XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
«Шустрик» робот-курьер на базе конструктора LEGO WeDo 1.0
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
События 2020 года показали, что главное в современном обществе-забота о своем здоровье и о здоровье близких.
Из-за неблагоприятной эпидемиологической ситуации под удар попали пожилые люди, для которых опасными стали такие простые действия как сходить в магазин, проехаться на общественном транспорте, пригласить гостей и даже встретиться с близкими. В связи с этим очень популярными стали услуги волонтеров, которые бесконтактно доставляли продукты и предметы первой необходимости пенсионерам и сервисы по доставке готовой еды и продуктов.
Сервис доставки продуктов на сегодняшний день можно увидеть почти во всех крупных торговых сетях, однако пользуясь им покупатель оплачивает не только товар, но и услуги курьера, а значит его время и транспорт. Для многих, это может создать дыры в семейном бюджете.
Однако, еще задолго до пандемии, некоторые компании начали испытание и создание робота-курьера, который снизил бы расходы транспортировки заказа от продавца до покупателя. Продавец закладывает в робота свой товар, закрывает его и отправляет по определенному адресу, где его встречает покупатель и забирает свой заказ. При этом продавец и покупатель не встречаются лично, что в условиях современных реалий является одной из гарантий безопасности для пожилых. Так они смогут получить необходимые им вещи, продукты и даже лекарства, не боясь при этом нарушить дистанцию и не подвергать себя воздействию вирусов.
Нам стало очень интересно какие возможности у этого робота и насколько проста, эффективна, а главное безопасна такая доставка для наших бабушек и дедушек.
Цель-исследование безопасности и эффективности использования робота-курьера при помощи модели, сделанной на базе конструктора LEGO WeDo 1.0.
Задачи:
-изучить принцип работы роботов курьеров;
-рассмотреть опыт применения роботов курьеров;
-создать модель робота курьера на базе конструктора LEGOWeDo 1.0;
- провести экспериментальный запуск робота-курьера;
-продемонстрировать возможности робота-курьера на примере доставки продуктов для пожилого человека из крупной торговой сети.
-выявить преимущества и недостатки использования робота-курьера исходя из изученных теоретических материалов и испытания проектной модели.
Для изучения принципов работы робота-курьера мы использовали интернет-источника, так как это довольно новая разработка, то информацию о ней можно получить из журнальных статей и официальных сайтов компаний, их производящих. Мы руководствовались информацией из:
- интернет журнал «Москвич» (https://moskvichmag.ru/gorod/na-ulitsah-moskvy-obnaruzhen-robot-kurer-yandeksa/) [4].
- открытый интернет-портал для школьников «занимательная робототехника» (http://edurobots.ru/2020/07/yandex-dostavit/) [5].
- интернет статья с конференции BPM (https://www.tadviser.ru/) [6].
- интернет журнал VC.RU (https://vc.ru/transport/91344) [7].
Для создания и оформления проекта мы обратились к таким источникам, как:
- сборник методических рекомендаций и практикумов Корягина А.В[1];
- курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн» ( https://vk.com/mrbrain_tmn)[2];
- книга «Гениальные LEGO изобретения» [3].
Глава 1. Теоретическое исследование принципов работы и опыта использования роботов-курьеров.
1.1 Принцип работы робота-курьера
Робот-курьер, это младший брат беспилотного автомобиля. Им управляют аналогичные алгоритмы, адаптированные под задачу автономной доставки посылки из пункта «А» в пункт «Б».
Для самостоятельного передвижения робот использует множество датчиков, лидаров и радаров, сканирующих окружающую среду для создания карты местности в радиусе 50-100 метров. Затем, при помощи постоянной связи с интернетом, робот сравнивает полученные им данные с данными карт, анализирует информацию и принимает необходимое решение для безопасного перемещения. [4]
На крайних точках робота расположены датчики расстояния, благодаря которым передвижение робота является безопасным для велосипедистов и прохожих. Роботы-курьеры перемещаются со скоростью не больше 7-10 километров в час, и перемещаются по пешеходным и велосипедным дорожкам. Как правило они невелики размером и на дороге ему угрожали бы машины (Приложение, Рисунок 1.1.1). [4]
Датчики работают при помощи радиоволн, которые могут определить не только расстояние до объекта, но и траекторию его движения. От объекта отражаются импульсы, излучаемые радаром, и передаются на принимающую антенну. Благодаря этому, робот может молниеносно реагировать на различные ситуации во время движения (Приложение, Рисунок 1.1.2).
Дополнительно робот оснащен подсветкой или каким-нибудь ярким опознавательным знаком. Во время движения она белая, при прибытии в пункт назначения становится зеленой. Отсек для посылки закрывается на замок во время движения и открывается при помощи мобильного приложения (Приложение, Рисунок 1.1.3). [5]
Для безупречной работы роботу-курьеру необходимо анализировать множество данных, следуя разработанному алгоритму. Однако, система постоянно обновляется, и проходит новое тестирование, так как бывают случаи, непрописанные в системе, что ставит под угрозу робота, окружающих или посылку.
