Урок 7. Тележки

Требования, предъявляемые к этому механизму:

• четыре колеса, плотно сцепленные с поверхностью земли, попарно соединены осями, колеса должны вращаться;
• отсутствие других частей конструкции, соприкасающихся с  поверхностью;
• наличие электромотора, приводящего в движение передние и/или задние колеса;
• наличие источника питания для электромотора и программы управления им;
• по команде оператора тележка должна двигаться вперед или назад и транспортировать груз.

1. Одномоторная тележка

Первая тележка не должна уметь поворачивать, поэтому ограничимся одним мотором с передним приводом. Первая 12-модульная ось будет ведущей.

Обе оси закрепляются на отдельную балку:

Колеса крепятся так, чтобы не было трения с балками:

 Тележка поедет под управлением через второй мотор:

Вращая управляющий мотор, добьемся движения тележки:

2. Полноприводная тележка

Наиболее эффективное расположение шестеренок для полноприводной тележки:

Три из пяти шестеренок паразитные, но польза от них есть. Передаточное отношение будет 1:1. Нечетное количество паразитных шестеренок позволяет сохранить направление. Малая шестерня в центре не занимает пространство для преодоления бугристых препятствий.

При таком расположении колес возникает трение с соседними шестеренками.

Если колеса насажены слишком глубоко, может возникнуть трение с соседними шестеренками, которые вращаются в противоположную строну. Этого можно избежать: заменить каждую 12-модульную ось двумя 8-модульными, состыковав их в оранжевом моторном цилиндре, или просто удлинив оси специальными втулками.

Итак, прототип "вездеходика" с ручным управлением готов.

3. Тележка с автономным управлением

Разместим на корпусе тележки блок NXT. Переднее крепление для NXT на базе одномоторной тележки.

Трехмодульные штифты скрепляют сразу три детали:

Для заднего крепления придется отсоединить боковые балки:

С добавленными уголками боковые балки встают на место:

Набор штифтов, мини-осей и фиксаторов для заднего крепления NXT:

Можно сказать, создали новую деталь:

 Закрепили на угловые балки:

Установка шестеренок и колес уже знакома по предыдущей модели, поэтому повторять не станем.
Остается прикрепить контролер. Для этого требуется еще одна доработка конструкции: необходимо поднять крепление на один модуль, чтобы оставить пространство для аккумулятора. Заодно можно добавить угловые балки для последующей установки бампера.

 Угловые балки можно использовать для установки бампера:

Готовая тележка (автор Юра Парадовский):

Урок 6. Редуктор

1. Редуктор

Этот механизм используется двигателями для преобразования и передачи момента. Чаще всего служит для понижения частоты вращения и повышения крутящего момента вместе с тяговой силой. Существует множество их разновидностей. То, что мы сделаем сегодня - это, с одной стороны, полезный механизм, а с другой - головоломка.

Суть проста: внутри "черного" ящика (картера) строится зубчатая передача таким образом, чтобы ведома ось находилась на одной прямой с ведущей. Поскольку вращаться они могут с разной скоростью и даже в разные стороны, построить такую же головоломку представляется довольно интересной задачей. Желательно, чтобы никакие другие (внутренние) оси не выступали из корпуса редуктора во избежании механических помех.

В этой модели передаточное отношение 9:1. Ведомая ось обладает в 9 раз большей силой тяги и меньшей угловой скоростью вращения, чем ведущая.
Фото 2011 тут
2. Задание
Постройте более сложный вариант редуктора с передаточным отношением 15:1 и противоположным направлением вращения.

Урок 5. Волчок

1.Что такое волчок

Каждый из нас с детства знаком с замечательной игрушкой - юлой. Несколько движений  - и юла около минуты держит вертикальное положение. С волчком еще проще. Стержень, закрепленный на нем диск, быстрое круговое движение пальцами, и с волчком происходит то же самое, что и с юлой, только без какого-либо механизма. Но так или иначе через некоторое время волчок падает, исчерпав заложенный в нем ресурс.

Ваша задача создать механизм, который многократно увеличит начальную скорость вращения волчка. Вторая задача - максимально продлить время вращения волчка.

Требования к волчку и механизму:

• волчок должен иметь ось вращения и достаточно тяжелый диск, маховик, который сохранит инерцию вращения;
• центр тяжести волчка должен быть расположен достаточно низко, но не слишком, чтобы края диска не цеплялись  за поверхность стола (или пола);
• на оси вращения волчка необходимо установить шестерню для начального сцепления с механизмом;
• на механизме должны присутствовать две детали: для удержания одной рукой и придания вращения другой;
• в момент раскручивания волчок должен иметь плотное соприкосновение с механизмом;
• сразу после раскручивания волчок должен свободно отделяться от механизма.

2. Построение волчка

Маховик волчка может быть любым колесом, не обязательно зубчатым. Волчок с более тяжелым маховиком вращается дольше.

Простейший механизм для запуска с передаточным отношением 1:3. В качестве ведущей выбрана 8-модульная ось.

При запуске необходимо быстро повернуть ведущую ось на механизме и сразу поднять его, чтобы волчок вращался свободно.

Задание. Самостоятельно постройте механизм запуска с передаточным отношением 1:5.

3. Построение волчка с двухступенчатой передачей

Схема двухступенчатой передачи 1:9. Следует заменить первую ось на более короткую (например, 4-модульную), а вместо втулки поставить малую 8-зубчатую шестеренку.

