XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«Робот-градусник» на базе конструктора LeGo Mindstorms EV3

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Корючин Р.Э. 1Ящук А.И. 1Куницин К.М. 1Шумаков С.Д. 1

---

1Школа интеллектуального развития «Мистер Брейни»

Охоткина К.А. 1

---

1Школа интеллектуального развития «Мистер Брейни»

Работа в формате PDF

4.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

За последние четыре года условия жизни людей по всему миру очень изменились. Возникновение и распространение новых инфекций, потребовало от людей поиска способов их профилактики и лечения. К одному из таких способов профилактики относится создание модели робота-градусника.

Данный робот способен заменить человеческий труд в сложных климатических условиях (например, при входе в образовательное или медицинское учреждение в зимнее время года), а также способен выдержать высокую проходимость данного учреждения.

Именно эти преимущества помогут государственным властям и частным предпринимателям различных отраслей массово обратиться к роботам, что поможет уменьшить затраты времени и финансовые расходы.

Поэтому мы с командой решили придумать новый способ для термометрии людей!

Цель исследования:разработка и моделирование робота градусник для обеспечения контроля прохода в медицинских и образовательных учреждениях.

Задачи исследования:

1. Расширить знания о здоровье человека;

2. Познакомится с самыми распространёнными сезонными заболеваниями;

3. Рассмотреть способы сезонных заболеваний;

4. Создать модель робота-градусника с помощью конструктора LeGo Mindstorms EV3;

5. Создать программу, которая позволит наглядно продемонстрировать работу нашей модели.

В качестве источников информации мы использовали различные сайты. При конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах [2, 3], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [3].

Глава 1. Общие сведения

Здоровье человека

Здоровье — это состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не только отсутствие болезни [4].

Человек находится в состоянии совершенно полного благополучия, когда гармонично сочетаются физические, духовные, эмоциональные составляющие его жизни. Каждый в отдельности и все вместе они оказывают самое существенное влияние на здоровье и благополучие человека, на полноценность его жизни.

Общая культура человека формирует его образ жизни. Образ жизни — это своего рода система взглядов, которая складывается у человека в процессе жизни под влиянием различных факторов на проблему здоровья не как на некую абстракцию, а как на конкретное выражение возможностей человека в достижении любой поставленной цели.

Именно мировоззрение, то есть определенный набор знаний, усвоенных культурных ценностей, изначально определяет поведение человека, его медицинскую и гигиеническую активность, направленную на сохранение и укрепление здоровья на различных этапах его роста и развития. Таким образом, мировоззрение определяет потребность в хорошем здоровье.

Здоровый образ жизни можно охарактеризовать как активную деятельность людей, направленную на сохранение здоровья. При этом необходимо учесть, что образ жизни человека и семьи не складывается сам по себе в зависимости от обстоятельств, а формируется в течение жизни целенаправленно и постоянно (Рисунок 1.1.1, Приложение).

Борьба за здоровье немыслима без физического развития и выполнения всех правил, постулатов здорового образа жизни. С каждым годом здоровых людей становится все меньше и меньше. Причинами являются многие факторы:

неправильное питание приводит к нарушению здоровья постепенно, но, как правило, однозначно. Целесообразно придерживаться определенного режима питания: кратность приема пищи, интервалы приема пищи, распределение энергетической ценности суточного рациона;

вредные привычки ведут к утрате здоровья. Курение, алкоголизм, наркомания являются настоящей эпидемией;

стресс является весомым средством «приобрести заболевания» и укоротить свою жизнь. О стрессе можно говорить много, научно обосновывая появление целой группы болезней: сердечно-сосудистые, нервно-психические, болезни желудочно-кишечного тракта;

конфликтные ситуации, многочисленные переживания в многократном или разовом воздействии глубоко травмируют не только молодого, но и человека средних лет, и глубокого старца. Особенно сказывается влияние стресса на мужчинах молодого, среднего и старших возрастов;

экологический беспредел, человек создал его сам. Истребление зеленого пояса, животных, растений, загрязнение водоемов, пестициды и, как следствие, рост желудочного-кишечных заболеваний. Экологическая ситуация влияет на продолжительность жизни и рождаемость.

