Проект на тему:"Роботизированный железнодорожный переезд"

РЕСПУБЛИКА МОРДОВИЯ

РУЗАЕВСКИЙ МУНИЦИПАЛЬНЫЙ РАЙОН

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ «ЮНИТЭР»

РУЗАЕВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА

ПРОЕКТ

РОБОТИЗИРОВАННЫЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПЕРЕЕЗД

МБУ ДО «ДОД «ЮНИТЭР»

Рузаевского муниципального района

Автор: Попков Даниил Александрович, 16 лет

Руководитель: Садыков Гизар Фагимович, педагог дополнительного образования

МБУ ДО «ЦДОД «ЮНИТЭР» Рузаевского муниципального района

Рузаевка 2016 г.

Содержание

Введение ……………….…………………………..………………………......…  стр.3

Актуальность выбранной темы ………..…………………...…...….… стр.3

Гипотеза ……………………………………………………………...… стр.3

Новизна проекта …………………………………………………….…. стр.4

Цель и задачи проекта………………………………………...………………..… стр.4

Теоретическая часть

Общая характеристика………………………...…………………….… стр.5

Виды и категории переездов………………………..………...…..….... стр.6

История развития железнодорожных переездов……..…………........ стр.6

Техническое обеспечение переездов……..………………………....... стр.7

Обзор литературы и интернет источников………………..……………….……. стр.8

Избранные методы исследования и структура работы………………………… стр.8

Основное содержание……………………………………………………….……. стр.9

Содержание работы. ……………………………………………………….…….. стр.9

Ход работы……………………………………………………………………….... стр.9

Программирование робота……………………………………….………….….. стр.14

Выводы и практические рекомендации ………………………..………….…... стр.14

Назначение и возможная область реализации проекта….……………………. стр.15

Заключение……………………………………………………….….……….….. стр.14

Список источников……………………………………………….……………... стр.16

Приложение 1 Программа для модели «Роботизированный железнодорожный переезд»…………………………………………………….. ………………….... стр.17

Приложение 2 Паспорт модели «Роботизированный железнодорожный переезд» ……………………………………………………………………………………. стр.18

Введение.

Мой дедушка Юрий Александрович Попков свою трудовую жизнь проработал дежурным на железнодорожному переезду. Он много рассказывал мне о железной дороге и о переездах, меня это очень заинтересовало. Однажды дедушка взял меня на свою работу. На всю жизнь у меня останется впечатление от увиденного - как с грохотом на большой скорости мимо меня промчался тяжёлый грузовой состав. Я захотел узнать больше о железнодорожных переездах.

Актуальность выбранной темы.

В связи с резким увеличением за последние десятилетия количества автомобилей и общей интенсивности движения на дорогах все острее становится вопрос обеспечения пропускной способности автодорог и переездов без потери необходимого уровня безопасности. Общая тенденция и в мире вообще, и в России в частности заключается в постепенной ликвидации переездов и замене их многоуровневыми пересечениями – мостами, путепроводами и тоннелями. Если в 1988 году в России было около 32 тысяч переездов, то уже к концу века их число уменьшилось на 10 тысяч и продолжает неуклонно сокращаться. Но в силу ряда причин полностью отказаться от одноуровневых переездов удастся не скоро, и для обеспечения необходимого уровня безопасности принимаются различные меры. В подавляющем большинстве случаев внештатные ситуации на переездах происходят по вине водителей. Наряду с этим ведется работа по оснащению переездов и участков транспортных путей вблизи них новыми техническими устройствами; по внедрению новых конструкционных материалов, дальнейшей автоматизации функционирования переездов [1]. В данной работе рассматривается пример автономного железнодорожного переезда, то есть переезда, работающего автоматически и без участия человека.

Гипотеза. Я третий год обучаюсь в творческом объединении «LEGO – роботы» и при выборе темы своего творческого проекта у меня появилась идея создания роботизированного железнодорожного переезда из конструктора Lego. Я заинтересовался принципом работы железнодорожных переездов и стал искать информацию о них.

Новизна моего проекта стало использование штатных сенсоров (датчиков) конструктора LEGO® MINDSTORMS® Education NXT Base Set 9797 LEGO перворобот NXT базовый набор [2] при автоматизации работы модели железнодорожного переезда.

Целью данного проекта является создание LEGO - робота, способного продемонстрировать работу «Железнодорожного переезда».

