобайк, которым можно управлять с помощью смартфона, и устроить гонки на время с друзьями. Для технического творчества в школе и дома, а также на занятиях в робототехнических кружках.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 09.03.01: Информатика и вычислительная техника
- 11.03.03: Конструирование и технология электронных средств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А. А. Валуев КОНСТРУИРУЕМ РОБОТОВ на В. В. Тарапата А. В. Красных А. А. Салахова MINDSTORMS Education EV3 LEGO Мотобайк 2-е издание, электронное Лаборатория знаний Москва 2022
УДК 373.167 ББК 32.97 Т19 С е р и я о с н о в а н а в 2016 г. Ведущие редакторы серии Т. Г. Хохлова, Ю. А. Серова Тарапата В. В. Т19 Конструируем роботов на LEGO R ○ MINDSTORMS R ○ Education EV3. Мотобайк / В. В. Тарапата, А. В. Красных, А. А. Салахова. — 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2022. — 63 с. — (РОБОФИШКИ). — Систем. требо- вания: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный. ISBN 978-5-00101-970-1 Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБО- ФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть вместе с ними. С помощью деталей конструктора LEGO R ○ MINDSTORMS R ○ Education EV3 вы сможете собрать роботизированный мотобайк, которым можно управлять с помощью смартфона, и устроить гонки на время с друзьями. Для технического творчества в школе и дома, а также на занятиях в робототехнических кружках. УДК 373.167 ББК 32.97 Деривативное издание на основе печатного аналога: Конструи- руем роботов на LEGO R ○ MINDSTORMS R ○ Education EV3. Мо- тобайк / В. В. Тарапата, А. В. Красных, А. А. Салахова. — М. : Ла- боратория знаний, 2018. — 56 с. : ил., [4] с. цв. вкл. — (РОБО- ФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-126-2. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации ISBN 978-5-00101-970-1 © Лаборатория знаний, 2018
Здравствуйте! Издание, которое вы держите сейчас в руках, — это не просто описание и практическое руководство по выполнению конкретного увлекательного проекта по робототехнике. И то, что в результате вы самостоятельно сумеете собрать своими руками настоящее работающее устройство, — конечно, победа и успех! Но главное — вы поймёте, что такие ценные качества характера, как терпение, аккуратность, настойчивость и творческая мысль, прояв- ленные при работе над проектом, останутся с вами навсегда, помогут уверенно создавать своё будущее, стать реально успешным человеком, независимо от того, с какой профессией свяжете жизнь. Создавать будущее — сложная и ответственная задача. Каждый день становится открытием, если он приносит новые знания, которые затем могут быть превращены в проекты. Особенно это важно для тех, кто выбрал дорогу инженера и технического специалиста. Знания — это база, которая становится основой для свершений. Однако технический прогресс зависит не только от знаний, но и от смелости создавать новое. Всё, что нас окружает сегодня, придумано инженерами. Их любопытство, желание узнавать неизведанное и кон- стру ировать то, чего никто до них не делал, и создаёт окружающий мир. Именно от таких людей зависит, каким будет наш завтрашний день. Только идеи, основанные на творческом подходе, прочных знаниях и постоянном стремлении к новаторству, заставляют мир двигаться вперёд. И сегодня, выполнив этот проект и перейдя к следующим, вы сделаете очередной шаг по этой дороге. Успехов вам! Команда Программы «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России» Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело»
Дорогой друг! Как видно, ты уже совсем не новичок в LEGO, раз добрался до набора LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 и, конечно, быстро собрал всё, что там предлагалось! Что же делать теперь? Набор дорогой, выбрасывать жалко, а у младшего братика (если он есть) пока другие игрушки. Не расстраивайся! Мы тебе поможем. Из этого набора можно собрать ещё много интересных и полезных вещей. Например, ты можешь собрать роботизированный мотобайк, которым можно управлять с помощью смартфона, и устроить гонки на время вместе с другом. Задумайся над этим! Фактически за какой-то час работы ты сумеешь пройти многовековой путь изобретателей прошлого! Почему в настоящее время такое стало возможно? Можно ли изобрести что-нибудь новое, не зная, какие машины и механизмы существовали в прошлом? Как интереснее работать — одному или вместе с другом? Внимание! Ты можешь собрать свои достижения в ро бототехнике в электронное портфолио! Фотографируй или фиксируй на видео результаты своей работы, чтобы потом представить их для участия в творческих конкурсах. Результаты конкурсов и олимпиад засчитываются при поступлении в профессиональные учебные заведения.