Все забывают о таком народном изречении, как «В здоровом теле — здоровый дух». Ведь здоровье подразумевает не только физическое и психическое благополучие, но и нравственное. Моральные качества человека, его мышление, психические способности, определяющие поведение и действия людей, их внутренняя моральная сила, то есть «дух» определяется физическим и психическим здоровьем.

Купить здоровье нельзя, его можно заработать собственными постоянными усилиями. Лишь упорная и настойчивая работа над собой позволит каждому сделать себя энергичным долгожителем, наслаждаться бесконечным здоровьем (Рисунок 1.1.2, Приложение) [5].

Но как бы человек не заботился о своем здоровье, иногда организм все равно может дать сбой и подхватить какую-нибудь даже самую незначительную болезнь.

Самые распространённые сезонные заболевания

Сезонное заболевание — это болезнь, уровень заболеваемости которой меняется в соответствии со временем года. Наиболее распространенной сезонной инфекцией является грипп, ОРВИ. По данным ВОЗ, в Европейском регионе ежегодные эпидемии гриппа, которые могут поразить свыше 20% населения, и обычно происходят это осенью и зимой (Рисунок 1.2.1, Приложение) [6].

Одна из главных причин сезонных болячек — слабый иммунитет. Поэтому о своем здоровье нужно заботиться круглый год: есть витамины, полезную еду, правильно отдыхать, заниматься спортом.

ОРВИ (острые респираторные вирусные инфекции) – это группа заболеваний, передающихся преимущественно воздушно-капельным путем (посредством вдыхания возбудителей заболевания, отсюда и слово «респираторные» в названии – от латинского respiratum «дыхание») (Рисунок 1.2.2, Приложение).

ОРВИ – самое распространённое заболевание. То, что в народе называется простудой, на медицинском языке как раз и есть ОРВИ. Слово «простуда» немного обманывает, оно указывает на причину заболевания – переохлаждение, но на самом деле, причина болезни не в этом. Без проникновения вирусов в наш организм извне, простудой не заболеешь. Заражение всегда происходит от другого человека – носителя инфекции [7].

Симптомы ОРВИ

Инкубационный период ОРВИ, как правило, составляет 1-3 дня.

Обычно развитие заболевания начинается с насморка. В зависимости от того, какой участок дыхательных путей оказался наиболее подвержен инфекции (где сконцентрирован воспалительный процесс), ОРВИ может протекать в виде:

• ринита (поражается слизистая носа);

• фарингита (воспаляется слизистая оболочка глотки);

• ларингита (воспалительный процесс локализуется в гортани);

• трахеита (воспаляется слизистая трахеи).

Инфекция, как говорят, «спускается» по дыхательному пути. Чем ниже спустилась инфекция, тем тяжелее протекает заболевание. Через какое-то время после начала воспалительного процесса вирус попадает в кровь, вызывая симптомы интоксикации (озноб, головную боль, ломоту в спине и конечностях).

Обычно не позднее чем через 7 дней больной чувствует значительное улучшение состояния. Большинство больных выздоравливают в течение 10 дней.

Больной максимально заразен в первые 2-3 дня, в дальнейшем активность вируса снижается. Однако угроза заразить окружающих сохраняется до последнего дня болезни.

Основными симптомами ОРВИ являются:

• Слабость, ломота тела;

• Насморк;

• Чихание;

• Першение, боль в горле;

• Кашель;

• Покраснение глаз, слезоточивость;

• Повышение температуры (Рисунок 1.2.3, Приложение).

Существует целый ряд причин: зимой менее влажно, что способствует сохранению активности вируса; люди более скучены; холодная погода заставляет бережнее относиться к теплу – меньше сквозняков, реже проветривания, – всё это благоприятствует развитию инфекции.

