Проект "Умная дорога" на Кубке Школы Вектор++

19 мая 2019 года в Технопарке "Саров" прошел ставший уже традиционным V Открытый областной чемпионат по робототехнике Кубок Школы информатики "Вектор++".

В этом году на соревнованиях были предложены различные номинации: сумо роботов, футбол управляемых роботов, движение по линии, робот в мешке. А на торжественном открытии соревнований даже прошел рыцарский турнир. Правда, он не совсем удался: у одного робота сел аккумулятор, а второму так и не удалось проткнуть шарик.

Наша команда представляла проект "Умная дорога" в Творческой категории.

Мы рассказали о своем проекте другим участникам, интересующимся и жюри. На соревнованиях мы встретили команду, с которой познакомились в прошлом году. Они представляли робота, сажающего картошку. В этом году они выступали в номинации Сумо.

Посмотрели мы и другие проекты. Среди них были проекты лицеистов "Кабинет диагностики здоровья школьников" и "Медицинский кабинет на космической станции". Было много игр, созданных с помощью Scratch и Arduino. В этом году ребята изготовили инкубатор для яиц и систему для поворота солнечной батареи. А один участник даже самостоятельно собрал квадрокоптер.

После выступления мы пожалели, что организаторы не проводили игру с Lego-волчками, как в прошлом году. Поэтому мы решили изготовить бумажные самолетики и соревновались в дальности их полета.

На награждении нам присудили Диплом в номинации "За лучшую реализацию беспилотного школьного автобуса". Хотя наш проект был немного о другом, видимо автобус был самой впечатляющей его частью. Также наш проект был отмечен специальным призом от СарФТИ.

Кубок "Вектор++" - ежегодное мероприятие, каждый год собирает всё больше и больше участников. Несмотря на то, что до Технопарка "Саров" путь неблизкий - три часа от Нижнего Новгорода, многие хотят принять участие в этом ярком, интересном событии, зарядиться положительными эмоциями и здорово провести время. В этом году даже были участники из Москвы. География расширяется, а значит в будущем всё станет ещё интереснее!

От беспилотного автобуса к "умной" дороге

Работая над проектом беспилотного школьного автобуса мы столкнулись с рядом проблем. Программа автобуса "накапливала" ошибки и через некоторое время автобус начинал себя вести непредсказуемо. Мы подумали, что реальные беспилотные автомобили могут иметь те же недостатки. Беспилотник должен уметь анализировать дорожную ситуацию без вмешательства человека. Однако дорога предлагает такое количество ситуаций, что автомобиль в одиночку не может решить все эти задачи на 100%.

Мы считаем, что нужно создавать особую среду для машин, где все участники дорожного движения понимают друг друга на своем языке. Для этого мы предлагаем обозначать дорожные знаки, разметку на дороге, край дороги специальными чипами. Этот чип имеет узкий спектр действий и поэтому прост в изготовлении и дешев.

Наша модель "Умной дороги" собрана из конструктора LEGO Ev3 и представляет собой беспилотные автомобиль и автобус (которые "видят" друг друга), и знаки пешеходного перехода, ограничения скорости и парковки (которые легко "считываются автомобилем и автобусом).

 

На дороге автомобиль, оснащенный ультразвуковыми датчиками расстояния, и автобус. Автомобиль подъезжает к перекрёстку, где он должен уступить дорогу, видит автобус и отъезжает назад. После чего передаёт автобусу сигнал по Bluetooth, что он его пропускает. Автобус проезжает и передаёт сигнал автомобилю, что можно ехать. Автомобиль проезжает перекрёсток. Перед пешеходным переходом сканирует поле видимости датчиком, пропускает пешехода и едет дальше. Проезжая школу, дорога подаёт автобусу сигнал «Снизить скорость до 20», подавая это значение мощности на моторы.

Мы считаем, что система «Умная дорога» сделает беспилотные автомобили безопасным, быстрым и надёжным транспортом.

Городские состязания роботов 2019

27 апреля 2019 года на базе Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева состоялись городские состязания роботов. Всего было представлено пять категорий соревнований: WRO (основная категория), мобильные ИРС, свободная категория, творческая категория и футбол роботов.

Наша команда соревновалась в творческой категории и представила свою модель беспилотного школьного автобуса ВАС-82. Всего в номинации было 5 моделей автобусов. Самым  интересным, на наш взгляд, был автобус где вместо колес использовалась канатная передача. Был также двухэтажный автобус похожий на наш, но вместительность у него гораздо меньше.

