XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Сортировщик мусора
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Каждый день в мире выбрасывается колоссальное количество мусора, который является так же одним из источников загрязнения, если не проходит должную переработку. Во многих странах уже очень давно мусор выбрасывается исключительно в специальные контейнеры, проходя первичную сортировку. Но в России этот процесс всё ещё запущен лишь в нескольких городах и не ведётся должным образом, в следствие чего загрязняется наша окружающая среда.
Актуальность темы:
В нашем проекте мы хотим изучить уже существующие методы сортировки мусора и предложить самые простые для удобства, а также создать робота сортировщика-мусора, который будет выполнять эту функцию вместо человека.
Цель исследования: Создание интеллектуального сортировщика мусора на платформе образовательного набора Spike Prime.
Задачи исследования:
Познакомиться с понятием умный дом и его примерами;
Изучить типы домов на колёсах;
Рассмотреть правила сортировки мусора в разных странах;
Смоделировать и запустить собственного сортировщика мусора на платформе Spike Prime.
В качестве источников информации мы использовали информационные сайты. При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [3].
Глава 1. Комфортный дом в современном мире.
Что такое умный дом
Домашняя автоматизация (англ. home automation), или умный дом (англ. smart house) — система домашних устройств, способных выполнять действия и решать определённые повседневные задачи без участия человека.
Домашняя автоматизация в современных условиях является чрезвычайно гибкой системой, которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей. Это предполагает, что каждый владелец умного дома самостоятельно определяет, какие устройства куда установить и какие задачи они будут исполнять.
Наиболее распространенные примеры автоматических действий в «умном доме»: автоматическое включение и выключение света, автоматическая коррекция работы отопительной системы или кондиционера и автоматическое уведомление о вторжении, возгорании или протечке воды [4].
Дом на колёсах
Путешествие — это всегда круто! Приключения, новые места, знакомства. Но только одно омрачает предстоящий отдых — сбор вещей. Никогда не знаешь, что понадобится, поэтому берешь все, что можно запихать в чемодан. Вот было бы здорово путешествовать, не выходя из дома, точнее вместе с ним!
Для этого изобретательные люди приспособили автодома или дома на колесах. Мечта любого путешественника! О том, какой лучше выбрать для предстоящей поездки, расскажем ниже.
Виды
Раньше был один вариант — взял лошадь, прицепил телегу и поехал странствовать. Это не шутка — до появления авто цирковые артисты, цыгане, кочевники, передвигались только так (кстати, именно они начали использовать “дома на колесах”). Жилища своего не было и все необходимое размещали в повозке.
Автомобили упростили не только жизнь, но и сделали путешествия удобнее. Сейчас автодомов на любой вкус и кошелек:
прицепные — к транспорту крепится жилое помещение с помощью прицепа
автодома или кемперы — жилое помещение размещается в кабине транспортного средства
Давайте рассмотрим каждый подробнее.
Прицепной
Здесь связующее звено прицеп. Такие автодома деляться в зависимости от того, что мы крепим к автомобилю — палатку или жилой прицеп (трейлер).
Прицеп-палатка
Название говорит само за себя — к машине прикрепляется палатка, собирать и разбирать которую нужно на каждой остановке. Есть предельно простые конструкции, которые только создают навес и обеспечивают людей спальными местами. Но есть куда более усовершенствованные автоприцепы, где совмещается: спальная зона, мебель, освещение, кухонное оборудование.
На отечественном рынке известны такие марки прицепов-палаток: скиф, пикник, купава, викинг, Camp-Let.
Жилой прицеп
Тут можно хоть дом сколотить и прицепить его к авто. Он похож на полноценное жилище с санузлом, душевой кабиной, обогревателями, необходимой мебелью и с несколькими комнатами. Его еще называет прицеп-дача — европейцы любят отправляться в них на отдых к берегу моря или в горы. Бывают совершенно разных размеров — все зависит от фантазии и потребностей хозяина.
Кемпер — гибрид жилья и транспортного средства. Снаружи выглядят как автобус или минивэн, а внутри как квартира или студия. Здесь есть спальные места, кухня, душ, туалет. Даже самая небольшая модель кемпера может быть оборудована телевизором, кофе-машиной, спутниковой антенной, навесами для велосипедов и т. д. Во время движения удобства работают от автомобильного аккумулятора, во время стоянки – на газу или от внешнего источника электричества (в кемпингах).Кемперы бывают: альковные, интегрированные и жилые минивэны (кастенвагены).