В среднем, взрослый человек болеет ОРВИ от 1-го до 3-х раз в год. Дети до полугода, как правило, имеют иммунитет, полученный ещё от материнского организма, а вот дети постарше болеют чаще, чем взрослые. Средний дошкольник заболевает ОРВИ от 8 до 12 раз в году [8].

Также есть еще одно очень частое распространённое заболевание – это грипп.

Грипп – это тяжелая вирусная инфекция, которая поражает мужчин, женщин и детей всех возрастов (Рисунок 1.2.4, Приложение).

Заболевание гриппом сопровождает высокая смертность, особенно у маленьких детей и пожилых людей. Эпидемии гриппа случаются каждый год, обычно в холодное время и поражают до 15% населения Земного шара [9].

Основной путь передачи инфекции – воздушно-капельный. Однако также возможен и бытовой путь – через предметы обихода. Вирус попадает в воздушную среду с частичками слизи, слюны или мокроты, выбрасываемых при кашле или чихании. Зона, в которой риск заражения достаточно высок, обычно составляет 2-3 м. вокруг больного. На большем расстоянии концентрация аэрозольных частиц незначительна и не представляет угрозы.

Основные симптомы гриппа:

• Высокая температура;

• Кашель;

• Насморк;

• Боль в горле;

• Учащенное дыхание;

• Боль в мышцах;

• Тошнота, рвота;

• Диарея;

• Конъюнктивит (Рисунок 1.2.5, Приложение).

Причины гриппа

Грипп вызывается вирусной инфекцией. Было выделено три типа вируса гриппа.

Вирус типа А: способен поражать как людей, так и животных. «Птичий грипп», «свиной грипп» - это разновидности вируса типа А. Вирус данного типа вызывает заболевания средней или сильной тяжести, приобретающие эпидемический характер. Эпидемии гриппа А происходят с периодичностью в 2-3 года. Коварность вируса заключается в том, что он способен мутировать – менять свою антигенную структуру.

Вирус типа B: передается только от человека к человеку. Хотя данный тип также видоизменяется, он не вызывает столь тяжких эпидемий. Вспышки гриппа B носят, как правило, локальный характер. Периодичность таких вспышек 4-6 лет. Они могут предшествовать эпидемиям гриппа типа А или накладываться на них.

Вирус типа C: мало изучен. Он также передается только от человека к человеку, но не вызывает тяжелых симптомов (в некоторых случаях инфицирование вообще не вызывает симптомов) [10].

Любой человек, даже тот, кто соблюдает здоровый образ жизни, пьет различные витамины, следит за своим иммунитетом, все равно может заболеть данными сезонными заболеваниями. Так как они очень заразны и, в основном, передаются воздушно-капельным путем.

Чтобы снизить риски заразиться сезонными заболевания, необходимо знать об их проявлениях и быстром лечении.

Профилактика сезонных заболеваний

Профилактика гриппа и ОРВИ — это единый комплекс мероприятий, направленный на предотвращение заболеваемости. Сегодня актуальны слова Гиппократа: «Болезнь легче предупредить, чем лечить». Соблюдение превентивных мер помогает защититься от заражения, сократить риски масштабного распространения инфекции, сохранить жизни людей (Рисунок 1.3.1, Приложение) [11].

Самым эффективным средством в профилактике гриппа и ОРВИ, является, конечно же, вакцинация. Но также есть и другие рекомендации по их нераспространению (Рисунок 1.3.2, Приложение):

Соблюдайте личную гигиену

• избегайте прикосновений руками к своему носу, рту, глазам;

• при кашле, чихании прикрывайте рот и нос одноразовыми салфетками;

• пользуйтесь только индивидуальными предметами личной гигиены

• часто мойте руки водой с мылом, включая мытье после возвращения с улицы, контактами с другими людьми

• ограничьте при приветствии тесные объятия и рукопожатия.

