XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Роботизированное устройство для уборки улиц Валли

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Меркурьев К.А. 1Вахитов С.А. 1Сазонов Н.Е. 1Гатауллин А.Т. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Филинова А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность

Проблема мусора очень актуальна в наше время. В современном мире мало кто заботится об экологии, поэтому в лесах, на улицах города, в парках большое количество отходов. Из-за этого страдает окружающая среда: животные, растения и сами люди.

В данный момент существуют множество специальных машин и приспособлений для уборки мусора. Но у них всех есть существенные минусы:

1.Топливо, которое они сжигают, выбрасывается в окружающую среду, 2.Специальная техника не проедет в труднодоступные места,

3.Для работы на специальной технике необходимо обучить людей.

4.Такая техника создает много шума, который мешает жителям города.

В рамках изучения проблемы мы создали робота-уборщика мусора, назвали его Валли. Он собирает мусор вместо людей и является очень удобным перерабатывающим мини заводом.

Цель: Создание демонстрационного варианта уличного робота-уборщика на базе конструктора Mindstorms.

Задачи:

1. Узнать какие есть способы утилизации мусора.

2. Понять, какая современная техника на данный момент существует для уборки мусора.

3. Подготовить чертеж робота.

4. Создать модель робота на базе конструктора Lego Mindstorms.

5. Написать программу для демонстрации.

В рамках исследования мы использовали электронную энциклопедию Википе́дия [7] Также пользовались информационно-справочной системой рубрикон.[8]

Глава 1. Сбор мусора на улицах города

Для уборки мусора в современном мире используются несколько вариантов: обычные люди-уборщики, специальные машины, умные мусорные баки.

Люди уборщики:

Люди, которые собирают мусор на улице в загрязненных местах в специальные мешки. Они нанимаются на специально выделенные деньги правительством. (Рисунок 1.1, Приложения)

Специальные машины:

Подметальные машины с вакуумным захватом мусора называют пылесосами. Принцип работы у них тот же, что и у домашнего агрегата, только пыль засасывается через специальную трубу в герметичный бункер и там прессуется. Полный бункер также отвозят на утилизацию. Мелкогабаритные экземпляры успешно используют в качестве техники для уборки тротуаров. Они очень маневренные и эффективны для узких улиц и пешеходных зон города. (Рисунок 1.2, Приложения)

Управление системой отходов предполагает внедрение в существующую модель обращения с ТКО инновационных решений IoT.

Сюда можно отнести использование умных мусорных урн, различных сенсоров и датчиков, фундаментов. [1]

Умные урны:

Умные урны и комплексы по приему вторичного сырья. Принимают урны алюминиевые банки от напитков, стеклянную тару, пластиковые бутылки от пищевой продукции, бытовой химии. В качестве вознаграждения за сданные вторичные ресурсы можно получить купоны на скидку, реальные деньги или другие приятные бонусы. (Рисунок 1.3, Приложения) [2]

Датчики на мусорных контейнерах и сенсоры на урнах. Используются для контроля заполняемости отходами и определения необходимости вывоза. Также на мусорных контейнерах могут быть установлены устройства, фиксирующие температуру, опустошение бака и другие параметры.

(Рисунок 1.4, Приложения) [3]

Датчик наполненности контейнеров для твердых бытовых отходов предназначен для автоматизации контроля наполненности контейнеров ТБО и улучшения качества их обслуживания, путем организации своевременного вывоза отходов. [4]

Глава 2. Современная техника для сбора мусора

1. Прицепные уборочные машины

Техника этого класса несамоходная, она располагает одной или двумя осями и перемещается на буксире у основной машины – самосвала или трактора. Прицепные машины могут быть оснащены щетками, лентой для сбора мусора, которые приводятся в движение от КОМ а ведущего транспортного средства или встроенного двигателя. Иногда встречаются модели с автономными бункерными установками – вакуумными пылесосами. Но все равно для их перемещения нужна ведущая техника. Основной недостаток таких уборщиков – это их массивность, ведь они работают в сцепке с большой машиной. Радиус разворота тоже требует пространства. Затраты на обслуживание сразу двух единиц техники тоже велики, но и производительность у них высокая. К тому же, прицепная техника позволяет расширить область применения уже имеющегося в парке транспорта, а значит снизить первоначальные вложения. ( Рисунок 2.1, Приложения)

