Инженерная задача "Прохождение лабиринта – радиоуправляемая лодка"

Работа выполнена в рамках проекта "Инженерный класс в Московской школе".

Необходимо изготовить радиоуправляемое водное транспортное средство (лодку), способное на плаву преодолеть лабиринт без касания стенок. Участники вправе выбрать одну из двух траекторий прохождения лабиринта.

Траектория № 1: ширина трассы 150 мм, 4 поворота по 90 градусов, выше вероятность касания стенок лабиринта, но меньше длина преодолеваемой трассы.

Траектория № 2: ширина трассы 300 мм, 6 поворотов по 90 градусов, меньше вероятность касания стенок лабиринта, но больше длина трассы.

Сценарий прохождения лабиринта:

• капитан команды демонстрирует и объясняет конструкцию и принцип действия лодки;
• капитан выбирает одну из двух траекторий движения лодки и озвучивает решение судейской коллегии. Изменение выбранной траектории в ходе одной попытки недопустимо;
• помощник капитана спускает лодку на воду в стартовую зону;
• по команде судьи лодка начинает движение по выбранной траектории. Движение не по той траектории, которая была объявлена, означает окончание текущей попытки;
• лодка проходит лабиринт;
• лодка прибывает на финиш и останавливается.

В процессе прохождения трассы лодка не должна касаться бортиков и "берегов островов". За любое подобное событие оценка за испытание уменьшается на 0,25 балла. Продолжительное касание и/или скольжение, в том числе прерывистое (т. е. с небольшим отскоком и повторным касанием и/или скольжением), в течение более, чем 3 с, означает окончание текущей попытки без начисления вышеуказанного штрафа за само это продолжительное касание (предыдущие штрафы, при их наличии, остаются в силе).

Если результатом подобного касания и/или скольжения явилась поломка ограждения (любого рода, от искажения геометрии ограждения до необратимой физической поломки барьера), следует немедленная дисквалификация команды на этапе, обнуление уже полученных баллов за испытание на этапе и штраф в 10 баллов. В процессе прохождения трассы запрещено непосредственное механическое (т. е. руками, подручными средствами и т. п.) изменение траектории движения лодки с момента установки ее в зону старта и до прибытия на финиш. Любое подобное событие означает окончание текущей попытки.

В ходе испытания запрещено:

• подключать изделие к внешней электросети;
• модифицировать трассу каким бы то ни было способом.

Размеры лабиринта 1500х2100 мм, размер стартовой зоны А1 – 300х300 мм, размер финишной зоны Е7 – 300х300 мм. Синее поле – вода, зеленые участки – острова, широкие синие линии – берега островов (высотой 200 мм) и стенки (высотой не менее 200 мм), глубина воды не менее 150 мм.

Развернутое рассмотрение возможных способов решения инженерной задачи, их анализ, плюсы и минусы, возможные проблемы при реализации.

Изначальный вариант устройства

Выбранный участниками способ решения инженерной задачи, причины выбора именно этого способа

Наша команда выбрала именно этот вариант нашей лодки по определенным причинам:

1. Пластиковый корпус лодки не пропускает воду внутрь.
2. Плата Arduino и Bluetooth модуль позволяют управлять лодкой через специальное приложение на смартфоне, не используя дополнительную аппаратуру.
3. Возможность раздельной работы моторов позволяет избавиться от рулевых механизмов и сервопривода и поворачивать лодку только винтами.
4. Наличие вклеенного дейдвуда позволяет за герметизировать эпоксидной смолой отверстие между валом и корпусом.

Используемые материалы и компоненты

Описание процесса изготовления изделия, используемые технологические операции:

1. Напечатали корпус на 3D принтере.
2. Просверлили отверстия под валы двигателей.
3. Подключали, соединяли и программировали плату, Bluetooth-модуль, аккумулятор и двигатели внутри корпуса.

Фотография готовой лодки

Инструкция по эксплуатации изделия

Рассчитана на человека, который видит это изделие (лодка) впервые в жизни:

1. Подключить батареи к разъемам.
2. Герметично закрыть крышку отсека, в котором находятся платы и батареи
3. Использовать пульт управления, с помощью смартфона, в котором стрелки "вверх, вниз, вправо, влево" отвечают за направление движения, а кнопка "пауза" отвечает за остановку двигателей самой лодки.