Используйте

• индивидуальную МАСКУ для защиты органов дыхания при возможных контактах с людьми (в транспорте, при контакте с посторонними лицами, при уходе за больным) (Рисунок 1.3.3, Приложение).

Придерживайтесь принципов социальной дистанции:

• поддерживайте дистанцию с другими людьми не менее 2 метров (Рисунок 1.3.4, Приложение).

Соблюдайте здоровый образ жизни:

• полноценный сон;

• потребление пищевых продуктов богатых белками, витаминами и минеральными веществами;

• физическая активность (Рисунок 1.3.5, Приложение).

Обеспечьте:

• в помещениях Вашего пребывания регулярную влажную уборку с помощью дезинфицирующих средств и частое проветривание;

• обработку дезинфицирующими растворами или салфетками поверхности, с которыми соприкасаетесь (столы, дверные ручки, стулья, гаджеты и другие).

Избегайте:

• контактов с больными респираторными вирусными заболеваниями;

• посещения мест со скоплением большого числа людей;

• во время эпидемии гриппа, ОРВИ, распространения новой коронавирусной инфекции (COVID-19) - пользования городским общественным транспортом, посещений гостей (Рисунок 1.3.6, Приложение).

При первых признаках заболевания обеспечьте меры безопасности для окружающих:

• оставайтесь дома и срочно вызовите врача на дом;

• максимально ограничьте контакты с другими членами семьи;

• часто мойте руки водой с мылом;

• пользуйтесь отдельной посудой;

• обеспечьте частое проветривание помещения, обработку контактных поверхностей бытовыми моющими средствами и дезенфицирующими салфетками;

• неукоснительно соблюдайте предписания врача (Рисунок 1.3.7, Приложение) [12].

Все выше перечисленные меры способны обеспечить контроль над распространением сезонных заболеваний. Но мы с командой решили создать еще один способ профилактики – это «Робот-градусник». Он быстро сможет определить больного и отправит его домой, чтобы предотвратить заражение здоровых людей! Наша модель может быть установлена в медицинских и образовательных учреждениях.

Глава 2. Создание модели «Робот-градусник» на базе конструктора LeGo Mindstorms EV3

2.1 Внешний вид модели

После того, как мы ознакомились с информацией о заболеваниях, рассмотрели симптомы их проявлений, узнали меры профилактики по предотвращение сезонных заболеваний, мы приступили с командой к созданию своего инновационного способа по профилактике!

Нашу модель мы создавали с помощью конструктора LeGo Mindstorms EV3, а также для демонстрации мы использовали строительные кирпичики из LeGo Duplo.

Перед конструированием мы с ребятами обсудили, как будет работать наша модель, какую основную проблему она будет решать: выявление людей с признаками ОРВИ или гриппа и уменьшение контакта больных и здоровых людей. А также мы нарисовали эскиз нашей модели (Рисунок 2.1.1, Приложение).

Только после этого мы приступили к созданию нашей модели. Он состоит из нескольких частей:

Конвейерная лента по которой передвигаются «человечки» от входа до двери. Состоит из гусениц и специальных гусеничных колес (Рисунок 2.1.2, Приложение);

Датчик цвета стоит на входе, именно определяет здоров человек или нет (Рисунок 2.1.3, Приложение);

Специальный толкатель, который в случае обнаружения больного, выталкивает его с ленты. Таким образом он показывает, что человек имеет симптомы заболеваний и отправляет его домой лечиться (Рисунок 2.1.4, Приложение);

Панель управления (блок EV3). Через панель можно управлять роботом, а также она издает различные звуки и отображает соответствующие эмоции. Если человек болен, то показывается картинка грустного смайлика, если человек здоров, робот радуется (Рисунок 2.1.5, Приложение);

Два кубика из LeGo Duplo разных цветов. Синий цвет – здоровый «человечек», красный цвет – «человек» с температурой (Рисунок 2.1.6, Приложение).