История появления мотоциклов Кто в детстве не мечтал о мотоциклах? Мчаться по дороге наперегонки с ветром, подзадоривающим своей непокорностью, или с солнцем, опускающимся за горизонт? Или взлетать под купол стадиона по кру- тым песочным барханам, перепрыгивая горящие факелы и выстроенные в ряд машины? Быть может, ты хотел бы гнать по гоночной трассе, оставляя огненные следы от покрышек? Поверь, этой мечтой одержи- мы многие взрослые. Мы поможем тебе приблизиться к ней! Слово «мотоцикл» образовано от греческих слов «мото» — движение, движущий (от этого же корня появилось слово и «мотор» как «дви- житель» или «двигатель») и «циклос» — колесо. Таким образом, это колёса, обеспечивающие движение. В Большом толковом словаре под редакцией С. А. Кузнецова дано следующее определение: «Мотоцикл — это самодвижущаяся двухколёсная машина с двигателем внутреннего сгорания, расположенным впереди седла». Оно несколько ошибочно, и ты скоро убедишься почему. Основными отличительными чертами любого мотоцикла являются: • наличие механического двигателя (не обязательно двигателя вну- треннего сгорания); • наличие боковых подножек или площадок для ног (по обеим сто- ронам); • управление передним колесом напрямую от руля (без редуктора — механизма, передающего и преобразующего крутящий момент с по- мощью механических передач); • вертикальное положение мото- циклиста на сидении. Ты уже нашёл различия с опреде- лением? Правильно, различие в точ- ном указании вида двигателей. Но пока ничего не было сказано о колё- сах. О, это дело заслуживает особого внимания! Готов побыть детективом и докопаться до истины? Чтобы разо- браться, насколько важно в определении количество колёс, углубимся в историю создания мотоциклов. Кстати! Ни байкеры, ни профессиональные велогонщики не используют слово «катать- ся». Оно считается почти оскорбительным, потому что означает бесцельное и бездум- ное мотание на короткие расстояния.
Первые самодвижущиеся двухколёсные машины стали появляться в 1860-х годах. В то время было рано говорить о двигателях внутреннего сгорания — основным и един- ственно возможным вариантом был паровой двигатель. К концу XIX века их делали уже достаточно компактными, чтобы установить на лёгкое транспортное средство. Правда, ездили такие мотоциклы очень медленно и вызывали скорее любопытство, нежели же- лание ездить на них. Рассмотри конструкцию французского инженера Перро, созданную им в 1868 году (рис. 1). Одновременно по- добную конструкцию на другом материке сделал американец Сильвестр Роупер. Его агрегат работал на угле. Кстати, именно на мотоцикле Роупера были впервые сделаны вращающиеся рукоятки на руле (точ- нее, вращался весь руль): вперёд — подача пара, назад — тормоз на заднее колесо. Мотоцикл ли это? Похоже, что да, ведь он отвечает всем перечис- ленным критериям, включая наличие подножек на переднем колесе. Это была самая дешёвая и поэтому распространённая модель. Что же насчёт самой мощной? Ею был паровой мотоцикл Люциуса Коупленда (рис. 2), который в 1884 году имел мощность всего четверть лошадиной силы (0,25 л/с), причём перед поездкой необходимо было долго раз- водить пары. Все мотоциклы этого периода были, по большому счёту, цельнометаллическими или даже деревянны- ми велосипедами с педальным приводом на переднем колесе. Не похоже на современные мотоциклы? Двигаемся дальше! В самом конце XIX века Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах созда- ли первый мотоцикл с двигателем внутренне- го сгорания (рис. 3). Он был создан на базе деревянного велосипеда, имел мощность в по- ловину лошадиной силы (0,5 л/с), весил 70 кг и двигался со скоростью целых 12 км/ч. Са- мое любопытное, что он имел два дополни- тельных опорных колеса, как современные ве- лосипеды для малышей. Служили они точно для такой же цели: Даймлер не умел ездить на велосипеде, следовательно, боялся упасть с мотоцикла. Появление такого мотоцикла объяснялось лишь простым желанием изобре- Рис. 1. Мотоцикл Перро (паровой велосипед) Рис. 2. Люциус Коупленд и его мотоцикл
