Интегрированный проект "Завод по сортировке ТБО"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Избердеевская средняя общеобразовательная школа

имени Героя Советского Союза В.В. Кораблина

Интегрированный проект

Завод по сортировки ТБО  

Подготовили:

Руководитель:

учитель информатики Синдеева Алёна Николаевна

Сроки реализации проекта:

 август – октябрь 2017 год,

Учебные предметы:

технология, экология, информатика

Петровское, 2017

Оглавление

Введение. 3

1.    Роботы в промышленности. 4

2.    Техническое описание робота. 6

3.    Этапы реализации проекта. 8

Заключение. 9

Библиографический список. 10

Приложение 1. 11

Введение

Актуальность проекта обусловлена тем, что в наше время робототехники и компьютеризации необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.

В образовании применяют различные робототехнические комплексы. В нашей школе наиболее распространены и используются для реализации программы «Робототехники» комплексы Lego Mindstorms.

 В современном мире промышленность и даже обычный человек не обходятся без роботов. Все больше и больше появляется автоматизированных систем, готовых за человека выполнять привычные и однотипные действия.

Вариантов роботов, задействованных в промышленности много. И все они работают на основе программы, в которых основными алгоритмическими конструкциями являются ветвление и циклы.

На базе  конструктора Lego Mindstorms nxt мы решили разработать свой технический проект автоматизированного робота – сортировщика, который будет сортировать мусор по категориям.

 Цель проекта: сконструировать роботехнический комплекс из конструктора LEGO Mindstorms, способного сортировать по цветам и звуку предметы.

 Задачи проекта:

· собрать автоматизированного робота,  используя элементы набора;

· провести тестирование программного кода с целью его корректировки;

· провести тестовые испытания.

1.     Роботы в промышленности

  Промышленный робот — манипулятор автоматического действия, оснащенный системой цифрового программного управления. Применяется для перемещения предметов производства и выполнения различных технологических операций. Промышленные роботы выполняют такие основные задачи как:

·        сортировка продукции,

·        перемещение крупногабаритных или массивных грузов,

·        выполнение сварочных и покрасочных работ.

Потребность в переработке мусора и отходов, возрастает с каждым годом. Учитывая факт, что человек уже производит материалы, которые в природе могут разлагаться до 150 лет, вопрос их вторичного использования после переработки становится все более и более актуальным. Статистика говорит: Один человек в течение суток производит около 3-5 литров мусора, что в месяц составляет до 120 литров, а за год 15000 литров. В масштабах планеты, эти показатели звучат устрашающе.

Очевидно, что переработка необходима, но главная задача и она же главная сложность переработки отходов, является сортировка мусора. Речь идет о предварительной сортировки  на категории.

Можно сказать, что после сбора отходов,  предварительная сортировка это первичный этап переработки.

В настоящее время, классическая методология предварительной сортировки мусора осуществляется в несколько этапов:

1)      Сортировка металл/не металл;

2)      Сортировка тяжелое/ не тяжелое;

3)      Ручной этап.

На третьем «ручном» этапе, у конвейера находятся люди, которые сортируют мусор. После чего, разложенные по разным контейнерам отходы направляются на специальных заводы, для технологической переработки. 

Данный проект предполагает избавить людей от низко-интеллектуальной и монотонной работы, создав специальную роботизированную технологию, которая способна упростить третий этап.

Перед нами была поставлена задача собрать робота-помощника в промышленной сфере, ориентированного на сортировке объектов по цветам. Подобного робота можно использовать на предприятиях широкого круга (машиностроение, электроника, пищевой промышленности, легкой промышленности, медицинских и прочих).