Альковные автодома
Отличительный признак — надстройка над крышей водителя (альков), в которой размещается дополнительная двуспальная кровать. Вместительность таких домов до 7 человек. Вся конструкция жилого модуля (стены, пол и крыша) делается на заводе из специальных сэндвич панелей, это улучшает теплоизоляцию автодома. К тому же, жилой модуль намного шире стандартного микроавтобуса, за счет чего увеличивается внутренний простор автодома.
Интегрированные
Такие автодома внешне похожи на автобусы и отличаются индивидуальной конструкцией. Индивидуальный дизайн имеет не только основной кузов, но и кабина автомобиля. Относится к кемперам премиум или бизнес класса, поскольку производители комплектуют модели по самому высокому уровню. Из-за сложности постройки цена на них выше и производятся в меньшем количестве. Кабина водителя полностью связана (интегрирована) с жилым отсеком, поэтому внутри много свободного пространства. Автодом такого плана вмещает от 4-8 человек.
Жилые минивэны (кастенвагены)
По сути — это жилой микроавтобус с высокой крышей. Из-за небольшого размера, он самый маневренный на дороге из всех видов автодомов. В фургоне кастенвагена есть только жилой отсек с необходимой мебелью и оборудованием. Санузел встраивается редко — слишком мало места. Рассчитан на 2 человек.
Прицепной автодом
В деревянном автодоме площадью 9 кв. м и высотой 240 см есть все необходимое: спальня, кухня, санузел. Домик сделан из облегченных натуральных материалов — фасад и интерьер из промасленного соснового массива, а пол — из легкой березовой фанеры. Один из фасадов полностью стеклянный, поэтому в фургоне всегда светло. Внутри есть диван, который раскладывается в кровать, шкафы и выдвижные ящики над и под кроватью.
Дом-автобус
Его преимущество — габариты, поэтому такой автодом можно поделить на несколько жилых зон: рабочий кабинет, кухня, туалет, ванная, спальня, гостиная и даже гараж. Здесь есть солнечные модули на крыше, светодиодная разводка, вентиляция и водонагреватель. Когда батареи разряжены, можно готовить пищу на газовой плите. Стены автодома утеплены современным изолятором, чтобы можно комфортно путешествовать зимой. Внутренняя отделка из светлого дерева [5].
Глава 2. Сортировка мусора как важнейший процесс.
Правила сортировки мусора в разных странах
Япония
Возвращаясь к стране восходящего солнца, стоит отметить, что к мусору здесь относятся очень трепетно. Чего только стоит нашумевший скандал о человеке, который выбрасывал мусор в неположенном месте. Полиция делала ему предупреждения, но он их игнорировал. Дело закончилось тюремным заключением. Для жителей многих стран эта история может показаться невероятной, но только не для японцев, которые делают все для того, чтобы сохранить экологию.
Итак, как же перерабатывают мусор в Японии? Его сжигают, а тепловую энергию используют для обогрева. Бытовая техника, мебель, машины разбираются для дальнейшего производства. Около каждого японского дома можно увидеть разные контейнеры из пластмассы, куда складываются отходы трех видов: пищевые, бытовые и ненужные вещи. Таким образом, мы видим, что сортировка отходов начинается дома, и каждый гражданин вносит свой вклад в сохранение экологии. Японцы научились перерабатывать мусор таким образом, что даже из органических отходов они изготавливают строительные материалы.
США
Сбор мусора в Америке происходит в пластиковые пакеты, которые складируются в контейнеры, стоящие около каждого дома. Государственные службы отвозят контейнеры на сортировку, чтобы отправить мусор на переработку. Бумага, пластик, банки, бутылки, - все эти материалы используются для изготовления товаров с пометкой «сделано из мусора». Оставшиеся отходы закапывают. Одно время в стране были проблемы с металлическими банками, но с помощью системы вознаграждения за сдачу мусора они были решены. Сегодня практически в каждом американском учреждении имеется пресс для картона, банок, бумаги.
