XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Умный чемодан
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Кажется, что чемодан на колесах был всегда. Сегодня без этого дорожного аксессуара нельзя представить ни одно путешествие самолетом, поездом или колесным транспортом. Множество производителей по всему миру предлагают различные модели как размера XL, так и входящие в категорию «ручная кладь». Однако, так было не всегда, и еще каких-то 200 лет назад люди не пользовались обычными чемоданами, не говоря уже о приспособлениях на колесиках.
Актуальность темы:
Идея скрестить сегвей и туристический чемодан пришла инженерам иранской компании Ikap Robotics, справедливо посчитавших, что в век высоких технологий и искусственного интеллекта принуждение человека к физическим нагрузкам в любой их форме — просто недупустимо. Попытки решить проблему предпринимались и ранее, но максимум, на что претендовали авторы схожих идей — это автоматизировать чемодан так, чтобы он смог двигаться рядом со своим владельцем или же подъезжать к нему по команде, подаваемой из приложения.
Поэтому мы решили подробнее изучить данную сферу в целях создания собственного решения с дополнительными функциями, которые возможно, ещё не были включены в эту уникальную разработку.
Цель исследования: Создание высокотехнологичного Умного чемодана на платформе Lego Mindstorms EV3.
Задачи исследования:
Познакомиться с историей появления чемодана;
Изучить особенности и функции роботов-доставщиков;
На основе изученной информации смоделировать чемодан с «умной» системой на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Глава 1. Чемодан – неотъемлемая часть путешествий.
История появления чемодана
Основной вклад в создание ёмкостей для перевозки вещей принадлежит кочевым культурам, которые в силу образа жизни изобрели массу специальных мешков, сундуков и футляров, особых для каждого вида утвари, и привнесли его в культуру европейских народов. Позднее, с распространением передвижения на упряжках и повозках, запряжённых лошадьми, в моду вошли деревянные сундуки, которые удобно крепились к повозке или карете. К тому же они подходили для перевозки крупногабаритных, тяжёлых вещей, что было важно в условиях длительных путешествий, когда за собой везли и посуду, и даже шкафы с книгами. Например, в Древней Руси сундуки были обязательным элементом интерьера каждого дома и служили для хранения самых ценных вещей. Когда же доминирующим видом транспорта стали поезда и автомобили, появилась потребность в более компактном и практичном приспособлении для хранения и перевозки вещей. Им и стал чемодан, прошедший долгий путь трансформаций и усовершенствований, который не завершён и на сегодняшний день.
Есть предположение, что слово «чемодан» происходит от персидского слова «джармодан» - так называлась ручная повозка для перевозки ручной клади. Знакомый нам облик чемодан приобрёл в середине XIX века. Эта заслуга принадлежит французскому мастеру Луи Виттону.
Именно он совершил революцию в изготовлении чемоданов, придав их стенкам не выпуклую, округлую, а плоскую форму. Мастер просто укрепил стенки обычных дорожных сумок, поместив с левого и правого бока по листу плотного картона. Произошло это в 70-х годах XIX века. Перевозить вещи стало удобнее, но должной компактности все равно достичь не удалось. И тогда месье Виттон изготовил жесткий каркас, одну из стенок приспособил под дно, вторую сделал откидывающейся. Теперь одежда в чемодане не мялась, а хрупкие предметы были надежно защищены.
В России массово чемоданы появились лишь после Второй Мировой войны. С 50-х годов в стране налажен промышленный выпуск чемоданов. Основным материалом стала фибра - прессованный картон, изготавливаемый по особой технологии. Для придания прочности изделия снабжались металлическими уголками. Роль застежек выполняли две защелки, расположенные сверху, внутри защелок был установлен примитивный замочек. Внутри чемодан обычно был обклеен однотонной хлопчатобумажной тканью. Некоторые модели имели перегородки, внутренние карманы и затяжные ремни.
С середины 70-х от фибры в СССР отказались. Производство было переориентировано на изготовление изделий из искусственной кожи и нейлона.
Таскать тяжеленные чемоданы – это адское занятие, особенно на вокзалах при пересадках. С этим «неудобством» надо было что-то решать. В 1972 году американец Бернард Садоу сконструировал вертикальный чемодан на колесиках. Еще одной новинкой стали чемоданы со специальной воздушной подушкой, амортизационные свойства которой позволяли транспортировать даже хрупкие предметы.
