XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Разработка прибора для автоматизированной сортировки крышек

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Столярова С.Д. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Климова Л.И. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

196.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В настоящий момент проблема хранения и переработки отходов стоит очень остро. Многие страны достаточно успешно борются с мусором: строят специальные сортировочные, перерабатывающие, мусоросжигательные заводы. Не смотря на это проблема остаётся очень актуальной по нынешний день. 

В нашем городе сбором и разделением мусора занимаются различные волонтёрские движения. Самое крупное из них — экологический проект «Разделяй-КА». Акции по раздельному сбору вторсырья проходят каждое третье воскресенье по всему городу. 

Мы с семьёй принимаем активное участие в этом проекте с самого его появления. Для сортировки мусора в нашей семье создана своя система сбора. Но хранить каждый вид вторсырья отдельно не позволяет место, поэтому некоторые виды смешаны. В итоге, у нас возникла идея разработать прибор, который позволит быстро и эффективно рассортировать большой объем вторсырья. Начать мы решили с разделения таких категорий как пластиковые и жестяные крышки, т.к. они хранятся у нас в одной ёмкости.  

Ц ель проекта

Цель проекта — создать устройство отделяющее жестяные крышки от пластиковых

Задачи проекта

1. Разработать механизм отделения крышек

2. Провести эксперименты

3. Доработать конструкцию (при необходимости)

Предмет нашей работы — прототип устройства для отделения пластиковых крышек от жестяных. Объект нашей работы — проектирование механизма и конструкции устройства позволяющего эффективно отделять пластиковые и жестяные крышки

Основная часть

Обзор литературы

В ходе поиска устройств для решения этих задач, мы не выявили существующие аналоги доступные для изучения.

Методы исследования

В работе были использованы следующие методы: классификация, измерение, сравнение, теоретическое моделирование, предметное и схематическое моделирование, эксперимент.

Для создания устройства использовались:

1. Специальный набор компонентов Lego EV3

2. Набор компонентов LegoTechnics: балки, штифты, конвейерная лента, шестерёнки и прочие необходимые элементы

3. Неодимовые магниты и эпоксидный клей

4. FDM 3D-принтер FlyingBear и PLA пластик

Результаты и обсуждение

Используя методы классификации и измерения, мы провели сравнение характеристик пластиковых и жестяных крышек. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики крышек

Используя методы сравнения и моделирования мы предположили использовать силу магнетизма для разделения крышек.

Используя метод предметного моделирования, мы собрали прототип механизма отделяющий пластиковые крышки от жестяных за счёт магнетизма. Мы использовали детали из наборов конструктора Lego. Неодимовые магниты были прикреплены на обратную сторону колеса с помощью эпоксидного клея.

Методом эксперимента, мы выяснили, что:

1. При соприкосновении жестяной крышки с колесом, она примагничивается и устойчиво удерживается на колесе

2. При соприкосновении пластиковой крышки с колесом она не прилипает

Получив первые результаты, мы использовали метод схематичного моделирования для рисования схемы работы устройства. Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема работы устройства

Описание работы устройства:

1. Крышки поступают по транспортёрной ленте слева направо из зоны подачи в зону захвата

2. В зоне захвата установлено колесо с неодимовыми магнитами

3. Колесо вращается с постоянной скоростью по часовой стрелке

4. Крышки проходя по транспортёрной ленте соприкасаются с колесом

5. В случае, если крышка изготовлена из жести, она будет примагничена к поверхности колеса

6. В противном случае, крышка из пластика пройдёт дальше направо в зону сброса пластика и упадёт в контейнер для пластика

7. Примагниченная крышка, провернётся вместе с колесом, столкнётся со съёмной балкой и под действием силы будет стянута вниз и выйдет из зоны воздействия магнита

8. Далее, под действием гравитации крышка упадёт по наклонным поверхностям в зоне сброса жести и упадёт в контейнер для жести.

9. Транспортёрная лента и колес будут приводится в движение сервомоторами, которые будет подключены к блоку управления моторами

Мы собрали устройство, написали программу управления сервомоторами и провели испытания. На рисунке 2 представлен внешний вид устройства.

Р
исунок 2. Внешний вид устройства

Для проведения эксперимента мы взяли 20 пластиковых и 20 жестяных крышек. Мы запустили устройство и начали подавать в систему крышки по одной в случайном порядке. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2. Испытания устройства №1

Мы провели анализ полученных результатов. Вывод: прототип выполняет свою работу со средней эффективностью больше 90%. Мы считаем что данный показатель подтверждает выбор нашей схемы устройства. Обращаем внимание на испытание номер четыре: в процессе работы устройства возникла аномалия. Одна из жестяных крышек проскочила под колесо и заблокировала работу мотора. Данный инцидент показывает необходимость в более тщательной проработки конструкции.

Используя проблемно-логический метод мы поставили дополнительные требования:

1. Предусмотреть более удобную подачу крышек не по одной штуке, а партиями по несколько штук

2. Переработать конструкцию в зоне захвата чтобы минимизировать количество крышек попадающих в нерабочие зоны устройства

Используя метод схематического и предметного моделирования, мы разработали:

1. 3д модель чаши для бункера приёма крышек

2. Новый механизм подачи, который был установлен над зоной подачи

3. Улучшенную конструкцию захвата и сброса крышек

Мы собрали новую версию устройства и провели повторный эксперимент. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3. Испытания устройства №2

Мы провели анализ полученных результатов. Вывод: устройство выполняет свою работу со средней эффективностью близкой к 100%. Также не было замечено инцидентов с застреванием крышек. Наши доработки улучшили показатели, устройство работает стабильно и эффективно.

Заключение

В результате проделанной работы было создано устройство, позволяющее автоматизировать процесс сортировки крышек согласно материалу, из которого они изготовлены. 

Выводы

1. Был разработан механизм отделения крышек

2. Была разработана конструкцию для подачи крышек партиями

3. Были проведены эксперименты и проанализированы результаты

4. Была доработана конструкция для повышения эффективности устройства

Нам бы хотелось продолжить работу над прибором улучшив его функциональность. Ниже представлен список возможных улучшений:

1. Улучшить механизм захвата жестяных крышек. Это позволит уменьшить процент неверно отсортированных крышек и повысит стабильность устройства

2. Ускорить работу устройства. На данный момент скорость прокрутки ленты недостаточно высокая. Это связано с тем, что на высоких скоростях возрастает процент ошибок в работе. Данную проблему нужно решать в комплексе, улучшая различные аспекты работы и внося коррективы в конструкцию механизма.

3. Повысить удобство работы с устройством. В данной конфигурации размер бункера устройства ограничен 5-7 крышкам. .

4. Расширить номенклатуру отделяемых типов крышек. В данный момент устройство умеет отделять стандартные пластиковые крышки и жестяные крышки. Крышки от 19-ти литровых бутылок (которые сортируются отдельно) устройство отделить не в состоянии.

Список литературы

1. Бедфорд «Большая книга Лего». Издательство Манн, Иванов и Фербер, 2014

2. Исогава, Йошихито. Большая книга идей LEGOTechnic.Техника и изобретения/ Исогава, Йошихито; [пер. с англ. О.В.Обручевой].- Москва: Эксмо, 2017

3. "Образовательная робототехника LegoWeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов" издательство ДМк-Пресс, 2016

4. Перворобот LegoWeDo [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – LegoGroup, 2009. – 1 эл. опт.диск (CD-ROM)