2.2 Особенности движения модели

Мы начали работу по создание механических передач для нашего «Робота-градусника». Наша задача была сделать такой механизм, который поможет без труда передвигать человечков от входа, например, к двери поступательным движением. Обсудив, мы решили, что нам отлично подойдет конвейерная лента. Соединив все гусеницы и установив их на оси вращения и специальные колеса, мы стали разрабатывать механизм, который начнет ленту вращать (Рисунок 2.2.1, Приложение).

Для вращения ленты мы использовали большой мотор, который с помощью оси передавал вращение двум зубчатым колесам (черные зубчатые колеса с 4 зубчиками). А уже угловая зубчатая передача передавала движение на конвейерную ленту (Рисунок 2.2.2, Приложение).

Также нам необходимо было отправлять больных людей домой, поэтому мы придумали специальное устройство. Данное устройство работает от среднего мотора. Мотор установлен чуть выше конвейерной ленты. Он вращает маленькую коническую шестерню. Шестерня передает движение небольшой рейке. Таким образом работает реечная передача. На одном конце реечной передачи установлен специальный рычаг-толкатель, который выталкивает людей с симптомами заболеваний (Рисунок 2.2.3, Приложение).

Рычаг-толкатель был разработал специальной формы, чтобы он мог легко зацеплять кубик «человечка» и аккуратно выталкивать его с ленты (Рисунок 2.2.4, Приложение).

2.3 Управление моделью с помощью программного обеспечения LeGo Mindstorms EV3

Перед созданием основной программы в среде LeGo Mindstorms EV3, мы обсудили с командой последовательность работы наших механизмов. Составили блок-схему и уже по ней составляли программу (Рисунок 2.3.1, Приложение).

Наша программа комбинированная и состоит из множества блоков (Рисунок 2.3.2, Приложение):

Первый блок «начало», он способствует запуску программы;

Второй блок «вращение большого мотора». Данный блок запускает конвейерную ленту;

Следующий блок «переключатель». Он работает в режиме датчика цвета. То есть ждет варианты цветов и уже исходя из них, предает действие другим блокам.

Если датчик цвета обнаруживает синий цвет «здоровый человечек», то робот одновременно начинает выполнение нескольких задач: большой мотор продолжает движение вперед, пропуская «человечка», на экране панели управления появляется веселая улыбка (через 2 секунды исчезает), а также робот произносит звук приветствия «Hello» (Рисунок 2.3.3, Приложение);

Если датчик цвета видит красный цвет «больной человечек», то робот, также, одновременно выполняет несколько задач: большой мотор проезжает немного вперед и останавливается, после этого средний мотор в течении 2 секунд выдвигает свой рычаг-толкатель и сталкивает «больного человечка», после возвращается в исходное положение, на экране появляется грустная улыбка и произносится звук «Stop» (Рисунок 2.3.4, Приложение);

Если датчик цвета не видит никакого цвета, то большой мотор просто продолжает движение (Рисунок 2.3.5, Приложение);

Вся программа зациклена для того, чтобы датчик мог непрерывно считывать информацию и передавать ее на моторы.

2.4 Демонстрация работы модели «Робот-градусник»

Для демонстрации нашего проекта «Робот-градусник», мы взяли большие кубики двух цветов из LeGo Duplo, который обозначали здорового и больного человека.

Итоговый вид нашей работы представлен на (Рисунок 2.4.1, Приложение). Видео запуска проекта ««Робот-градусник» на базе конструктора LeGo Mindstorms EV3» вы можете посмотреть по ссылке: https://vk.com/away.php?utf=1&to=https%3A%2F%2Fdrive.google.com%2Ffile%2Fd%2F15WeKUUkPGPGuSyuZy8Hkqx4CJQXC3BDv%2Fview%3Fusp%3Ddrivesdk

После запуска конвейерной ленты, мы кладем кубик любого цвета. Он проезжает до датчика цвета. Датчик его сканирует, если это синий кубик, значит, он спокойно проезжает вперед, а также видит улыбку и звуковое приветствие. Если на ленте красный кубик, то конвейер останавливается около среднего мотора с рычагом-толкателем. И уже рычаг выталкивает красный кубик за пределы ленты, тем самым не разрешая, ему пройти дальше. При этом на экране появляются грустные улыбки и звучит неприятный сигнал..

