XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Роботизированное устройство «МОШКА» - многофункциональный органайзер школьника
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На сегодняшний день существуют сложности при выполнении домашнего задания и организации рабочего пространства и времени в домашних условиях. Эти сложности связаны с отсутствием интереса у детей и низкой мотивации к выполнению заданий. Огромную роль играют условия организации рабочего места школьника дома и нахождения всех необходимых предметов и информации «под рукой». Мы считаем, что эту актуальную проблему можно решить с помощью умной организации рабочего места и времени школьника с помощью умного роботизированного устройства. Так мы сможем также мотивировать ученика на активную и продуктивную работу и отличные оценки в школе.
Цель проекта: создать и запрограммировать роботизированный устройство для хранения школьных принадлежностей, организации рабочего пространства, времени и повседневных задач школьника дома.
Задачи:
1) Узнать новую информацию о видах органайзеров и способах хранения и систематизации вещей в повседневной жизни.
2) Проанализировать, к каким трудностями сталкиваются школьники при самостоятельном решении заданий дома.
3) Проанализировать условия работы школьника дома – его рабочее место.
4) Разработать эскиз роботизированного органайзера.
5) Создать и запрограммировать роботизированный органайзер.
6) Представить работы модели проекта
В качестве источников информации мы использовали информационные сайты: www.officemag.ru, vplate.ru, www.leadertask.ru, mobbit.info. При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2].
Глава 1. Органайзеры – системы хранения
1.1 Органайзеры и их виды
Органайзер сейчас – это такое приспособление, которое систематизирует различные предметы и может отличаться конструкцией, материалом изготовления и назначением (например, для канцелярии, одежды, фото, медицинских препаратов и т. д.). [3]
История возникновения органайзера
В Древнем Египте, во времена зарождения письменности, был создан предмет для хранения посланий и писем: не простой, а красивый и практичный. В дальнейшем массовое производство началось в Америку.
Раньше органайзером назывался блокнот с календарем или адресами. Главная цель упорядочить все сведения и события. Этот термин начал распространяться после появления в жизни различных коробок, шкатулок, контейнеров и т.д. С их помощью легко навести порядок, удобно расположить вещи, которые не потеряются.
Для чего же нужен органайзер? Это прекрасная возможность создать условия для плодотворной деятельности. Ведь чистота и порядок на рабочем месте – одна из гарантий успеха в работе.
У всех принадлежностей должно быть свое мест, тогда можно не тратить время на поиски записной книжки, карандаша, драгоценностей, средств рукоделия и шитья. Таким образом, ускорится рабочий процесс.
Поэтому незаменимым предметом для хранения вещей являются органайзеры. Они могут справиться с задачей содержания офиса, дома и магазина в идеальном порядке и настроить Вас на плодотворную деятельность.
Разновидность систем хранения
Виды материалов, которые используют в органайзерах весьма разные: керамика, дерево, металл, пластмасса, ткань и другое.
Виды органайзеров по назначению (Приложение, Рисунок 1.1.1)
- для инструментов;
- для конструктора;
- для художества;
- для рукоделия;
- для одежды;
- для кухни;
- для игрушек;
- для учёбы;
- для работы;
- для украшений;
- драгоценностей и т.д. [4-7]:
1.2 Электронные и умные органайзеры
Органа́йзеры (англ. organizer) — изначально небольшая книга, содержащая календарь, адресную книгу и блокнот, служащая для организации информации о личных контактах и событиях. С развитием информационных технологий книга стала заменяться сначала электронными органайзерами (Приложение, Рисунок 1.2.1), затем карманными персональными компьютерами, компьютерными программами и онлайн-органайзерами, обладающими дополнительными функциями: напоминание о предстоящих событиях, защита и синхронизация информации.
Александр Бурага, сделал три умных органайзера (Приложение, Рисунок 1.2.2):
Chipseasy — проект с Kickstarter. Хранилище состоит из нескольких поддонов, каждый из которых разделён на прямоугольные ячейки. «Умное» хранение компонентов реализовано за счёт матричной адресации ячеек.
FindyBot3000 — хранилище от энтузиастов-радиолюбителей. Упрощает поиск деталей в объёмных запасах. Использует сервис Google Assistant и вычислитель Particle Photon для взаимодействия с облаком.