Теперь соберите передачу 1:15 по данному рисунку:

4. Трехступенчатая передача

Третья ступень передачи может быть построена с помощью 40-зубой шестерни. Передаточное отношение в этом случае будет 1:45. Соответственно и усилие для раскручивания потребуется в 45 раз больше. Поэтому на ведущею ось следует поставить рычаг (ручку) или дополнительное колесико, которое облегчит задачу запускающему.

Когда при запуске слышен характерный треск зубчиков шестеренок, который возникает на холостом прокручивании, стоит побеспокоиться. Если ваши роботы будут трещать, зубчатые колеса быстро выйдут из строя. Это происходит из-за непрочного крепления осей в балках: они с легкостью отклоняются на несколько миллиметров. От этого можно защититься, добавив дополнительные балки и удлинив тем самым отверстие, в котором расположена ось.

Наша защита действует, но при чрезмерных перегрузках сдает и она. Подумайте, как еще можно укрепить механизм дополнительными балками, например над шестеренками.

5. Чей волчок продержится дольше?

Первая подгруппа

ФИО	Место	Баллы
Калгин Максим	1	25
Березин Вова	2	20
Павлов Саша	3	15
Янковская Алена	4	10
Митрофанов Денис	5	5

Вторая подгруппа

ФИО	Место	Баллы
Павлов Егор	1	15
Вихров Влад	2	10

Урок 4. Механическая передача

1. Механическая передача

Важнейшей частью почти каждого робота является механическая передача. Передача бывает необходима для того, чтобы передать крутящий момент с вала двигателя на колеса или другие движущиеся части робота. Довольно часто требуется передать вращение на некоторое расстояние или изменить его направление, например на 180 или 90 градусов.

Соберите вот такую конструкцию посмотрите, что происходит при зубчатой передаче.

Передаточное отношение

где i - передаточное отношение, Z2 - количество зубцов на ведомой шестерне (в числителе) и Z1 ведущей шестерне (в знаменателе).


Задание 1
Посчитайте количество зубьев во всех шестеренках набора.

Задание 2
Постройте механическую передачу с различными передаточными отношениями, допустимыми для нашего набора. Посчитайте передаточное отношение.

Если в передаче участвуют несколько подряд установленных зубчатых колес, то при расчете передаточного отношения учитывается только первое и последнее из них, а остальные называются паразитными.

2. Двухступенчатая передача

Зубчатую передачу можно построить таким образом, чтобы каждая шестерня выполняла полезную функцию. В этом случае каждая вторая пара шестеренок должна находиться на одной оси. А общее передаточное отношение определяется как произведение всех передаточных отношений.

Передаточное число. Это число, которое показывает изменение скорости или силы вне зависимости от направления. Т.о. это число всегда больше или равно 1.

 Задание 3
Постройте механическую передачу с передаточным числом большим 9, например, 25, 45, 75, 135.
Вот, например, двухступенчатая передача с передаточным числом 25 (автор Ершов Влад):

А это уже трехступенчатая передача (автор Калгин Максим):

Урок 3. Механический манипулятор

1. Механический манипулятор (хваталка)
Используя балки и штифты, создать механизм, способный изменять длину и захватывать детали.
Требования к конструкции следующие:

• хватательный механизм должен иметь минимальную длину в сложенном состоянии и максимальную в разложенном;
• у механизма должно быть две ручки, как у щипцов, и многоколенчатое соединение, ведущее к хватательной части;
• изобретатель должен суметь взять с помощью хваталки некоторый предмет  и перенести его с места на место.  

Хваталки 2010 тут

Хваталки 2011 тут

2. Проведение эксперимента и подсчет результатов
Подсчитывать результаты будем следующим образом. Вычисляем следующую сумму для каждого изобретения: max+(max-min), где max - максимальная длина, min - минимальная длина. По величине данного параметра определяем место (I место - 30 баллов, каждое следующее на 5 баллов меньше). И добавляем 5 баллов за успешный эксперимент одной рукой.
Смотрим, что получилось:
Наша единственная девочка Алена Янковская:

Самый опытный в этой группе Ершов Влад:

Это второе место (Березин Вова):

А вот она наша самая лучшая хваталка (Павлов Саша и Калгин Максим):

 Понадобилась помощь друга:

Коптев Николай:

 Одной рукой? Легко! Это Король Влад:

 Вихров Влад:

Итоговая таблица выглядит следующим образом:

№ п/п	ФИО	Максимальная длина	Минимальная длина	Итого+работа одной рукой	Место (баллы)
1	Березин Вова	60	29	91+5	II (35)
2	Павлов Саша Калгин Максим	80	45	115	I (40)
3	Ларионов Кирилл	50	15	85	IV (25)
4	Янковская Алена	46	31	61	VIII (5)
5	Ершов Влад Митрофанов Денис	50	10	90+5	III (30)
6	Коптев Коля	40	18	62+5	VI (15)
7	Король Влад	41	19	63+5	V (20)
8	Вихров Влад	43	24	62	VII (10)

Улучшенные результаты теста на знание деталей:

ФИО	Отметка
Березин Вова	12
Митрофанов Денис	11
Ларионов Кирилл	10
Павлов Саша	11
Смирнов Саша	7
Калгин Максим	10
Янковская Адена	11
Ершов Влад	12
Егоров Дима	8
Севостьянов Андрей	7
Павлов Егор	7
Коптев Коля	11
Король Влад	11
Вихров Влад	7
Добряков Давид	12
Похилый Слава	10