Роботы-доставщики
Далее мы бы хотели поделиться сферой удивительных роботов, которые и вдохновили нас на создание умного чемодана. Эта сфера особенно начала развиваться в период пандемии. Казалось, весной и летом все потихоньку налаживается. Вся отрасль только начала оздоравливаться и выходить на допандемийные обороты. Самые смелые начали заниматься поиском концепций для своих новых заведений и открывать новые рестораны. Но осень принесла новые сюрпризы: введение новых ограничений, QR коды, дистанция между столиками, недельное закрытие всех точек общественного питания, боязнь гостей посещать общественные места и т.д. Все эти факторы крайне негативно сказываются на работе ресторанов и кафе.
Люди, условно, разделились на два лагеря. Одни за безопасность, всячески стремятся соблюдать все требования и нормы Роспотребнадзора – масочный режим, дистанцирование, бесконтактное обслуживание и т.д., другой лагерь, наоборот, стремится не менять свой привычный образ жизни.
Как показывает статистика, часть ресторанов вынуждено переформатировались для работы на вынос, скорей это необходимость, чтобы выжить в текущей ситуации, явно это не точка притяжения. Но более продвинутые рестораторы даже в такой период нашли, как привлечь гостей в свое заведение. Применение сервисных роботов, как их еще называют, роботов-доставщиков, роботов- официантов, роботов-раннеров, помогает объединить те два лагеря под одной крышей.
Что такое сервисный робот? Простым языком это разнос на колесиках, который быстро передвигается от кухни до столика и обратно. С одной стороны, он осуществляет бесконтактное обслуживание гостей, тем самым гости чувствуют себя более защищенными, с другой стороны, более продвинутые модели привлекают и удерживают новых гостей в заведении.
Данные роботы являются отличным примером высокотехнологичного сотрудничества с человеком. Они способны перевозить определённый груз и при этом, максимально комфортные и безопасные в использовании. Поэтому нас заинтересовала возможность объединить их функции с обычным чемоданом, сделав его «умным».
1.3 Не просто чемодан, а целая технология
Современные технологии нашего времени позволяют выбрать не просто чемодан, а «умный чемодан», который дает возможность клиенту функционально решить свои потребности в перевозке личного груза.
Итак, как выбрать умный чемодан? Чемодан должен быть крепким и надежным. «Умные» модели, как правило, делают из металла или пластика. Корпус должен быть прочным, выдерживать любой вес. Пластик более легкий, металл — более крепкий.
Наличие батареи является отличиям «умного» чемодана от обычного. В дороге часто не хватает зарядки. Со встроенным в чемодан PowerBank с USB-входом вы не будете беспокоиться о том, что батарея вашего гаджета сядет. GPS-трекер поможет тем, кто немного рассеян. С помощью него вы легко сможете определить, где находится ваш багаж.
Кроме классических кодовых защитных вариаций и TSA можно выбрать и Bluetooth-замок. С ним открыть и закрыть чемодан получится с использованием приложения на смартфоне. Если кто-то попытается проникнуть в чемодан без вашего ведома - вам на мобильный придет сигнал. Еще один вариант - доступ к замку по отпечатку пальца. Чтобы открыть крышку, нужно приложить палец к специальному сканеру. Полезная функция «весы», которая позволяет при упаковке вещей не допустить перевеса.
Разработаны чемоданы, которые могут следовать за вами без всякой физической помощи или могут перевозить пассажира. Электронная бирка упрощает регистрацию на рейс. Информация с посадочного талона автоматически передается на нее.
Рассмотрим более подробно некоторые из существующих на современном рынке «умные» чемоданы:
1. Чемодан Cowarobot LEED Luggage Robotic Suitcase
Настоящий чемодан-робот – это смарт-гаджет, управляемый с помощью приложения Rover. Устройство может следовать за вами. Гаджет от Cowarobot оснащен электронным и кодовым и TSA-замком.