Component database with LED indicators взаимодействует с базой данных, расположенной в облаке, с помощью SQL-запросов через Raspberry Pi и приёмопередатчика на базе ESP8266. Взаимодействие с внешними устройствами осуществляется при помощи библиотеки aREST и MySQL-запросов. [8]
Можно выделить современные умные органайзеры, такие как: ЛидерТаск (Приложение, Рисунок 1.2.3), EssentialPIM, To Do Reminder, Any.do, Todoist, Remember The Milk и т. д. [9]
Они все используются в компьютерах, планшетах и смартфонах как программы, для распорядки определённого дня. В этих программах также имеются: календарь, записки, будильник, планировщик задач и т. д.
Один из представителей органайзеров будущего - INFO Live (Приложение, Рисунок 1.2.4), очередной участник NextGen PC Design Competition. [10] Хотя этот браслет задуман не столько как компьютер, сколько как органайзер, взаимодействующий со множеством окружающих девайсов и подключенный к интернету. Он будет всегда держать своего обладателя в курсе поступления новых e-mail'ов, сообщений, документов, новостей, а также позволит просматривать фотографии, видео, слушать музыку и т.д. INFO Live сможет беспроводно взаимодействовать не только с компьютером, но и с другими устройствами (телефонами, КПК, фотоаппаратами и т.д.). Интерфейс этого браслета-органайзера максимально прост, он будет распознавать прикосновения, жесты, движения и т.д., а о большинстве новых событий он будет сообщать в виде простых иконок.
Глава 2. Место школьника дома
2.1 Обустройство места школьника
Для идеальных условий школьнику нужны источники света, например, окно или настольная лампа, стол, стул, а если он слишком высокий, то можно поставить подставку для ног, место для хранения школьных принадлежностей - тумбочка или ящик (Приложение, Рисунок 2.2.1). [11-14] На рабочем месте не помешают и такие предметы как: подставка для книг, подстаканник для карандашей и ручек, ноутбук или настольный компьютер для поиска информации и принтер что бы распечатывать документы. Также лучше отделить рабочее место от того, что может отвлекать школьника. Но ещё могут понадобиться такие вещи как – шкаф или полки что бы поставить на них книги или же учебники.
Рабочее место школьнику нужно для комфортного выполнения домашнего задания и своих дел. Важно хорошо обустроить рабочее место ведь оно обеспечивает не только хорошую учебу, но и крепкое здоровье (Приложение, Рисунок 2.2.2). Рабочее место должно быть эстетичным и функциональным. Но на нем лучше не держать сразу очень много вещей иначе может не хватать места для выполнения домашнего задания или других своих дел, и они могут отвлекать школьника от процесса. И также стоит добавить то-что нужно быть готовым что школьник может делать заниматься на кухне или же в гостинной, то есть, там, где рядом есть помощь.
2.2 Проблемы школьников при выполнении домашнего задания
Можно выделить 8 самых распространенных проблем при выполнении домашнего задания. [15]
Проблема № 1. Ребенок дает себя уговорить приступить к выполнению домашнего задания, он пытается стараться, но ему тяжело справиться с уроками. Он старается, но расстраивается, потому что снова боится ошибиться и разочароваться. Решение. Если вы видите, что ребенку не дается какой-то определенный предмет или часть задания, вы может упростить задание, чтоб ребенок смог поверить в свои силы. Кроме того, поощряйте ребенка не бояться попросить о помощи у учителя или вас
Проблема № 2. Ребенок постоянно не записывает домашнее задание, объясняя хроническую забывчивость проблемами с памятью. Решение. Ребенку можно привить привычку записывать необходимую информацию. Вы не будете шокированы новостью о том, что некоторые дети целенаправленно не записывают домашние задания. Их же придется потом делать! Если родители установят выполнение домашнего задания как обязательное ежедневное правило, дети поймут, что избежать его не удастся — всегда найдутся «добрые люди», которые расскажут правду о том, что задавали на дом. Не забывайте замечать сдвиги детей в положительном направлении, хвалите их даже за маленькие успехи, и тогда великие свершения будут уже не за горами.