2.      Техническое описание робота

Одной из важных проблем, существующих современных мобильных роботов, является определение формы объектов и различные действия над ними. Для успешного определения  объекта и дальнейшей сортировки бортовая система робота должна уметь правильно распознать объект, и при этом совершить необходимые действия для сортировки полученных данных. Важными свойствами системы управления мобильным роботом  является способность к обучению и адаптации, т.е. способность генерировать последовательность действий для решения поставленной цели, а также подстраивать свое поведение под изменяющиеся условия окружающей среды. При решении задачи сортировки особое внимание следует уделить вопросу обеспечения устойчивости конфигураций при наличии динамических ошибок, а также ограничений на ресурсы управления. Обеспечение устойчивости конфигурации является разработка надежного алгоритма поведения робота при распознавании объектов и при их сортировке.

Мобильный робот собран из кибернетического конструктора Lego Mindstorms nxt.

В качестве примера мобильного робота была создана модель сортировщика с использованием 7-ми серводвигателей, 2-х датчиков света (для определения цвета) и датчика звука, 3-х датчиков расстояния.

Основной проблемой конструирования комплекса было создание захвата предметов и организация работы сразу нескольких датчиков. 

Программирование разработанных алгоритмов осуществлялось с использованием программной платформы NXT.

Алгоритм распознавания объектов представляет собой определение определения цвета предмета. После определения цвета в заданной точке, происходит сравнение с заранее измеренными значениями и далее робот приступает к сортировке.

Проект представляет собой макет части завода по сортировке и переработке ТБО (твердых бытовых отходов). Основная часть макета – это автоматизированный конвейер, который сортирует отходы (стекло, пластик, резина) с помощью специальных механизмов и датчиков, в разные по цвету отверстия-трубы (желтый, синий, красный). Подачу отходов на конвейер осуществляет робот-погрузчик. В проекте предусмотрена установка автоматической вентиляции. Оформление стен завода представляет собой постер, на котором изображен ручной труд работников по сортировке ТБО.

1.    

3.     Этапы реализации проекта

№ п/п	Название этапа	Цель	Срок выполнения
1	Подготовительный	Мотивация, целеполагание проекта.	август  2017 г.
2	Основной	Построение макета. Сборка и программирование роботов.	сентябрь-октябрь 2017г.
3	Заключительный	Демонстрациями проекта.	октябрь 2017 г.

1. Подготовительный этап

Определение проблемы. Создание творческой группы. Поиск пути и методов решения проблемы. Разработка технических требований к проекту, составление примерного переченя инструментов, строительных материалов, наборов конструктора Lego и других материалов, которые потребуются  (оформление).

2. Основной этап

Разработка и создание макета. Разработка механизма на основе конструктора LEGO NXT. Составление программы для управления в среде LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. Тестирование, устранение дефектов и неисправностей.

3. Заключительный этап

Защита проекта. Демонстрация проекта

Заключение

Алгоритмы ветвления можно использовать при программировании роботов, предназначенных для выполнения практических задач.

В ходе выполнения была построена модель робототехнического комплекса, предназначенного для сортировки твердых мусорных отходов (ТБО) по их содержимому.  В алгоритме при программировании использовались конструкции обработки датчиков цвета и звука, и выбор действия с ними в зависимости от предлагаемого эталона.

Данный робототехнический комплекс является логическим продолжением предыдущих школьных интегрированных проектов по робототехнике. Мы предполагаем отработать навыки сортировки сельскохозяйственного мусора. Мусор пригодный для вторичной переработки отправлять на соответствующие предприятия, а прочие отходы сжигать и полученное тепло использовать для обогрева школьной теплицы в сентябре-октябре.

Библиографический список

Список литературы для учителя:

1.     Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.

2.     Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011. – 32 стр.

3.     Программное обеспечение MINDSTORMS NXT 2.0 .

Список литературы для школьников:

1.     Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010,

Интернет ресурсы:

·         http://lego.rkc-74.ru/

·         http://www.lego.com/education/

·         http://www.wroboto.org/

·         http://www.roboclub.ru/

·         http://robosport.ru/

·         http://www.prorobot.ru/

Приложение 1

Работа над проектом

Внешний вид проекта