Предполагается, что наш инновационное оборудование будет установлено в медицинских и образовательных учреждениях.

Такой робот-градусник поможет своевременно определить заболевшего и, тем самым, предотвратить распространение вирусов.

Заключение

Мы внимательно изучили информацию о здоровье человека. Здоровым можно быть только благодаря собственным усилиям. Необходимо следить за питанием, заниматься спортом, вести здоровый образ жизни, не переживать из-за мелочей. Только упорная и настойчивая работа над собой позволит каждому сделать себя энергичным долгожителем, наслаждаться бесконечным здоровьем.

Но иногда, даже самый здоровый организм, может дать небольшой сбой. Особенно в период повышенного уровня распространения сезонных заболеваний, например, таких как ОРВИ и грипп. Считаются самыми распространёнными заболеваниями в осенний период времени. Многие подхватывают данные болезни, потому что они передаются воздушно-капельным путем.

Для того, чтобы уберечь себя от заболеваний, необходимо придерживаться некоторых рекомендаций: соблюдение личной гигиены, ведение здорового образа жизни, соблюдение социальной дистанции и вообще уменьшение посещения мест со скоплением большого числа людей.

Изучив данную информацию, мы сделали вывод, что необходимы дополнительные способы профилактики заболеваний.

Поэтому мы с командой решили создать свой инновационный способ по выявлению больного и предотвращению дальнейшего распространения вирусов. Наш «Робот-градусник» решает ряд проблем! Робот способен заменить человеческий труд в сложных климатических условиях, а также он способен выдержать высокую проходимость данного учреждения, поможет уменьшить затраты времени и финансовые расходы. А самое главное он частично предотвратит распространение сезонных заболеваний!

Для нашего проекта мы использовали конструктор из наборов LeGo Mindstorms EV3 и LeGo Duplo. В нашей работе были простые механизмы: ось, малая, средние и большие шестерни, рейка и рычаг. А также сложные механические передачи: угловая зубчатая передача, осевая передача, реечная передача, конвейер. Для запуска проекты мы создали программу в среде LeGo Mindstorms EV3, одновременно подключая к компьютеру 2 мотора, 1 датчик цвета и блок EV3.

Наш проект «Робот-градусник» мы считаем актуальным и вполне применимым, особенно в медицинских и образовательных учреждениях.

Список используемой литературы

Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

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

Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;

Интернет источники

https://ru.wikipedia.org/wiki/Здоровье

https://mag.103.by/medicinskie-stati/103843-za-zdorovyj-obraz-zhizni/

https://aif.ru/health/coronavirus/chto_takoe_sezonnaya_infekciya

https://shkolamichurinskaya-r68.gosweb.gosuslugi.ru/roditelyam-i-uchenikam/novosti/novosti-193_20.html

http://www.serpcrb.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=202%3A2015-10-29-13-45-40&catid=31%3A2012-03-06-14-41-23&Itemid=22

http://sh12arzamas.ru/informaciya/dlya-roditelej/sovety-vracha/gripp-tyazhelaya-virusnaya-infekciya-2/

https://www.z7ya.ru/uslugi/terapiya/chto-takoe-gripp/

https://gorzdrav.org/blog/mery-profilaktiki-grippa-orvi-i-virusnykh-zabolevanij-u-vzroslykh/

https://solntv.ru/tpost/of784hply1-profilaktika-grippa-i-orvi

https://www.dzhmao.ru/info/articles/zdorove-printsip-zhizni-zdorovyy-obraz-zhizni-kak-tsennost-sovremennogo-cheloveka/

https://msk.ramsaydiagnostics.ru/blog/20-sposobov-byt-zdorovym/

https://71.rospotrebnadzor.ru/content/596/82301/

Приложение