2. Чемодан Treepzon Smart Series SP1
Среди инновационных опций здесь: биометрический замок, позволяющий открывать чемодан с помощью отпечатка пальца; встроенный PowerBank с функцией зарядки через USB, солнечная батарея для автономной работы биометрического замка, 4 колесика-спиннера по бокам чемодана с возможностью вращения вокруг своей оси на 360 градусов, ударопрочный корпус.
3. Чемодан с весами и USB Neebo
Чемодан из полипропилена. В нем имеются встроенные весы и USB порт. Также есть функция увеличения объема на 15 процентов.
4. Чемодан VICTORINOX Lexicon L 105 л
Имеется встроенный USB-порт, инструмент для извлечения SIM-карты, карточку с данными владельца и шариковую ручку. В комплекте есть также чехол для одежды. Выдвижную ручку можно фиксировать.
Глава 2. Высокотехнологичное устройство
2.1 Умный чемодан
Вдохновившись современными идеями и разработками «умных чемоданов», мы решили создать свой чемодан, отвечающий всем необходимым требованиям (Рисунок 2.1.1 Приложения). Сначала мы сконструировали удобную колёсную платформу для его передвижения (Рисунок 2.1.2 Приложения), затем продумали дизайн и размеры корпуса самого чемодана (Рисунок 2.1.3 Приложения). В итоге, выбрали приятный переход синих и голубых оттенков корпуса (Рисунок 2.1.4 Приложения). Потом установили корпус, к нему прикрепили ультразвуковой датчик спереди для обнаружения объектов на расстоянии 20 см., а также гироскопический датчик со средним мотором для кодового замка.
Наша модель Умного чемодана собрана на базе конструктора Lego Mindstorms EV3, где установлены (Рисунок 2.1.5 Приложения):
1 модуль EV3 в качестве центра управления моделью, запуска программы и аккумулятора чемодана;
2 больших мотора с колёсами для передвижения;
1 средний мотор, который фиксирует замок;
1 датчик ультразвука для ориентирования в пространстве и обнаружения объектов на расстоянии 20 см.;
1 гироскопический датчик, который работает в режиме градусов поворота для открывания замка.
При запуске программы чемодан начинает движение, но как только видит объект на расстоянии меньше 20 см, то издаёт сигнал и останавливается (Рисунок 2.1.6 Приложения). Так его можно остановить, чтобы взять или положить вещи, открыв чемодан с помощью гироскопического датчика, который уже запрограммирован на определённую комбинацию. После закрытия крышки чемодана, замок заблокируется. Также в чемодане встроен аккумулятор, который можно заряжать (Рисунок 2.1.7 Приложения).
Полное видео работы нашего проекта по программе в среде EV3 можно посмотреть по ссылке: https://drive.google.com/file/d/1jIXxiGHtnvsgnohbFeefzbe8w8a5IROP/view
Заключение
Познакомившись с историей появления чемодана, мы узнали, что раньше чемоданы служили для перевозки и хранения самых ценных вещей. На сегодняшний день это почти не изменилось, но возможности для создания безопасности наших вещей стали значительно шире.
Изучив особенности и функции роботов-доставщиков, мы подчеркнули, что данные роботы способны перевозить определённый груз и при этом, они максимально комфортные и безопасные в использовании, поэтому данные факторы мы решили объединить для создания нашего умного чемодана.
В итоге, на основе изученной информации мы смоделировали высокотехнологичный Умный чемодан на базе конструктора Lego Mindstorms EV3, который отлично подойдёт для любой поездки и сделает её максимально комфортной!
Список литературы и интернет-источники:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B0%D0%BD
https://www.biletik.aero/handbook/pomoshch/bagazh/na-chto-sposoben-umnyy-chemodan-xxi-veka-trudno-poteryat-legko-nayti-ne-nuzhno-nesti/
https://madrobots.ru/blog/post/bluesmart-one-review/
https://habr.com/ru/company/dronk/blog/396121/
https://new.samsonite.ru/istoriya/
Приложение
Рисунок 2.1.1 – Наша модель Умного чемодана
Рисунок 2.1.2 – Создание платформы
Рисунок 2.1.3 – Процесс конструирования
Рисунок 2.1.4 – Дизайн чемодана
Рисунок 2.1.5 – Сборка
Рисунок 2.1.6 – Исследование темы
Рисунок 2.1.7 – Наша программа