Курс: «Физика и механика», модуль «Пневматика»
Урок «Манипулятор «рука»
Манипулятор ERA на МКС
ERA позволяет перемещать небольшие грузы (массой до 8 т) внутрь модуля и наружу. Кроме того, манипулятор приспособлен для того, чтобы переносить и удерживать космонавтов во время внешних работ, что серьезно сэкономит время при движении в открытом космосе. Значительно проще быть мгновенно переброшенным с помощью манипулятора, чем долго и аккуратно «ползти» по поверхности модуля. В своей начальной конфигурации ERA получила прозвище «Чарли Чаплин» за характерную форму «тела» в сложенном виде. Интересно, что на поверхности модуля будет несколько креплений для манипулятора, а «рука» является «двусторонней», то есть она симметрична, с обеих ее концов находятся гнезда, которые могут служить для установки инструментов, а могут работать крепежами. Таким образом, ERA не должна быть жестко закреплена в одном месте. Она может самостоятельно «перебраться» на другую локацию, сперва зафиксировав там один конец, а затем открепив другой от первоначальной точки установки. По сути, ERA умеет «шагать».
Технология
  • Сборка модели
  • Проверка механизмов
  • Анализ результатов
  • Проверка модели перед внесением изменений
  • Использование механизмов – рычаги
Естественные науки
    • Площадь
    • Свойства сжатых газов
    • Трение
    • Методы исследования
    В технический словарик
      • Площадь
      • Цилиндр
      • Захват
      • Рычаги
      • Манометр
      • Масса
      • Давление
      • Насос
      • Пневмопереключатель
      Дополнительно потребуется
        • Несколько небольших предметов разного размера и массы
        • Миллиметровка
        • Несколько маленьких бумажных катышков
        Установление взаимосвязей
        Роботизированные «руки» используются для захвата, перемещения и установки различных объектов. Обычно им «поручают» тяжёлую или монотонную работу, которую необходимо выполнить быстро и эффективно. При этом сначала нужно тщательно продумать последовательность движений манипулятора.

        Учащиеся должны собрать модель манипулятора и определить оптимальную последовательность его движений.
        Конструирование
        Сборка модели манипулятора
        Производится по Инструкциям 4А (полностью) и 4В (до с. 19, шаг 19).
        • Накачивайте воздух в пневматическую систему и при помощи манометра следите, не началась ли его утечка.
        • Удостоверьтесь, что пневмопереключатель переводится во все положения. Подвижные детали должны ходить свободно.
        • Установите манипулятор в нерабочее положение: «рука» отведена вправо до упора и поднята вверх, захваты раскрыты. Стравите из баллона сжатый воздух.
        Рефлексия
        Исследование

        Оптимальная последовательность движений


        Определите наиболее энергетически эффективную последовательность движений манипулятора при захвате и перемещении объектов.
        Сначала подумайте, какой должна быть последовательность движений манипулятора при захвате и перемещении бумажных катышков, чтобы при этом тратилось как можно меньше энергии. Требуется, чтобы манипулятор начинал из нерабочего положения и использовал все свои возможности, то есть совершил шесть разных движений не менее одного раза, а затем вернулся в исходное положение.
        Запишите свое предположение в Рабочий бланк.
        Затем посмотрите, что происходило на практике и как снижалось давление после каждого движения «руки».
        Начните эксперимент при давлении 2,5 бар. Запишите свое предположение в Рабочий бланк и нанесите полученные результаты на миллиметровку.

        Повторите эксперимент несколько раз, чтобы удостовериться в воспроизводимости результатов.

        Чтобы проверить, как учащиеся усвоили материал, задайте им следующие вопросы:

        • Что должно произойти в соответствии с вашим предположением? Почему?
          Чтобы совершить полный рабочий цикл и вернуться в исходное положение, манипулятор должен произвести 8 движений. Если предмет не поставить, а уронить, не опуская «руки», то потребуется 7 движений.
        • Как работает манипулятор «рука»? Система каких рычагов применяется в нём?
          И захват, и «рука» представляют собой сложную систему рычагов третьего рода.
        • Чем можно объяснить особенности хода графика изменения давления?
          Небольшой цилиндр использует для работы гораздо меньше воздуха, чем большой, поэтому и падение давления в нём не так велико. См. движения В и F.
        Развитие
        Сможете ли вы работать манипулятором?

        Сумеете ли вы быстро и точно переместить бумажные катышки из одного круга в другой?
        Сначала подумайте, сколько катышков вы переместите за 30 секунд.
        Запишите свое предположение в Рабочий бланк.

        Теперь проверьте, сколько катышков было фактически перенесено за 30 секунд. Запишите полученные результаты в Рабочий бланк.

        Повторите эксперимент три раза и посмотрите, не улучшились ли ваши результаты.

        Дополнительное задание.

        Совершенствуем захват

        Придумайте и соберите захват собственной конструкции, но с такими же возможностями.
        Made on
        Tilda