1.2 Опыт использования роботов-курьеров
На сегодняшний день в нескольких странах мира успешно функционируют роботы-курьеры таких компаний как Яндекс, Starship, Amazon и Sberbank Robotics Logistics.
Компания Starship была основана в Лондоне, а испытание робота-курьера проходило в Таллине. А на сегодняшний день он доставляет продукты студентам в университете Джона Мейсона в Америке. Доставка роботом стоит почти два доллара за посылку. На сегодняшний день робот-курьер данной компании может перевозит предметы общим весом до 50 кг (Приложение, Рисунок 1.2.1). [6]
Испытание роботов-курьеров компании Яндекс проходит в штаб квартире в Москве, робот доставляет корреспонденцию и бумаги. С недавнего времени он проходит испытание в Сколково. Так же, робот-курьер проходил испытание на улицах Москвы. «Яндекс-ровер» перемещался по центру Москвы, собирая данные об объектах, пропуская пешеходов и переходя с ними через дорогу (Приложение, Рисунок 1.2.2). [7]
Робот-курьер Amazon функционирует в светлое время суток в Вашингтоне, доставляя заказчикам мелкие посылки от торговой точки до дверей дома. Однако, он не способен преодолевать большие расстояния. Роботов привозят на грузовиках в оптимальную для их дальности работы точку маршрута, а далее они доставляют посылку к дому заказчика (Приложение, Рисунок 1.2.3). [4]
Руководство лаборатории робототехники «Сбербанка» разрабатывает свою модель робота-курьера, который будет способен доставлять различные грузы в пределах офисов банка, общим весом до 15 килограмм, это могут быть бумаги, рабочая техника, канцелярские принадлежности (Приложение, Рисунок 1.2.4). [5]
Принцип доставки у роботов схож.
При поступлении заказа робот самостоятельно подъезжает к торговой точке или точке загрузки, затем продавец загружает посылку в специальное хранилище, и робот-курьер отправляется к заказчику.
Для того что бы получить свою посылку заказчик вводит код безопасности, отправленный ему на телефон в специальном мобильном приложении (Приложение, Рисунок 1.2.5).
Слабым местом всех роботов-курьеров на сегодняшний день является так называемая проблема «последней мили». Робот не способен преодолевать лестницы или самостоятельно подниматься на лифте, заезжать в здание офисов. Что бы получить посылку необходимо выйти из дома и встретить его у дверей. Однако, производители роботов-курьеров считают, что более выгодная стоимость доставки этим роботом компенсирует этот пробел.
Но разработки, расширяющие способности робота преодолевать различные препятствия идут почти во всех перечисленных компаниях.
Глава 2. Модель робота-курьера на базе конструктора LEGOWeDo 1.0
2.1 Конструкция модели робота курьера
При создании нашей модели мы руководствовались несколькими принципами:
-сделать робота визуально приятными и поднимающим настроение, что особенно важно в нагнетающий период пандемии;
-сделать робота вместительным, с большой грузоподъемностью;
-сделать робота безопасным для других участников движения.
Наш робот-курьер получил имя Шустрик, что должно сделать его более привлекательным для клиентов. Его имя говорит о быстрой доставке, и сочетается с его внешним видом, напоминающим милого пса (Приложение, Рисунок 2.1.1).
Робот-курьер «Шустрик» был построен на базе конструктора LEGOWeDo 1.0. Для его создания нам потребовалось два мотора, два коммутатора, датчик расстояния и датчик наклона.
Передвигается робот Шустрик благодаря угловой понижающей зубчатой передаче. (Приложение, Рисунок 2.1.2) [2]
«Мотор 1», отвечающий за движение робота работает в паре с датчиком расстояния, по сигналу которого робот совершает экстренную остановку, при появлении другого участника движения (Приложение, Рисунок 2.1.3).
«Мотор 2» отвечает за открытие грузовых отсеков. С ним в паре работает датчик наклона, по сигналу которого двери отсеков открываются. (Приложение, Рисунок 2.1.4).
Грузовые отсеки находятся по бокам робота-курьера, это могут быть лекарства, продукты, предметы первой необходимости. Грузовых отсеков два, один из них можно оборудовать холодильной камерой, для лучшей сохранности быстро портящихся продуктов. Второй отсек можно использовать для перевозки бумаг, одежды, книг и прочего (Приложение, Рисунок 2.1.5). [3]
На крыше робота зубчатая передача, позволяющая открывать двери грузовых отсеков одновременно по средствам рычагов (Приложение, Рисунок 2.1.6). [1]
2.2. Управление роботом-курьером «Шустрик» с помощью программного обеспечения LegoWeDo.
Робот-курьер «Шустрик», построенный на базе конструктора LegoWeDo 1.0 запускается при помощи программного обеспечения LegoWeDo.
Модель «Шустрик» запрограммирована на движение вперед, а так же отвечает за систему экстренного торможения при реакции датчика расстояния, находящегося на крайней точке робота. Так же, программа обеспечивает работу дверей грузового отсека, за счет использования датчика наклона(Приложение, Рисунок 2.2.1).
Основные способы передачи задач от компьютера к модели:
-ожидание реакции датчиков;
- обмен сообщениями.
