XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Уборщик Lego-деталей
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Наверняка, мало, кто в век технологий любит прибираться и постоянно наводить чистоту. Но это так необходимо, ведь дома и на работе мы проводим большую часть нашей жизни, а там всегда должен быть порядок. Уборка является комплексом действий, необходимых для обеспечения чистоты в промышленных, коммерческих и бытовых помещениях. Она включает в себя основные аспекты гигиены, контроль безопасности и порядка, а также улучшения с эстетической точки зрения.
Уборка бывает:
Промышленная – уборка помещений и территорий организаций. Уборка в организациях может проводится как нанятым персоналом, так и клининговыми компаниями. Такой вид уборки должен соответствовать требованиям санитарных норм, внутренних регламентов организации и утвержденному графику.
Домашняя уборка проводится в частных жилых помещениях или на частной территории (квартиры, частные дома). Её цель обеспечение нормального уровня гигиены, удобства и комфорта жизни частного лица.
Обычно люди проводят уборку и поддерживают хозяйство в чистоте своими силами, в некоторых случаях силами домашнего персонала или обращаются за услугами клининговых компаний. Уборка может осуществляться как вручную, так и при помощи механизмов и роботов.
Уборщик – это специалист, который занимается уборкой внутренних помещений и территорий. К этой категории относятся специалисты, владеющие всеми самыми современными средствами уборки, включая технические новинки.
Актуальность темы:
Поэтому в связи с стремительным развитием технологий, стали так актуальны новые возможности уборки для упрощения жизни человека. И мы задумались, как же мы, дети, можем упростить работу по уборке себе, маме, педагогам в развивающих центрах или нанятым людям? Возможно, мы можем сделать уборку нашего любимого Lego намного легче и веселее с помощью специального робота.
Цель исследования: Создание роботизированного уборщика Lego-деталей для домашнего применения.
Задачи исследования:
Рассмотреть значение игры для ребёнка как средство познания мира;
Познакомиться с историей возникновения Lego;
Проанализировать основные функции робот-помощников;
Придумать и смоделировать Уборщика Lego-деталей на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Глава 1. Значение игры в жизни ребёнка.
Познание мира посредством игры
Игра для ребенка – это не просто развлечение или способ провести свободное время, это – необходимое условие психического и физического развития. Игра выполняет несколько функций:
Обучение и развитие. Через игру мы осваиваем новые навыки и развиваем речь, мышление, логику, память, внимание и другие психические функции. Например, делая что-то из конструктора лего, ребёнок развивает мелкую моторику, учится различать цвета и геометрические формы.
Познание мира. Мы исследуем окружающий мир, знакомимся с различными явлениями действительности, совершаем свои маленькие открытия.
Способ общения. Игра также является способом донести до взрослого свои переживания: радости, тревоги, страхи, надежды, ожидания.
Развитие социальных навыков и знакомство с социальными ролями. Через игру мы узнаем о понятиях «хорошо» и «плохо», «добро» и «зло» и так далее.
Проработка чувств и обучение управлению эмоциями. Часто игра становится для нас способом справиться со своими трудными переживаниями, выразить свои чувства страха, гнева, обиды, печали, стыда.
Удовольствие и радость. Игра приносит удовольствие, радость и массу других положительных эмоций - ее значение нельзя недооценивать [1].
Итак, обучение и развитие – один из важнейших пунктов в жизни каждого человека. Развитие мелкой моторики рук связано с развитием познавательных процессов: памяти, внимания, координации движений, речи и четкость звуков. Наборы Lego все чаще оказываются в поле пристального внимания ученых. Занимаясь с простыми моделями, малыши развивают мелкую моторику, знакомятся с разными цветами и формами [2].
Следует отметить, что любой конструктор – это в первую очередь инструмент. И, как любой инструмент, он может использоваться по-разному. Таким образом, мы выделили несколько основных способов игры в Лего:
ребенок самостоятельно конструирует модель по предложенной схеме;
ребенок воплощает собственные идеи моделей;
несколько детей самостоятельно конструируют модели и участвуют в общей игре;
ребенок или группа детей конструирует модели при участии родителей или педагогов.
По мере взросления дети могут перейти к сложным конструкторам, например, Lego Mindstorms EV3, и изучать на их примере механику, программирование, основы кибернетики, физики и других наук. Ведь ЛЕГО – это «умные» конструкции, где в основе каждого набора лежит познавательная составляющая.
История возникновения Lego
Конструкторы являются прекрасной развивающей платформой для детей разных возрастов. Современные наборы предоставляют большой выбор способов игры: от создания простой модели по схеме до проектирования и создания радиоуправляемых роботов своими руками. Различные способы организации игры детей задействуют разные сферы их развития, а использование конструкторов лего в качестве учебного материала делает игру в конструктор элементом обучения [3].
