Автор статьи: Шибаев Павел, учащийся детского технопарка «Кванториум», группа №Р12

Наставник: Иванов Дмитрий Сергеевич

Идея этого проекта родилась спонтанно. Мне просто захотелось помочь тем детям, которые имеют такой недуг, как близорукость. Поскольку я сам имею проблемы со зрением, я знаю насколько важно в перерывах между уроками проводить гимнастику для глаз, заключающуюся в том, чтобы стоя в полный рост фокусировать свое зрение на определенных участках потолка и перемещать свой взгляд между этими участками по определенным траекториям. Однажды мой наставник, Дмитрий Сергеевич, рассказал мне про конкурс, в котором требовалось создание прототипа тренажера, выполняющего роль механизма, который бы по определенным траекториям на потолке или стене перемещал лазерный луч . И вот я приступил к созданию.

Процесс реализации был сложен и долог. От формирования идеи до полного воплощения ее в жизнь прошло не меньше двух месяцев. На этапе проектирования и изготовления менялось все, начиная от конструкции и заканчивая техническими требованиями.

Сначала я планировал сделать довольно сложный механизм по принципу шестикоординатного манипулятора, который бы в воображаемой полусфере перемещал источник лазерного луча и мог бы проецировать луч на потолок и стену одновременно. Просчитав размер такого манипулятора он показался мне довольно большим, поэтому я решил сократить количество координат до 2-х и ограничиться только одной поверхностью, на которую тренажер мог бы проецировать – или на потолок или на стену. Итогом работы стал механизм из дерева и металла, построенный на 2-х мощных шаговых двигателях NEMA17 и винтовой передачи, позволяющей наклонять лазерную головку в 2-х плоскостях. Работала данная версия тренажера с использованием G-кодов и требовала подключения к компьютеру.

Поскольку конструкция получилась довольно тяжелой и громоздкой, посоветовавшись с моим наставником Дмитрием Сергеевичем, мы приняли решение изменить ее, добавив следующие условия: масса устройства не должна превышать 1 кг и в своей работе тренажер должен быть полностью автономным.

Тренажер вступил в фазу 2.0. Размер тренажера был уменьшен в 3 раза. Корпусом для него стал легкий и прочный акрил, шаговые двигатели были добыты из старых CD-ROM. Контроллер Arduino Nano, электроника и элемент питания разместились в корпусе тренажера. Сборка и пуско-наладка заняла больше недели. В итоге тренажер выглядел следующим образом:

Плюсы конструкции сложно переоценить: вес тренажера составляет чуть менее пятисот грамм, корпус из прочного акрила придает жесткость конструкции и защищает ее от случайных падений с небольшой высоты. Все электронные и механические элементы общедоступны. Управляющая программа заливается в контроллер Arduino Nano и сохраняется при отключении питания.

Минусами данного тренажера является то, что я не добился управления им с помощью G-кодов, но это я планирую сделать в дальнейшем.

Подводя итоги проделанной работы можно сказать, что окончательный вариант тренажера представляет собой двухкоординатный станочек, в котором наклон лазера в 2-х плоскостях происходит под управлением контроллера, двух драйверов и двух шаговых двигателей из CD-ROM. За счет того, что оси расположены перпендикулярно одна другой, они как бы находятся друг в друге, что позволяет рисовать на потолке или стене самые разнообразные фигуры, начиная с простейших, и заканчивая наисложнейшими.

Данный проект попал в призеры конкурса «Юные инженеры». Важностью частью защиты проекта являются презентация и рекламные материалы. За помощью в их создании я обратился к Антонову Максиму — ученику квантума «Промышленный дизайн». Вместе мы отправились защищать наш проект в Санкт-Петербург на площадку планетария №1, где прошел праздник юных инженеров, в рамках которого состоялась торжественная церемония открытия ICET2018 и награждение победителей конкурса «Юный изобретатель».