Проблема №3. Ребенок часто не понимает, что конкретно ему нужно сделать в домашнем задании. Решение: разрешить ребенку переписать домашнее задание в дневник с листа, а не с доски, либо писать задание на доске перед уроком, чтоб у детей было больше времени и они не спешили, перенося его в дневник.
Проблема №4. Ребенок старается все выполнить качественно. Но только после ваших подробных объяснений и повторений совместно пройденного материала. Решение: есть много всевозможных методик и игр, позволяющих улучшить степень восприятия ребенком устной речи.
Проблема №5. Ребенок зачастил с просьбами о помощи при выполнении домашнего задания. Решение: задайте наводящие вопросы. В поисках ответа информация запоминается лучше.
Проблема №6. Дети начинают жаловаться на сложность задания, даже не попробовав его сделать. Им лучше выслушать мамины нотации и сделать задание вместе, чем сделать самому и разочаровать родителей и учителей наличием недопустимых ошибок. Решение: у всех свои психофизические характеристики – кому-то легче дается математика, а кому-то – чистописание. Научиться можно всему, и научить тоже;
Проблема №7. Ребенок знает, чего ждут от него педагог и родители, но не хочет стараться. Решение: приведите примеры, когда плохо сделанная часть работы может повлиять на конечный результат – например, из плохо замешанного теста никогда не получится вкусный хлеб;
Проблема №8. Из-за высокой загруженности в определенные периоды – перед подготовкой к концерту, конкурсу, соревнованиям, не хватает времени на выполнения всего домашнего задания. Решение: Выберите наиболее важные задания, которые он должен обязательно сделать сам, обращая внимание на качество работы. Помогите ему справиться с оставшимися заданиями, ведь взаимовыручка и помощь в трудные минуты – это характерные признаки крепкой семьи.
Если ребенку чего-то не хочется, например, делать домашнее задание, то он найдет миллион причин и триллион поводов, чтоб отложить это нежелательное событие на «когда-нибудь потом». Мы задались вопросом: если поставить на стол умного помощника, будет ли интерес, появится ли большая мотивация для выполнения домашнего задания? У нас точно появится.
Порядок на рабочем столе является неотъемлемым атрибутом учебы каждого школьника, ведь без такой простой вещи очень трудно сосредоточиться. [16] Органайзер станет отличным помощником каждому ученику, с его помощью легко находить нужные канцелярские предметы, ведь те собраны в одном месте и логично расположены.
Наверняка, в различных канцелярских магазинах есть масса подобных товаров, однако, гораздо интереснее сделать органайзер самостоятельно. М сногие школьники сделали своими руками органайзер, в большинстве из дерева и пластика. Мы не нашли вариантов умного роботизированного органайзера и приступили к созданию своего органайзера-помощника из LEGO MINDSTOMS EV3.
Глава 3. Создание и программирование роботизированного устройства МОШКА – многофункциональный органайзер школьника.
3.1 Эскиз и конструкция робота
Изучив все особенности существующих систем хранения на рабочем месте школьника, опираясь на возможности образовательного набора LEGO MINDSTOMS EV3, мы поставили перед собой ряд задач по оснащению нашей модели роботизированного многофункционального органайзера МОШКА:
установить часы с будильником;
разместить расписание основных школьных занятий и дополнительных;
установить открытые отсеки для хранения канцелярских принадлежностей;
сделать потайной отсек для хранения секретных предметов (денег);
добавить электронную точилку;
укрепить вентилятор на основной конструкции;
запрограммировать экран с подсветкой и напоминанием домашнего задания;
Мы нарисовали эскиз нашей модели (Приложение, Рисунок 3.1.1) и приступили к работе. В процессе конструирования внешний вид робота менялся (Приложение, Рисунок 3.1.2).
Наш робот состоит из нескольких частей, каждая часть запускается своим мотором и имеет свою механическую передачу (Приложение, Рисунок 3.1.3).
Часть 1. Часы с будильником и вращающимся расписанием
Основные механизмы части 1 модели робота МОШКА: зубчатая передача и осевая передача. Всего 11 сложных механических передач:
1. Повышающая зубчатая передача 34 к 24
2. Повышающая зубчатая передача 24 к 12
3. Понижающая зубчатая передача 8 к 24
4. Повышающая зубчатая передача 24 к 8
5. Понижающая зубчатая передача 8 к 34
6. Понижающая зубчатая передача 12 к 24
7-11 Осевая передача
Составные части робота: вся конструкция запускается в движение одним средним мотором, датчик цвета для обнаружения флага на сигнал будильника, кнопка «вверх» блока EV3 для выключения будильника.