2. Подметальные машины

Уборкой пыли занимаются подметальные машины. Как правило, они оборудованы тремя щетками. Две круглые расположены по бокам в передней шасси, их называют лотковыми. Одна щетка закреплена сзади или в средней части, по форме напоминает валик со щетиной. Во время движения фронтальные щетки сметают грязь к центру техники, а центральный валик забрасывает ее по транспортеру в специальный лоток, расположенный внутри кузова. По мере наполнения контейнера, его вывозят на место утилизации мусора. Иногда, чтобы предварительно обеспылить, дорогу смачивают водой из резервуара, предусмотренного конструкцией. (Рисунок 2.2, Приложения)

3. Машины пылесосы

Подметальные машины с вакуумным захватом мусора называют пылесосами. Принцип работы у них тот же, что и у домашнего агрегата, только пыль засасывается через специальную трубу в герметичный бункер и там прессуется. Полный бункер также отвозят на утилизацию. Малогабаритные экземпляры успешно используют в качестве техники для уборки тротуаров. Они очень маневренные и эффективны для узких улиц и пешеходных зон города. (Рисунок 2.3, Приложения)

4. Мусоровозы

Еще одна востребованная коммунальная техника для уборки улиц – это мусоровоз. Естественно, они выполняют всего одну, но важную функцию – сбор и транспортировку отходов. Однако спектр такой техники очень широк. (Рисунок 2.4, Приложения)

5. Ранцевый

Машины данного вида относятся к профессиональному оборудованию. Их используют для уборки больших участков, поэтому все ранцевые аппараты оснащены бензиновым двигателем. Пылесос имеет конструкцию рюкзака, что упрощает эксплуатацию тяжелого инструмента во время очистки территории. (Рисунок 2.5, Приложения)

6. Колесный

MTD 202 для владельцев больших участков лучшим выбором является колесный аппарат для уборки листьев. Данные машины предназначены специально для очистки труднодоступных мест, с легкостью перерабатывают листья, ветки или траву. Аппарат оснащен двумя парами широких колес, мощными режущими системами, объемным мусоросборником и гофрированным шлангом. Технический прибор обладает функцией измельчения, всасывания и сдувания (Рисунок 2.6, Приложения) [5]

Глава 3. Виды утилизации мусора

1.Захоронение на полигонах

Этот метод – самый распространенный. Подходит для захоронения несгораемых веществ либо веществ, в ходе горения которых в воздух выделяются вредные компоненты. Захоронение происходит на специализированных полигонах, которые представляют собой сложные инженерные конструкции, оснащенные механизмами борьбы с загрязнениями подземных вод и воздуха. На некоторых полигонах проводится переработка газа, образующегося в ходе гниения отходов. [6]

2. Сжигание

Методы утилизации отходов производства сжиганием такие:

слоевые;

камерные;

в кипящем слое.

Это безопасная для экологии технология. Но еще в пригородных территориях крупных городов встречаются дымящиеся свалки с отходами.

3.Переработка отходов на производство новых вещей

4. Компостирование

Такой переработке подвергается только органические отходы. Посредством бактерий начинается гниение. Таким способом изготавливается органическое удобрение. Технология не подходит для обработки мусора, в котором могут образоваться паразиты. Сюда относятся кости, мясо.

5. Брикетирование

Это инновационная методика, которая включает отделение мусора с дальнейшей формовкой в брикеты. Эффективность данного способа пока под сомнением. Применяют для повторной переработки хлама. (Рисунок 3.1,Приложения),(Рисунок3.2, Приложения)

Сортировка Первым делом отходы сортируются. Остатки еды, стекло, бумага, ткани и полимеры кладутся в отдельные емкости.

Сбор возле жилых зданий стоят контейнеры, куда граждане бросают ТБО. Каждая емкость предназначена для хранения соответствующего мусора.

Вывоз к тарам привязан спецтранспорт. Грузовик погружает и вывозит сырье за пределами города.

Складирование В соответствующих территориях мусор накапливается и хранится. Там он хранятся столько, сколько определено нормативами.

Вывоз с полигона Отходы грузовиками доставляются к месту нейтрализации.

Нейтрализация проводится переработка либо уничтожение сырья.