Швеция
Швеция является одним из флагманов в сборе мусора. В стране перерабатывают 99% отходов. Половина из них используется для получения электрической и тепловой энергии. В целом сбор мусора в этой стране соответствует тем стандартам, которые приняты на территории Европейского Союза. Все семьи в стране обязаны сортировать мусор. У многих в доме находятся от пяти до семи контейнеров. В этой стране также активно внедряется способ подземных воздухоотводов. Несмотря на то, что это требует больших инвестиций, в итоге можно будет сэкономить на транспортировке отходов. Активно в стране внедряют и систему залоговой стоимости упаковки. То есть, ее цена уже включена в стоимость товара.
Объеденённые Арабские Эмераты
С недавнего времени ОАЭ стал активно развиваться во многих направлениях. Не стало исключением и деятельность, связанная со сбором и переработкой мусора. Несколько лет назад стало понятно, что основной мусорный полигон может быть переполнен к 2022 году. Поэтому власти всерьез начали заниматься проблемой сбора и переработки. Чтобы приучить жителей к новым правилам, ввели специальный тариф для тех, кто собирает мусор раздельно. Кроме этого проводятся различные конкурсы. Например, дарить IPad за ответственный раздельный сбор мусора. Также в стране действуют специальные меры поддержки бизнеса, связанным с деятельностью по переработке мусора.
Сортировщик мусора на платформе Spike Prime
Наш проект включает в себя умный дом на колёсах с удобным устройством конвейера для транспортировки мусора (Рисунок 2.2.1 Приложения), сортировщика мусора и 2 баков для органических и неорганических отходов (Рисунок 2.2.2 Приложения). Возле любого жилого дома возможно установить нашего сортировщика, особенно, в помощь людям с ограниченными возможностями, а также ещё удобнее им воспользоваться даже когда вы путешествуете в доме на колёсах (Рисунок 2.2.3 Приложения). Для начала мы паркуем дом, потом хозяин помещает мусор на конвейер дома, а сортировщик его принимает и определяет с помощью датчика цвета, является ли он органическим или неорганическим (Рисунок 2.2.4 Приложения). В результате проверки, робот помещает мусор в соответствующий бак. На этом сортировка завершена (Рисунок 2.2.5 Приложения).
В модели установлено:
1 хаб для управления всеми элементами модели;
1 средний мотор для работы клешней захвата;
1 большой мотор для осуществления поворотов сортировщика;
1 большой мотор, движущий конвейер в 2 направлениях;
1 датчик цвета для сортировки мусора на органические и неорганические отходы (Рисунок 2.2.6 Приложения).
В данной модели присутствуют следующие механизмы: зубчатая передача, система рычагов и гусеничный механизм (Рисунок 2.2.7 Приложения). Видео нашего проекта можно посмотреть по ссылке: https://drive.google.com/file/d/15mTNkrVdcd2mattRHFeaAICWsMjt4yCo/view?usp=drivesdk
Заключение
Познакомившись с понятием умный дом и его примерами, мы узнали, что домашняя автоматизация в современных условиях является чрезвычайно гибкой системой, которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей.
Изучив типы домов на колёсах, мы заметили, что их разнообразие невероятно велико, и с каждым днём новых разработок становится всё больше и больше.
А также мы рассмотрели правила сортировки мусора в разных странах и подчеркнули, что сортировка в них происходит по похожему признаку, но по разным правилам, однако многие крупные страны мотивируют население к сортировке мусора всевозможными способами, и это оказывает огромное влияние.
В результате нашей работы, мы смоделировали и запустили собственного сортировщика мусора на платформе Spike Prime, который отлично разделяет отходы на органические и неорганические, а также удобен в использовании и является прекрасным инновационным решением в этой сфере!
Список используемой литературы:
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Богданова С.М., Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
Интернет источники:
https://j.etagi.com/stati/obustroystvo/chto-takoe-umnyj-dom/
https://legko.com/blog/p/puteshestvuem-ne-vyhodya-iz-doma-vse-o-domah-na-kolesah
Приложение
Рисунок 2.2.1 – Транпортировка мусора
Рисунок 2.2.2 – Создание баков для отходов
Рисунок 2.2.3 – Дом на колёсах
Рисунок 2.2.4 – Сортировка на органические и неорганические отходы
Рисунок 2.2.5 – Создание дома
Рисунок 2.2.6 – Процесс сортировки
Рисунок 2.2.7 – Наша программа