Часть 2. Электронная точилка
Основной механизм части 2 модели робота МОШКА: зубчатая передача прямая, без изменения скорости, состоящая из 4 шестерней.
Составные части робота: средний мотор запускает вращение шестерней, датчик касания служит сигналом для включения точилки: пока датчик нажат, точилка работает, датчик отпущен- точилка выключается.
Часть 3. Потайной отсек
Основной механизм части 3 модели робота МОШКА: реечная передача.
Составные части робота: средний мотор приводит в движение механизм, датчик цвета для считывания кода доступа к потайному отсеку, кнопка «вниз» блока EV3 для закрытия потайного отсека.
Часть 4. Вентилятор
Основной механизм части 4 модели робота МОШКА: зубчатая передача и осевая передача. Всего 3 сложных механических передач:
1. Повышающая зубчатая передача 36 к 20
2.Повышающая зубчатая передача 36 к 12
3. Осевая передача
Составные части робота: средний мотор приводит в движение механизм, датчик касания для включения и выключения вентилятора.
Часть 5. Экран
Составные части робота: блок EV3 в режиме передачи данных по bluetooth связи. Подсветка блока с помощью включенного индикатора состояния.
3.2 Программа
Каждую часть нашей модели роботизированного многофункционального органайзера школьника «МОШКА» мы запрограммировали отдельно. Затем объединили в одну программу по принципу многозадачности (Приложение, Рисунок 3.2.1, Рисунок 3.2.2, Рисунок 3.2.3, Рисунок 3.2.4, Рисунок 3.2.5).
Отметим, что при программировании часов и вращающего расписания, работающих от одного мотора мы заметили, что часовая стрелка делает один оборот, и в это время круг с расписанием поворачивается на 1 сектор. Таким образом, мы расположили на внутреннем вращающемся диске 6 секторов с расписанием на 6 дней недели (Приложение, Рисунок 3.2.6). Внешний стационарный циферблат часов соответствует 24 часам.
Передачу домашнего задания на экран нашего роботизированного многофункционального органайзера МОШКА мы отправляем с помощью bluetooth связи с другого блока EV3, выполняющего роль телефона.
3.3 Презентация работы модели проекта
При запуске модели (Приложение, Рисунок 3.3.1) сразу начинают работать часы и внутренний диск с расписанием. В реальной жизни предполагается, что будильник будет срабатывать каждый день утром, то есть при каждом полном обороте часовой стрелки. В нашей демонстрационной модели скорость вращения очень быстрая по сравнению с реальным временем. Поэтому мы запрограммировали включение будильника в 1 раз в 6 дней, то есть при 1 полном обороте внутреннего круга с расписанием. Таким образом, после запуска модели через некоторое время срабатывает будильник. Мы его отключаем кнопкой «вверх» на блоке EV3.
Вторым действием мы берем карандаш и направляем в центр зубчатой передачи, удерживаем нажатым датчик касания, карандаш точится, отпускаем кнопку, достаём карандаш.
Третьим действием мы подносим цветной кубик разными гранями в нужной последовательности к датчику цвета – это код доступа к потайному отсеку. При правильной последовательности цветов потайной отсек выдвигается. Чтобы закрыть потайной отсек мы нажимаем кнопкой «вниз» на блоке EV3.
Четвертым действием мы включаем вентилятор с помощью датчика касания и этим же датчиком касания можно выключить вентилятор при повторном нажатии.
И в заключении мы отправляем сообщение на экран блока EV3, в момент получения сообщения блок подсвечивается с помощью индикатора состояния. Эта функция необходима для получения домашнего задания. Допустим, что ученик сфотографировал домашнее задание на доске во время урока и отправил на органайзер МОШКА, а когда придет домой, свое домашнее задание он сможет увидеть на экране органайзера-помощника. Также на экран органайзера могут отправлять домашнее задание родители или учитель, если школьник ушел на больничный. Такая система поможет ученику сфокусировать внимание на главном и не тратить время на поиск информации.