тателей испытать двигатель внутреннего сгора- ния, а современный мотоцикл они придумали из соображений: «А почему бы и нет?» Пер- вый мотоцикл с двигателем внутреннего сго- рания просуществовал недолго, сгорев при по- жаре в сарае, где проводились эксперименты. Первые серийные мотоциклы стали вы- пускать в 1894 году в Германии. Их кон- струкцию придумали братья Хильдебранд как велосипед на паровой тяге. Затем Алоиз Вольфмюллер добавил в конструкцию мо- тор, имевший зажигание от калильной труб- ки, которое применяли во всех автомобилях, танках и других транспортных средствах разного назначения до рас- пространения электрического зажигания. Творение Хильдебрандов и Вольфмюллера разгонялось до 45 км/ч. Кроме того, в этой модели от- сутствовали педали. Правда, сцепления тоже не было. Немцы надолго заняли лидирующие позиции в производстве мо- тоциклов. В большинстве случаев производством этих двухколёсных средств передвижения занимались те же фирмы, что делали автомоби- ли. Мотоциклы долгое время имели огромное преимущество — более низкую цену из-за простой, по сравнению с автомобилем, конструкции. В 1920-х годах началось массовое производство спортивных моделей. Особых достижений добилась компания BMW, чья команда долгое вре- мя удерживала первенство в мировых чемпионатах и постоянно ставила рекорды скорости. Так, в 1937 году гонщик Эрнст Хенне развил ско- рость 279,5 км/ч. В СССР производство мотоциклов берёт своё начало в 1930-х годах как попытка скопировать и впоследствии улучшить немецкие модели. К 1939 году советские инженеры в Серпухове смогли разработать первую собственную конструкцию — мотоцикл МЛ-3 с мощностью 3,5 л/с, трёх- ступенчатой коробкой передач и лёгким двигателем объёмом 123,7 см3 (рис. 4). Он полностью удовлетворял по треб ность в быстром и лёгком транспорте у населения, поэтому по лу чил широкое распространение вме- сте с более тяжёлым, но мощным Л-8. Трудно представить, что мотоциклы были распространены больше, чем автомобили? Когда же всё изменилось? Дело становится запутаннее с каждым новым фактом, юный детектив. Вернёмся к немецким производи- телям. Всем известно, что в 1940-х годах в Германии была распространена мотопехота и практически отсутствовала обычная. Это Рис. 3. Первый мотоцикл с двига- телем внутреннего сгорания Рис. 4. Советский мотоцикл МЛ-3
обусловливалось тем, что бойцы не успевали уставать от долгих пере- ходов и могли идти в атаку, полные сил. Для передвижения использова- лась лёгкая, надёжная и сравнитель- но дешёвая в обслуживании мототех- ника — DKW RT125 (рис. 5) и DKW NZ350, разгоняющиеся до 105 км/ч и имевшие неплохую проходимость. Позднее советские инженеры использовали эти модели для создания известных мотоциклов «Минск» и ИЖ-350, до сих пор встречающихся в большинстве деревень, сёл и городов России и стран СНГ. Так-так, а что же насчёт дорогих моделей? Например, BMW R75, использовавшийся военными немецкими мотоциклистами в Сахаре, стоил как два автомобиля. Во-первых, его отличительной чертой был двигатель мощностью 26 л/с. Во-вторых, он оснащался гидравлическим зад ним тормозом. В-третьих, имел девятиступенчатую коробку передач. Всё это обеспечивало ему надёжную работу, манёвренность и проходи- мость в пустыне. Значит, на дороговизну влияет надёжность? И здесь в игру вступает «Harley Davidson»! Мотоциклы этой фирмы заслужили всеобщее признание именно за свою безотказность в любых условиях. Сначала это признала американская полиция, которая ста- ла использовать «харлеи» с 1907 года (рис. 6). Всё начиналось с тако- го же велосипеда с небольшим моторчиком, который спроектировал Уи- льям С. Харли в маленьком сарайчике. Затем к нему присоединились братья Дэвидсон: Артур, Уолтер и Уильям. Они же начали выпускать с 1925 года узнаваемые мотоциклы с колясками и тогда же ввели в конструкцию педали сцепления и газа, а к 1940-м творение «Harley Кстати! Если европейские производители активно использовали калильное зажига- ние, то в Японии сразу же начали с мото- циклов с электромоторами. Первым такой мотоцикл с мотором всего 50 см3 создал Соичиро Хонда в 1946 году. Рис. 5. Советские офицеры на трофейном немецком мотоцикле DKW RT125 в Германии Рис. 6. Американская полиция и их H-D