2.3 Демонстрация доставки продуктов питания роботом-курьером из торговой точки к заказчику.
Роботы-курьеры необходимы для соблюдения эпидемиологических мер и режима самоизоляции в первую очередь применимых к пожилым людям. Не для кого ни секрет, что справиться с современными гаджетами для пожилых людей очень сложно, поэтому нашего робота отправят с заказом работники магазина.
Фоном для нашего робота является модель города из Lego city.
Заказчик звонит в магазин и перечисляет оператору список необходимых ему товаров и услуг, в случае с работой через приложение, продукты можно выбрать самостоятельно по фото.
Сотрудник собирает заказ, нажимая на датчик наклона, «Мотор 2» откроет двери грузового отсека, куда сборщик заказов помещает покупки, предварительно продезинфицировав поверхность и вносит адрес заказчика в память робота (Приложение, Рисунок 2.3.1).
Робот, при помощи «Мотора 1» начинает движение по маршруту, пропуская пешеходов, велосипедистов, коляски и других участников движения, по сигналу датчика расстояния (Приложение, Рисунок 2.3.2).
Время доставки заказчику сообщает сборщик заказа, что бы у первого была возможность запланировать свои дела. Когда робот подъезжает, заказчик просто спускается и, при помощи сигнала датчика наклона, забирает свою посылку (Приложение, Рисунок 2.3.3).
Так как роботы-курьеры работают от электричества и не могут пока преодолевать больше расстояния, то наш робот, добравшись до адресата просто продолжит путь до ближайшей точки обслуживания, соответственно возвращаться в магазин ему не нужно.
После чего робот продолжает движение в запланированный пункт для подзарядки. Так же робот может завести еще посылку, если она находится по пути, так как у него два грузовых отсека.
Заключение
Робот-курьер одно из самых полезных новшеств современного мира.
Не смотря на то, что он только проходит пилотные испытания, он доказал возможность повсеместного использования как в офисах, на небольшой территории учебных заведений, так же, думаем он будет полезен на фабриках или даже в условиях больницы. Роботы-курьеры имеют целый ряд преимуществ.
Он позволяет быстро перевозить небольшие грузы, при этом экономя время поставщика и заказчика. Например, если необходимо перевезти книги из одного кампуса университета в другой для лекции, преподаватель может позвонить в библиотеку, где в робота поместят необходимые книги и он их самостоятельно доставит.
Так же, то что робот-курьер работает от электричества делает его более экологичным, чем транспорт курьеров: машины, скутеры, мотоциклы.
В будущем такой робот сможет заменить курьерскую доставку, и сэкономит бюджет покупателей, так как не будет необходимости доплачивать больше за транспорт и работу курьера, доставляющего заказы.
В условиях неблагоприятной эпидемиологической ситуации такие роботы безопасно могут доставлять продукты пожилым людям или работникам социальной сферы, которые в целях личной безопасности соблюдают режим самоизоляции. При получении заказа через робота-отсутствует личный контакт, что минимизирует шансы распространения вирусов.
Однако, есть и недостатки в использовании таких роботов. Так как они невелики размером, есть вероятность кражи робота или его содержимого.
Роботы-курьеры, проходящие испытания на сегодняшний день, функционируют при помощи мобильных приложений, что не всегда доступно пожилым людям.
Роботы-курьеры не могут преодолевать большие расстояния, а так же маломаневренные. Они не способны подниматься по лестнице или открывать двери, поэтому довозят посылку только к подъезду.
Рассмотренная в ходе создания проекта информация, и испытания нашей модели, показали, что использование робота-курьера имеет больше преимуществ, чем недостатков. Это значит, что его использование будет более эффективным, экономичным и безопасным для здоровья, чем доставка курьером.
Данная модель может быть использована на уроках робототехники, и информатики, для изучения алгоритмов и механизмов движения беспилотных транспортных средств.
Список использованных источников и литературы:
1. Корягин А.В, Образовательная робототехника Lego WeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов – ДМК-Пресс, 2016. – 252 с.;
2. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
3.«Гениальные LEGO изобретения»; [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.
Интернет-источники:
4.https://moskvichmag.ru/gorod/na-ulitsah-moskvy-obnaruzhen-robot-kurer-yandeksa/
5. http://edurobots.ru/2020/07/yandex-dostavit/
6. https://www.tadviser.ru/
7.https://vc.ru/transport/91344
Приложение
|
Рисунок 1.1.1 |
Рисунок 1.1.2 |
|
|
Рисунок 1.1.3 |
Рисунок 1.2.1 |
|
|
Рисунок 1.2.2 |
Рисунок 1.2.3 |
|
|
Рисунок 1.2.4 |
Рисунок 1.2.5 |
|
|
Рисунок 2.1.1 |
Рисунок 2.1.2 |
|
|
Рисунок 2.1.3 |
Рисунок 2.1.4 |
|
|
Рисунок 2.1.5 |
Рисунок 2.1.6 |
|
|
Рисунок 2.2.1 |
||
|
Рисунок 2.3.1 |
Рисунок 2.3.2 |
|
|
Рисунок 2.3.3 |
||