Заключение

Вывод; проект поможет направить людей на очищение улиц, в результате проведённой работы люди будут понимать;

• Как важно доносить мусор до мусорки,

• Какая трудная работа у мусорщиков и дворников,

• Как важно не кидать мусор на улицах

• Глава 4. Практическая часть

• 4.1 Создание Валли на базе конструктора LEGO Mindstorms

Мы создали модель на базе конструктора Lego Mindstorms, она включает в себя два больших и один средний мотор, датчик касания и ультразвуковой датчик

Движение осуществляется на гусеницах, которые приводятся в движение большими моторами. Мы используем гусеницы, потому что они позволяют передвигаться не только по асфальту

Основой робота является бак для мусора с откидной крышкой. Пресс представляет собой пластину, к которой прикреплена рейка. Движение осуществится с помощью среднего мотора. Преимущество реечной передачи в том, что она позволяет совершать движения вверх и вниз, а также расплющивать мусор.

Над гусеницами расположены две руки, на одной из которых расположен датчик касания

Наверху расположен ультразвуковой датчик

Мы постарались придать Валли такой внешний вид чтоб он был максимально близок к оригиналу

• Придали гусеницам треугольную форму (Рисунок4.1.1, Приложения)

• Сделали вокруг ультразвукового датчика очки (Рисунок4.1.2, Приложения)

• Сделали руки (Рисунок4.1.3, Приложения)

• Создали друга Валли-таракана (Рисунок4.1.4 , Приложения)

• 4.2 Создание программы в ПО Lego Mindstorms

Мы создали программу для демонстрации работоспособности конструкции Валли в ПО Lego Mindstorms.

Программа имеет уровневую структуру, то есть использует внешний и внутренний переключатель внешний установлен на ультразвуковой датчик, а внутренний на датчик касания.

Программа начинается с переключателя, установленного на ультразвуковой датчик в режиме измерения длинны в сантиметрах. Переключатель проверяет истинность условия.

Если условие ложное, то есть датчик ничего не заметил в пределах 50 см, то Валли устанавливает цвет индикатора модуля на зелёный и едет в том направлении и на то количество градусов, которые укажут два блока генерации случайных чисел со значениями от 0 до 100 для направления и от 100 до 1000 для количества градусов со скоростью 50%.

Если условие истинное, то Валли останавливает движение, издаёт звук, а затем ждёт 3 секунды. После этого следует переключатель, установленный на датчик касания на нажатие. Переключатель проверяет истинность условия.

В случае если условие ложное, то есть датчик касания не будет нажат, то робот развернётся и установит цвет индикатора на оранжевый.

Иначе установит цвет индикатора на красный, повернёт средний мотор на 90 градусов со скоростью 10%, подождёт 3 секунды и вернёт средний мотор в исходное положение с той же скоростью, с которой он опускался. Одновременно с этим будет произведён предупреждающий звук. (Рисунок4.2, Приложения)

Заключение

В рамках создания проекта мы узнали, какие способы существуют для уборки мусора на улицах города. Изучили, какая техника востребована, нашли преимущества и недостатки каждого вида. В большинстве случаев коммунальная техника выполняет те функции, для которых она предназначена, чаще всего это сбор и доставка мусора.

Также техника, используемая для уборки мусора издаёт много постороннего шума, и негативно влияет на экологию, и затруднительно перемещается по пересечённой местности.

Нами была спроектирована и собрана модель техники для сбора мусора решающая данные проблемы. Не издаёт постороннего шума и не влияет на окружающую среду благодаря электромоторам. Легко перемещается благодаря тому, что передвигается на гусеничном ходу. Не требует водителя из-за того, что она ездит по запрограммированному маршруту, а для избегания препятствий имеет ультразвуковой датчик. Собранный мусор занимает меньший объём благодаря прессовке мусора, а также в будущем планируется добавить лезвия для измельчения мусора перед прессовкой.

Мы надеемся, что наша модель в дальнейшем будет реализована и решит проблемы загрязнения окружающей среды.

Используемые источники

1. https://t-magazine.ru/pages/road-cleaning-machines/

2. https://media.rbcdn.ru/media/reports/IoT-inRussia-research_rus.pdf

3. https://trends.rbc.ru/trends/green/5ee9dc6c9a7947091ee27961

4. https://www.mikron.ru/products/iot/monitoring-napolnennosti-konteynerov-tbo/

5. https://t-magazine.ru/pages/road-cleaning-machines/

6. 6https://tytdacha.ru/sadovaya-tehnika/pylesosy/7-vidov-ulichnyh-pylesosov-dlya-uborki-musora/

7. https://ru.wikipedia.org/

8. http://www.rubricon.com/

9. Приложения