История Lego берет начало в 1932 году, когда Оле Кирк Кристиансен основал в Дании компанию по производству товаров для повседневного обихода. Продукцию Оле делал из дерева, при этом, изначально основную прибыль компании приносили лестницы и гладильные доски, спрос на которые резко упал в период мирового финансового кризиса. Нужно было искать новую нишу. И Оле разглядел ее в производстве деревянных игрушек, так как спрос на них не ослабевал даже в тяжелые с финансовой точки зрения времена (Рисунок 1.2.1 Приложения).
Главным помощником Оле уже в то время был его сын, который трудился вместе с отцом с 12 лет. Начав выпуск игрушек, Кристиансен начал искать название для своей компании. Он дал задание всем работникам фабрики предложить свой вариант названия. Предложений было много, но в итоге выбрали то, что придумал сам основатель – слово LEGO, которое происходило от двух других – Leg и Godt, которые вместе означают «играть хорошо».
Несколькими годами позже основатель узнал, что сама фраза «LEGO» на латыни означает «я учусь» или «я складываю». Очевидно, что осознание этого серьезно повлияло на будущую историю компании.
В 1949 — появляются пластмассовые защёлкивающиеся кубики (Рисунок 1.2.2 Приложения). Размеры их выверены таким образом, что кубики можно надёжно соединять между собой не только сверху, но и с боков. Позднее появляются классические для LEGO фигурки человечков с лицами (лего-человечки), подвижными головой, руками и ногами. В 2000 — Британская ассоциация продавцов игрушек назвала кирпичик LEGO самой значимой игрушкой XX века [4].
Так и появилась одна из самых популярных игрушек даже по сей день. Ведь Lego – это игра (Рисунок 1.2.3 Приложения), в которой есть система, которая позволяет творить и создавать новое, разбирать и собирать вновь, что является для ребёнка намного интереснее, чем игрушка на один день. Поэтому зная, как важна игра, в особенности лего, для каждого ребёнка сегодня, родители не смогут ему отказать в таком полезном увлечении. Однако, поддерживать порядок дома с лего становится всё сложнее и сложнее. Для этого мы и решили изучить роботов, способных выполнять подобную работу, чтобы создать своего.
Глава 2. Робот – новый друг человека.
2.1 Роботы-помощники
Мы же изобрели своего робота - помощника для сборки конструктора лего, но перед тем как вам представить его, расскажем немного о роботах - помощниках, которые уже представлены на рынке высокотехнологичных машин:
Cue Robot
Этот робот (Рисунок 2.1.1 Приложения) ростом 9,5 дюймов оснащен эмоциональным интеллектом, который позволяет ему развивать личность — вы можете запрограммировать его на один из трех типов. С ним возможно взаимодействовать с помощью текстовых сообщений, на что он ответит шуткой или мемом, а наличие искусственного интеллекта, с учетом таких человеческих качеств, как смелость, обаяние и настойчивость, сделает общение ещё более живым и забавным.
Робот Beam — контроль, когда вас нет рядом
В то время как FaceTime и Skype позволяют легко общаться в чате, когда мы находимся вдалеке от дома, Beam System делает шаг вперед (Рисунок 2.1.2 Приложения). Боссы могут проверять сотрудников, когда их нет в офисе, родители — наблюдать, как дети делают домашнюю работу и многое другое. Такое изобретение позволит забыть о беспокойствах в моменты отсутствия дома.
MiP — ваш роботизированный личный помощник
Личный помощник MiP (Рисунок 2.1.3 Приложения) может принести что-нибудь из холодильника, или вообще книгу, которая находится в другой комнате. С ним даже не нужно разговаривать— он реагирует на жесты рук и команды из приложения для смартфона. MiP работает по Bluetooth, поэтому можно обойтись и без Wi-Fi. Робот носит вещи на своем встроенном лотке.
Благодаря последним технологическим разработкам, роботам-помощникам на сегодняшний день можно доверить как стандартные, так и более сложные и творческие задачи.
На данный момент рынок домашних роботов составляет $3,3 млрд, но уже к 2024 году он вырастет до $9,1 млрд. Согласно прогнозу, за 5 лет он увеличится в среднем на 22,4%. Технологические достижения позволяют домашним роботам становиться всё более практичными и удобными в использовании с каждым днём. Рост потребительского спроса — еще один фактор, который позволяет рынку бытовых роботов значительно развиваться [5].
Итак, представляем вам робота Уборщика Lego-деталей (Рисунок 2.1.4 Приложения). Это незаменимый робот в помощи сборки лего деталей по всему вашему дому. Наши мамы часто говорят, что невозможно найти все детали лего самостоятельно (вручную), как иногда бывает сложно их заметить и как больно, когда на них наступаешь, поэтому нам пришла идея создать такого уникального робота.