Ждать подведения итогов пришлось очень долго, но была площадка, где дети могли поиграть. Развлекать ребят приехали сотрудники "Галилео", которые показывали много интересных опытов и головоломок.

В перерыве всех накормили обедом. Потом мы посмотрели соревнования в других категориях. Больше всего нас заинтересовали соревнования, проходившие в спортивном зале. Там было расставлено много столов на которых были поля для выполнения различных миссий. А также столы для лего-футбола. Больше всего зрителей было именно там. Взрослые и дети с азартом болели за свои команды.

В коридорах и в вестибюле были расставлены столы для проектов в творческой категории различных возрастных групп. Самым интересным проектом в творческой категории был проект ребят из 82 лицея об автономной медицинской диагностической комнате в школе.

Нашу команду отметили Дипломом "За творческий подход к решению проблемы". А ребята из команды лицеистов, представляющие проект медицинского кабинета, заняли I место в своей категории.

Подготовка к презентации проекта "Беспилотный школьный автобус"

Одной из задач проекта является создание окружения для работы беспилотного школьного автобуса WeDo. Для решения этой задачи мы создали макет Лицея №82 из картона, и макет дороги из плаката на который наклеили скотч и изоленту разных цветов. На дороге мы разметили пешеходный переход и парковочную зону. Также мы решили использовать игрушечные знаки и светофор.

Но поскольку беспилотный автобус не видит ни знаков, ни светофор, то мы решили создать программируемый шлагбаум, при приближении к которому автобус будет снижать скорость а вблизи светофора останавливаться.

Свой проект мы назвали ВАС-82, что означает первые буквы наших имен и номер нашего лицея. Для выступления мы сочинили стихотворение сказку и решили использовать образы скоморохов и русской девицы-красавицы, и рассказать всем сказку. Мы также нарисовали кокошник с помощью 3d ручки.

Для защиты проекта мы нарисовали плакат в виде автобуса и приклеили фотографии с этапами нашей работы.

Видеоролик о подготовке к проекту:

Программируем автобус

Задача нашей команды состоит в том, чтобы запрограммировать автобус, который будет

• забирать школьников с остановки, 
• в случае необходимости экстренно тормозить,
• автоматически парковаться для высадки детей.

Для этого мы использовали программу LEGO WeDo 2.0, установленную на планшете. Эта программа подключается к хабам с помощью беспроводного соединения Bluetooth, что позволяет автобусу свободно перемещаться.

В процессе программирования были выявлены некоторые проблемы, которые удалось решить путем изменения конструкции колесной базы автобуса: вместо четырех колес используем три. 

Автобус очень тяжелый и мощностей моторов не всегда хватает. Резиновые колоса дают слишком сильное сцепление с дорогой. Да и сам конструктор, после работы с EV3, кажется слишком неповоротливым.

Нам удалось настроить движение автобуса по прямой и экстренное торможение. Сейчас работаем над парковкой.

Конструируем беспилотный школьный автобус

Наша команда начала собирать беспилотный школьный автобус.

Он должен быть комфортным для перевозки детей и одновременно вместительным. В вечернее время на нем планируется перевозить продукты для школьной столовой. Чтобы совместить эти функции мы решили делать двухэтажный автобус. На первом этаже будут перевозить продукты, а на втором - школьников.

Хотя автобус и беспилотный, место для водителя предусмотрено. В случае поломки системы навигации приехавший специалист сможет транспортировать автобус до места ремонта. Автобус полностью безопасен. В нем есть и огнетушители и встроенная система тушения пожаров, расположенная на двух этажах.

На верхнем этаже автобуса панорамные окна, чтобы школьники могли наблюдать окружающий мир. Стекло для таких окон выбрано специальное, очень крепкое.

 

Для подъема людей в автобус используется выдвижной трап, который подсвечивается в ночное время.

На крыше автобуса сидит сова - символ нашего Лицея. Также на крыше расположена антенна для получения геоданных со спутниковых карт и управления автобусом.

В автобусе предусмотрен кондиционер. Есть столики на которых дети могут кушать в длительных поездках или играть в настольные игры.
Яркая раскраска автобуса нужна чтобы его можно было заметить издалека. Кроме того, дети любят яркие цвета и им в автобусе должно быть комфортно.

Чтобы мотор автобуса не перегревался, внутри расположен вентилятор. Систему управления автобуса составляют два хаба Lego WeDo 2.0 Устройство оборудовано двумя моторами, которые непосредственно через ось соединены с колесами. Это позволяет экономить энергию устройства. Также оборудование включает два датчика расстояния, которые используются для обнаружения препятствий на пути автобуса и для парковки.