Заключение
Мы узнать новую информацию о видах органайзеров и их функционале, о том, как они способны систематизировать хранение повседневных вещей, помочь человеку следовать расписанию и контролировать выполнение задач.
Мы создали эскиз желаемой модели роботизированного органайзера и по ней собрали демонстрационную модель. Мы считаем, что наша идея новая среди полезных приспособлений. Наш многофункциональный органайзер поможет школьникам с удовольствием и за фиксированное время выполнять задачи, планировать время, приводить в порядок канцелярские принадлежности и всегда быть в курсе всех заданий.
Наш проект может быть у каждого школьника на столе, что повысит интерес и поможет ребенку выполнять домашнее задание, заниматься творчеством, читать книги и больше времени проводить за полезными занятиями. Также органайзер МОШКА – это отличная демонстрационная роботизированная модель для изучения механических передач на занятиях по робототехнике!
Список используемой литературы:
Йошохито Йocoгава, Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. О.В.Обручева]. – Москва, Издательство «Э», 2017. - 232 с.;
Курс «Робототехнический Центр», курс «Соревновательная робототехника», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейни», - Режим доступа - https://mrbrainy.ru/;
Интернет-источники:
https://www.officemag.ru/info/guide/index.php?ID=12147498
https://vplate.ru/organajzer/vse/
https://srbu.ru/instrumenty-i-oborudovanie/1750-yashchiki-dlya-instrumentov.html#h5-1-fatmax-deep-pro-metal-latch-stanley-1-97-518
https://posuda-gid.ru/vidy/365-organajzer-dlya-kuhni
https://yanashla.com/luchshie-kanczelyarskie-organajzery/
https://habr.com/ru/company/yandex/blog/538078/
https://www.leadertask.ru/blog/ezhednevniki-organajzery
http://mobbit.info/item/2008/04/02/portativnyi-komp-uter-organaizer-bydystcego-info-live
https://fabrika38.ru/blog/organizatsiya-rabochego-mesta-shkolnika/
https://www.houzz.ru/statyi/s-knigoyu-s-pesneyu-kak-organizovaty-rabochee-mesto-dlya-pervoklassnika-stsetivw-vs~46632530
https://www.elledecoration.ru/how-to/design-tips/shkola-jizni-rabochee-mesto-shkolnika/
https://interiorcom.ru/blog/rabochee-mesto-shkolnika.html
https://www.zavodila.com/otdyx/psychology/semejnaya/9-samyx-rasprostranennyx-problem-domashnego-zadaniya-i-kak-ix-vylechit-bez-oslozhnenij/
https://deepcloud.ru/articles/chto-takoe-organayzer-dlya-shkoly
Приложение
-
Рисунок 1.1.1 Органайзеры разных видов
Рисунок 1.2.1. Электронные органайзеры
Рисунок 1.2.2 Умные органайзеры Александра Бурага
Рисунок 1.2.3 Интерфейс программы персонального органайзера ЛидерТаск
Рисунок 1.2.4 Браслет-органайзер INFO Live
Рисунок 2.1.1 Рабочее место школьник: соблюдение условий
Рисунок 2.1.2 Обустройство места школьника дома
Рисунок 2.2.1 Органайзер школьника, сделанный своими руками
Рисунок 3.1.1 Эскиз составных частей роботизированного органайзера.
Начало сборки модели по эскизуРисунок 3.1.2 Этапы создания модели «МОШКА».
Рисунок 3.1.3 Основные сложные механические передачи модели «МОШКА».
Рисунок 3.2.1 Подпрограммы для части 1: запуск часов, диска с расписанием и будильника
Рисунок 3.2.2 Подпрограммы для части 2: запуск электронной точилки по датчику касания
Рисунок 3.2.3 Подпрограммы для части 3: открытие/закрытие потайного отсека по коду доступа, считываемого датчиком цвета
Рисунок 3.2.4 Подпрограммы для части 4: включение/выключение вентилятора по датчику касания
Рисунок 3.2.5 Подпрограммы для части 5: отправка и получение сообщения по bluetooth связи
Рисунок 3.2.6 Вращающийся диск с расписанием, разделенный на 6 секторов
Рисунок 3.3.1 Презентация работы модели роботизированного многофункционального органайзера школьника «МОШКА»