Davidson» обретает знакомый каждо- му вид: широкий руль, мощные пе- редние фары, широкое удобное седло, большую проходимую колёсную базу, бензобак каплевидной формы и при- ятное низкое, глухое рычание мотора, которое трудно с чем-либо перепутать. Сегодня «Harley Davidson» — эталон удобства и надёжности. Надёжные мотоциклы также снаб- жались кожаными сёдлами, постоянно улучшалась гидравлическая система тормозов и многое другое, что непре- менно сказывалось на цене, делая мотоцикл равнозначным автомобилю. Что же оставалось для тех, кто не мог себе позволить подобную покуп- ку? В 1946 году авиационный инженер Коррадино де Асканио из ком- пании Piaggio начинает выпуск принципиально новой серии мотоциклов под названием «Vespa» (рис. 7), положивших начало новому виду — мо- педам. Они буквально сразу заполонили послевоенную Европу! Удобная конструкция сиденья позволяла пользоваться мопедами даже женщинам в юбках и подросткам, упростив перемещение по улочкам городов. Начиная с 1970-х годов мода на тяжёлые мотоциклы вернулась. К сожалению, в это время образ мотоциклистов в общественном созна- нии был значительно подпорчен. Дело в том, что «рогатая» классика не только обладала крутым видом, но и позволяла быстро и маневренно исчезнуть из поля зрения стражей порядка, что делало её популярной среди хулиганов и бандитов. Позднее образ мотоциклиста как «плохого парня» закрепили голливудские режиссёры. Классические, спортивные, мопеды… Какие ещё виды мотоциклов бы- вают? Как ты уже понял, модели могут настолько отличаться друг от друга, что даже определение понятию «мотоцикл» дать сложно. Мотоци- клы принято делить по назначению (зависит от типа дорожного покрытия, по которому будет осуществляться основное движение), количеству колёс или объёму двигателя. По назначению различают: • спортивные (лежащая посадка, за- ниженный руль, малый вес; необхо- димость соотносить скорость ветра и мотоцикла; хрупкая обшивка из пла- стика и высокий расход топлива); • спортивно-туристические (выше вес, однако нет зависимости от скорости ветра); Рис. 7. «Vespa» Кстати! Большинство мотоциклов рассчи- тано на провоз максимум одного пассажира. Однако мотоцикл «Чехия» («Chechie», ина- че — «Бомерланд» («Bh mer land»)), произ- водимый в Чехии на границе с Германией, имел три посадочных места. К тому же у него было четыре топливных бака, а колёса подозрительно напоминали автомобильные.
• туристические (наличие приборной доски, подушки безопасности, комфортны для дальних расстояний); • классические (большой вес, мощный двигатель, нет обтекателей, зато детали достаточно распространены, в силу чего такие мото- циклы проще ремонтировать); • кастомы (индивидуальные сборки, сделанные полностью с нуля или на основе других видов); • круизеры (очень тяжёлые, большие, максимально комфортные, мо- гут даже иметь крышу); • внедорожники («эндуро» и «триал», малая обтекаемость, много «оголённых» частей, усиленная амортизация на оба колеса); • стрит-файтеры (спортивные, без пластикового каркаса, обычно по городу «летают» именно они). По количеству колёс принято выделять двухколёсные, двухколёсные с коляской, трёхколёсные (трайки), четырёхколёсные (квадроциклы), а также снегоходы на гусеничном ходу, у которых колёса отсутству- ют. По объёму двигателя различают скутеры (50–125 см3), максискуте- ры (125–400 см3) и гиперскутеры (500–800 см3). Вспомни определение, которое дано в словаре. Теперь ты точно убедился, что оно ошибочно. Молодец! Твоё расследование подошло к концу. Теперь тебе многое известно о мотоциклах. Пришла пора собрать собственный, применив полученные знания на практике. Впер-р-р-рёд! Обозначения В тексте тебе встретятся обозначе- ния, которые мы сейчас поясним на примерах. 1. Балка № 7 — это балка с семью отверстиями. 2. 3-модульный штифт — штифт, длина которого равна длине балки № 3. 3. Ось № 5 — ось, длина которой равна длине балки № 5. Оборудование: • Базовый набор LEGO® MINDSTORMS® Education EV3. • Компьютер (минимальные системные требования): Windows XP, Vista, Windows 8 (за исклю- чением METRO), Windows 10 (32/64 бит), оперативная память не менее 1 Гб, про- цессор — 1,6 ГГц (или быстрее), разре- шение экрана — 1024 600, свободное место на диске — 5 Гб, выход в Интер- нет. • Мобильное устройство на базе Android или iOS с поддержкой Bluetooth.