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

·изучение информации о «Железнодорожных переездах»;

·моделирование работы робота «Железнодорожный переезд»

·конструирование робота «Железнодорожный переезд »;

·сборка железной дороги с поездом для робота «Железнодорожный переезд».

·конструирование систем шлагбаумов и плит, которые вместе препятствуют  движению автомобиля и также конструирование будки стрелочника  и вокзала для правдоподобности  проекта

·создание программы для управления работой робота «Железнодорожный переезд» на языке NXT- G;

Теоретическая часть.

Общая характеристика

Железнодорожный переезд – это место, где на одном уровне пересекаются один или несколько железнодорожных путей с автомобильной, велосипедной или пешеходной дорогой. Практически во всех странах мира при проезде подобных участков железнодорожный транспорт имеет приоритет, а, поскольку вес, скорость и другие характеристики у таких транспортных средств существенно выше, чем у остальных участников движения, то переезды всегда являются местом повышенной опасности. С одной стороны, частота нештатных ситуаций и происшествий здесь гораздо выше, чем в среднем по региону, а с другой – последствия возникновения подобных ситуаций существенно серьезнее, чем на других участках. Поэтому одна из главных задач реализации нормального функционирования железнодорожного переезда – принятие организационно-процедурных и технических мер по максимальному обеспечению безопасности участников движения через него. С этой целью переезды по возможности оборудуются сигнальными и блокировочными техническими средствами – светофорами, шлагбаумами, заградительными плитами, дорожными знаками и указателями. Кроме того, предусмотрен особый набор правил, определяющих процедуру пересечения переездов пешеходами и водителями. Регламентируются и действия в большинстве нештатных ситуаций с целью предотвращения и минимализации последствий отклонения от обычной процедуры. Прежде всего, при выборе места для оборудования железнодорожного переезда стараются по возможности обеспечить максимальное расстояние прямой видимости во всех направлениях как для водителей и пешеходов, так и для машинистов железнодорожного транспорта. Желательно отсутствие высоких зданий, деревьев, ограждений. Участок железнодорожного полотна должен быть прямолинейным, а угол пересечения транспортных путей – максимально близким к прямому и в любом случае не меньше 60°. Переезды с особо интенсивным движением оснащаются автоматическими устройствами и (или) организовывается круглосуточное дежурство представителей персонала железной дороги [3].

Виды и категории переездов

В России железнодорожные переезды делятся на четыре категории – от первой, с самым интенсивным движением и, соответственно, максимальной степенью опасности, до четвертой, с минимальной интенсивностью. В зависимости от категории закон и ведомственные нормативы регламентируют минимальный уровень технического обеспечения того или иного переезда. К первой категории относят переезды: - с интенсивностью движения более 7000 автомобилей в сутки; - имеющие трамвайное или троллейбусное движение; - пересекающие четыре и более железнодорожных колеи; - через железные дороги со скоростью движения поездов выше 140 км/ч. В России к этой категории относится примерно треть всех имеющихся железнодорожных переездов. Как правило, переезды этой категории расположены в районах больших городов или крупных железнодорожных станций. В некоторых случаях интенсивность движения автомобилей достигает на них 50 тысяч в сутки. В случае, если движение поездов тоже достаточно интенсивное, и переезд часто перекрывается, на автомагистралях образуются значительные заторы. В такой ситуации возрастает количество нарушений со стороны водителей автомобильного транспорта, и степень опасности переезда существенно повышается [4].

История развития железнодорожных переездов

В начале железнодорожной эры проблемы были в основном ограничены необходимостью предупреждения пешеходов о приближении поезда. Эту функцию возлагали на специального сигнальщика, подававшего сигналы при помощи флага, фонаря, свистка или рожка. По мере увеличения числа поездов и скорости их движения оказалось, что необходимо оборудование физических заграждений – заборов и ворот, поскольку участились столкновения поездов с перегоняемым через колею скотом. С появлением автомобилей и уменьшением количества перегоняемого скота потребность в барьерах отпала, и переезды стали оборудовать шлагбаумами. Тем не менее на большинстве переездов ограничивались установкой предупреждающих знаков и надеялись на сознательность водителей. Долгое время шлагбаумы открывались и закрывались вручную специальным дежурным по переезду. Как правило, такой шлагбаум перекрывал всю ширину дороги. С появлением автоматических шлагбаумов их длину уменьшили. Связано это было с тем, что иногда опустившиеся шлагбаумы запирали один или два автомобиля на переезде, естественно, как раз во время ожидаемого приближения поезда. В принципе, переезды, оборудованные согласно требований различных этапов и временных периодов истории, сохранились во многих странах, некоторые из них намеренно поддерживаются в исходном состоянии как исторические памятники, а безопасность обеспечивается разделением транспортных потоков [1].