Глава 3. Уборщик Lego-деталей
Роботизированный уборщик Lego-деталей для домашнего применения
Уборщик Lego-деталей был задуман нами, как своеобразный домашний трактор. В нём сочетаются функции робота-помощника и уборщика. Перед тем, как начать его конструирование, мы обсуждали его внешний вид (Рисунок 3.1.1 Приложения), уместность для ребёнка, который почти всегда будет видеть робота, а также рисовали свои идеи по его оформлению (Рисунок 3.1.2 Приложения). После этого мы решили, что гусеничная платформа для нашего робота будет наиболее подходящей для передвижения даже по неровной поверхности в детской комнате (Рисунок 3.1.3 Приложения).
При запуске в области уборки он будет ездить по комнате, собирая лего и другие мелкие вещи, пока датчик цвета не зафиксирует достаточное количество собранных деталей (Рисунок 3.1.4 Приложения). После этого средний мотор запустит механизм червячной передачи для опускания захвата (Рисунок 3.1.5 Приложения), и робот отвезёт собранный материал в необходимое место в комнате (Рисунок 3.1.6 Приложения). Таким образом, человеку нужно будет лишь переместить детали в коробку без траты времени на их поиск и сборку по комнате.
Мы сконструировали модель Уборщика Lego-деталей на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 (Рисунок 3.1.7 Приложения), где установлены:
1 модуль EV3 в качестве центра управления моделью и запуска программы;
2 больших мотора на гусеничном ходу для передвижения;
1 средний мотор, запускающий механизм червячной передачи для подъёма и опускания ковша;
1 датчик ультразвука для ориентирования в пространстве и обнаружения объектов на расстоянии 30 см.;
1 датчик цвета, работающий в режиме освещённости, который подаёт сигнал на средний мотор в тот момент, как соберёт достаточно деталей при уборке.
Заключение
Рассмотрев значение игры для ребёнка как средство познания мира, мы поняли, что игра для ребенка, это не только возможность провести свободное время, но и необходимое условие для его психического и физического развития.
Познакомившись с историей возникновения Lego, мы подчеркнули важность конструкторов Lego для обучения ребёнка, а также понимания системы, развития навыков конструирования и мелкой моторики рук.
В итоге, проанализировав основные функции робот-помощников, мы придумали и смоделировали своего помощника для поддержания порядка – Уборщика Lego-деталей на базе конструктора Lego Mindstorms EV3. Мы считаем, что у нас получился незаменимый помощник для уборки лего-деталей, и его уже можно смело использовать прямо у себя дома!
Список литературы и интернет-источники:
https://uvsd.ru/advice/17-znachenie-igry-v-zhizni-rebenka.html
https://educube.ru/news/1220/
https://www.center-sozvezdie.ru/journal/kak-konstruktory-lego-sposobstvuyut-razvitiyu-detey.html
https://fanclastic.ru/istoriia-konstruktorov/163-lego-1.html#:~:text=%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F%20%C2%AB%D0%9B%D0%B5%D0%B3%D0%BE%C2%BB%20%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%8C%20%D0%B2%201932,%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D1%85%20%D0%B4%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%BA%20%D0%B8%20%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85%20%D0%B8%D0%B3%D1%80%D1%83%D1%88%D0%B5%D0%BA.&text=%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B5%20%D0%B2%D1%81%D0%B5%D0%B3%D0%BE%2C%20%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA%20%D0%BD%D0%B5,%D0%BD%D0%B0%20%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%8B%D0%BD%D0%B8%20%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B0%D0%B5%D1%82%20%C2%AB%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D1%80%D0%B0%D1%8E%C2%BB
https://realty.rbc.ru/news/5d9ed4bf9a794706074584d9
Приложение
Рисунок 1.2.1 – Деревянные игрушки создателя Lego
Рисунок 1.2.2 – Первые пластмассовые кубики
Рисунок 1.2.3 – Одна из серий Lego
Рисунок 2.1.1 – Cue Robot Рисунок 2.1.2 – Робот Beam
Рисунок 2.1.3 – MiP
Рисунок 2.1.4 – Уборщик Lego-деталей
Рисунок 3.1.1 – Зарисовка внешнего вида Рисунок 3.1.2 – Зарисовка идей
Рисунок 3.1.3 – Гусеничная платформа
Рисунок 3.1.4 – Установка механизма с датчиком цвета
Рисунок 3.1.5 – Механизм червячной передачи
Рисунок 3.1.6 – Программа
Рисунок 3.1.7 – Наша команда с проектом