Техническое обеспечение переездов

В настоящее время в России, как и в большинстве других стран, переезды и подъезды к ним оборудованы различными техническими средствами, которые и предупреждают водителей о повышенной опасности, и (по возможности) исключают возможность выезда транспортного средства на переезд при приближении поезда. На определенном расстоянии от переезда устанавливаются дорожные знаки «железнодорожный переезд со шлагбаумом» (черный силуэт забора на белом треугольнике с красной каймой) или «железнодорожный переезд без шлагбаума» (черный силуэт паровоза). Непосредственно перед переездом во всем мире принято устанавливать особый знак в форме Андреевского креста. Также по обе стороны переезда устанавливают специальный светофор с двумя красными мигающими фонарями и дублирующим звуковым сигналом. По возможности переезды оборудуются двумя (по одному с каждой стороны железнодорожного полотна) или четырьмя (по два с каждой стороны) автоматическими шлагбаумами. В случае, если пересекаемая железнодорожная ветка электрифицирована, автомобильная дорога по обе стороны от переезда оснащается габаритными воротами, чтобы исключить проезд через полотно негабаритного транспорта [1].

Обзор литературы и интернет источников

1.        http://www.modelzd.ru/ustroystvo-zhd/zhd-pereezd.html [Железнодорожный переезд]

2.        http://www.prorobot.ru/lego/nxt_9797.php [Конструктор "ПервоРобот NXT" LEGO Mindstorms 9797]

3.        http://вики.жд.рф/wiki/Железнодорожный_переезд

4.        http://www.ronl.ru/referaty/transport/342348/ [Реферат: Железнодорожный переезд]

Избранные методы исследования и структура работы

1.   Изучение информации о железнодорожных переездах;

2.   Моделирование работы железнодорожного переезда;

3.   Конструирование модели роботизированного железнодорожного переезда;

4.   Конструирование модели роботизированного железнодорожного переезда;

5.   Оборудовать робота датчиками, серводвигателями;

6.   Сделать оптимальную компановку отдельных деталей робота в единое целое;

7.   Сфотографировать этапы сборки модели роботизированного железнодорожного переезда;

8.   Создание программы для управления работой модели роботизированного железнодорожного переезда;

9.   Провести испытания готовой модели роботизированного железнодорожного переезда;

10.    Сделать описание модели роботизированного железнодорожного переезда;

11.   Подготовка презентации «Роботизированный железнодорожный переезд».

Основное содержание

Содержание работы.

1.   Изучение специализированной литературы, поиск информации в интернет - источниках.

2.   Разработка проекта «Роботизированный железнодорожный переезд» с микропроцессором NXT 2.0

3.   Конструирование модели робот Роботизированный железнодорожный переезд» с микропроцессором NXT 2.0.

Ход работы:

В ходе решения этих задач было посмотрено большое количество интернет-сайтов, посвященных этому вопросу. Наблюдая, сравнивая, анализируя и экспериментируя, мы с руководителем творческого объединения «LEGO - роботы» стали продвигаться к намеченной цели.

Это модель робота «Железнодорожный переезд» из деталей конструктора «LEGO MINDSTORMS. NXT 2.0», модель управляется микропроцессором NXT 2.0, с помощью программы, написанной в среде программирования NXT-G или управлять через сотовый телефон на платформе Android, с программой NXT remote control via bluetooth from Mobile Phone [5].

Сделал и собрал железнодорожные пути.

Фото 1.

Собрал левую и правую части железнодорожного переезда

Фото 2.

Левая и правая части железнодорожного переезда вместе с железной дорогой.

Фото 3.

Правая сторона железнодорожного переезда (вид сверху).

Фото 4.

Левая сторона железнодорожного переезда (вид сверху).

Фото 5.

 Левая сторона железнодорожного переезда, с опущенным

шлагбаумом и с поднятой заграждающей плитой

Фото 6.

Готовый роботизированный железнодорожный переезд

Фото 7.

Железнодорожный переезд (вид с вокзала).

Фото 8.

Железнодорожный переезд «Вид от локомотива».

Фото 9.

Программирование робота

После того, как робот был готов, я приступил к самой сложной части своего проекта – это программирование робота и настройка датчиков. Для этого я использовал среду программирования Lego Mindstorms NXT - G. С помощью специальных блоков я составил программу для своего робота. Приложение 1

Выводы и практические рекомендации

Робототехника является одним из активно развивающихся направлений современного общества. Сейчас роботы встречаются нам повсюду, но порой мы этого не замечаем и не заостряем на этом своё внимание. Роботы входят в нашу повседневную жизнь и существование человека без них порой трудно представить.

Поэтому я считаю свою работу над проектом “Роботизированный железнодорожный переезд” актуальной. По окончанию проекта мне удалось реализовать поставленные цели: я создал роботизированный механизм, который работает без помощи и контроля человека, справляясь со своей работой. Я думаю, мой проект облегчит жизнь человечества и предотвратит аварии на железнодорожных переездах - ведь их случается немало.

Назначение и возможная область реализации проекта

·               Наглядная модель роботизированного железнодорожного переезда

·               Пример модели при обучении конструированию и программированию школьников, с помощью конструктора «LEGO MINDSTORMS. NXT 2.0»;

·               Прототип для создания реальной модели роботизированного железнодорожного переезда;

·               Возможно использование модели роботизированного железнодорожного переезда при строительстве «Леголенда» в его парковой зоне - «Город LEGO», который планируется построить в Москве. Также очень хотелось бы видеть в «Городе LEGO» роботов построенных российскими  детьми из конструктора «LEGOMINDSTORMS. NXT» (видео, об этих роботах можно будет разместить в Интернете на Сайте Московского «Леголенда», а лучших роботов отобрать путем зрительского голосования) [5].

Заключение

В начале данной работы была поставлена цель - создание модели роботизированного железнодорожного переезда, используя детали конструктора «LEGO MINDSTORMS. NXT 2.0» артикул 9797 и деталей дополнительного набора «LEGO MINDSTORMS» артикул 9696.

Цель данного проекта достигнута – создана модель LEGO - робота, способная продемонстрировать роботу роботизированного железнодорожного переезда.

 Мы доказали целесообразность нашего проекта.

Список источников

1.     http://www.modelzd.ru/ustroystvo-zhd/zhd-pereezd.html [Железнодорожный переезд]

2.     http://www.prorobot.ru/lego/nxt_9797.php [Конструктор "ПервоРобот NXT" LEGO Mindstorms 9797Источник: http://www.prorobot.ru/lego/nxt_9797.php]

3.     http://вики.жд.рф/wiki/Железнодорожный_переезд

4.     http://www.ronl.ru/referaty/transport/342348/ [Реферат: Железнодорожный переезд]

5.     http://www.1mobile.com/nxt-remote-control-389510.html [NXT Remote Control]

6.     http://phantoms.su/topic/31090-v-rossii-mozhet-poiavitsia-svoi-legolend/ [о Российском леголенде]

Приложение 1

Программа для модели«Роботизированный железнодорожный переезд»

Рис. 1. Программа для NXT 1

Рис. 2. Программа для NXT 2

Приложение 2

Паспорт модели

1.     Наименование «Роботизированный железнодорожный переезд»

2.     Габариты робота 1750 х 550 х 330мм, Вес-4780г.

3.   Краткое описание. Роботизированный железнодорожный переезд"     

     собран из деталей конструктора “LEGO MINDSTORMS. NXT 2.0”,  

     моделирующий автономную работу неохраняемого переезда

4.     Возможная область применения:

·       прототип для создания реального робота.

·       пример модели (при обучении конструированию и программированию роботов из конструктора “LEGO MINDSTORMS.NXT2.0” младших школьников),

·       модель роботизированного железнодорожного переезда может быть применена при обучении студентов железнодорожных колледжей и ВУЗов,

·       при обучении курсантов автошкол,

·       как высокотехнологичная игрушка – конструктор для детей от 8 лет.

5.     Оценочная стоимость в рублях 13000р (в ценах 2013г.)

6.     Год создания 2015-2016 гг.

7.     Автор Попков Даниил Александрович

8.     Возраст16 лет

9. Место учебы МБУ ДО ”ЦДОД ЮНИТЭР” Рузаевского муниципального района, творческое объединение ”LEGO роботы”

9. Фамилия, имя, отчество руководителя, должность, постоянное место работы 10. Садыков Г.Ф., педагог дополнительного образования МБУ ДО ”ЦДОД ”ЮНИТЭР” Рузаевского муниципального района.

11. Контактный телефоны: раб. 8(83451) 2-58-52, моб.[phone]