Робот-няня для животных

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Робот-няня для животных

Бек Л.Э. 1Якушкин Н.М. 1Аллагулов С.Р. 1Кукин К.М. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"
Бек М.А. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

На сегодняшний день все больше людей заводят домашних питомцев, но иногда из-за работы, путешествий или других обстоятельств неизбежно оставлять их одних. Возникает вопрос, как обеспечить им комфорт и удовлетворить их потребности, когда мы не находимся рядом.

Цель исследования: Исследовать возможность создания робота няни для животных на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.

Задачи исследования:

1. Проанализировать существующие исследования и разработки в области робототехники для ухода за животными.

2. Изучить функциональные возможности конструктора Lego Mindstorms EV3 и определить их применимость для создания робота няни.

3. Разработать дизайн робота няни для животных на основе конструктора Lego Mindstorms EV3.

4. Провести тестирование созданного прототипа робота няни с использованием животных и оценить его эффективность.

Гипотеза исследования: Создание робота няни для животных на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 может значительно облегчить уход за животными и повысить уровень их комфорта, а также быть полезным инструментом для владельцев, не имеющих возможности постоянно находиться рядом со своими питомцами.

Глава 1. Обзор существующих роботов-нянь для животных. Их преимущества и недостатки.

    1. Существующие роботы, умеющие присматривать за животными

  1. Стартап из США выпустил умного робота, миссия которого присматривать за питомцами в отсутствие хозяина. O Sitter — это сразу три девайса в одном: игрушка, камера видеонаблюдения и умная кормушка. Этот милаш может рассекать по дому и следить за котом, когда вы находитесь на работе. (Рисунок 1.1.1 Приложения)

  2. Южнокорейская компания Guru IoT создала робота Peddy для ухода за домашними животными. Он может пригодиться, когда хозяину приходится куда-то надолго уезжать. (Рисунок 1.1.2 Приложения)

  3. EBO Air, умный робот для дома и квартиры, поможет поговорить с членами семьи или питомцами, находясь на работе или в отпуске. Робот будет наблюдать за обстановкой внутри жилья и оповестит, если заметит что-нибудь необычное. (Рисунок 1.1.3 Приложения)

  4. Очередной новинкой, которой порадовали инженеры из Страны восходящего солнца, является гаджет Mimamori (модели Z001 и Z002, представленные оператором SoftBank), предназначенный для слежки за домашними животными. (Рисунок 1.1.4 Приложения)

Рассмотрев различных роботов для присмотра за домашними питомцами, мы выявили ряд преимуществ и недостатков.

    1. Преимущества роботов для присмотра за животными

1. Повышенная безопасность: Роботы-няни для животных оснащены различными датчиками и камерами, которые позволяют владельцу контролировать безопасность своего питомца в режиме реального времени. Это может быть особенно полезно в случае возникновения аварийных ситуаций или потенциальной угрозы для животного.

2. Регулярное кормление: Многие роботы-няни способны автоматически кормить питомцев по расписанию, что обеспечивает регулярное питание владельческого животного. Это особенно важно для животных, которым требуется строгое диетическое питание или регулярная подкормка.

3. Интерактивные возможности: Роботы-няни часто оснащены игровыми функциями и интерактивными игрушками, которые могут предоставить питомцу развлечение и забаву в отсутствие владельца. Это может снизить чувство одиночества и стресса у животного.

4. Запись видео и аудио: Некоторые роботы-няни позволяют владельцу записывать видео и аудиофайлы во время взаимодействия с животным. Это полезно для контроля поведения, тренировки и наблюдения за состоянием питомца.

1.3 Недостатки роботов-нянь для животных

1. Повышенная безопасность: Роботы-няни для животных оснащены различными датчиками и камерами, которые позволяют владельцу контролировать безопасность своего питомца в режиме реального времени. Это может быть особенно полезно в случае возникновения аварийных ситуаций или потенциальной угрозы для животного.

2. Регулярное кормление: Многие роботы-няни способны автоматически кормить питомцев по расписанию, что обеспечивает регулярное питание владельческого животного. Это особенно важно для животных, которым требуется строгое диетическое питание или регулярная подкормка.

3. Интерактивные возможности: Роботы-няни часто оснащены игровыми функциями и интерактивными игрушками, которые могут предоставить питомцу развлечение и забаву в отсутствие владельца. Это может снизить чувство одиночества и стресса у животного.

4. Запись видео и аудио: Некоторые роботы-няни позволяют владельцу записывать видео и аудиофайлы во время взаимодействия с животным. Это полезно для контроля поведения, тренировки и наблюдения за состоянием питомца.

Глава 2. Описание конструктора Lego Mindstorms EV3

2.1 Краткое описание конструктора

LEGO Mindstorms – робототехнический конструктор для ребят в возрасте от 10 лет (Рисунок 2.1.1 Приложения). В качестве строительных блоков для робота используются детали LEGO Techniс – многие ребята уже знакомы с ними по конструкторам «Технология и физика», «Пневматика», «Возобновляемые источники энергии». Но построить каркас робота недостаточно: надо «научить» его получать информацию из окружающей среды и реагировать на нее. Для этого используются специальные устройства – сенсоры: они позволяют определять цвет, освещенность, расстояние до ближайших предметов и многое другое. Реагировать на «раздражители» робот может с помощью моторов – либо уехать куда-нибудь, либо что-нибудь сделать – например, укусить обидчика за палец. А «мозгом» робота является специальный программируемый блок, к которому и подключаются все моторы и датчики.

2.2 Возможности и преимущества использования Lego Mindstorms EV3

Использование Lego Mindstorms EV3 представляет собой уникальную возможность для проведения исследования в области робототехники и программирования. Этот набор позволяет создавать различных роботов, программировать их поведение и управлять ими с помощью специализированного ПО.

Одним из основных преимуществ использования Lego Mindstorms EV3 является его простота и доступность для обучения детей и начинающих пользователей. Набор включает в себя инструкции по сборке и программированию роботов, что делает процесс обучения увлекательным и интересным. Кроме того, Lego Mindstorms EV3 обладает широкими возможностями для расширения и модификации, что позволяет адаптировать его под конкретные задачи исследования.

Использование Lego Mindstorms EV3 также обеспечивает высокую степень гибкости и масштабируемости исследовательских проектов. Набор позволяет создавать различные типы роботов, от простых управляемых машин до сложных автономных устройств. Благодаря разнообразию датчиков и моторов, Lego Mindstorms EV3 может использоваться для решения разнообразных задач, от изучения принципов робототехники до создания конкретных прототипов.

Таким образом, использование Lego Mindstorms EV3 является эффективным способом достижения целей исследования в области робототехники и программирования, обеспечивая при этом широкие возможности для творчества и инноваций.

Глава 3. Разработка робота-няни для животных на базе конструктора Lego Mindstorms EV3

3.1 этапы разработки робота-няни для животных из конструктора Lego Mindstorms EV3

Создание робота-няни на базе Lego Mindstorms EV3 может включать несколько этапов.

1. Проектирование: На этом этапе мы определили основные требования к роботу-няне для животных. Мы продумали его общую конструкцию, размеры, основные функции, а также контроллер и датчики, которые будут использоваться.

2. Сборка: Используя конструктор Lego Mindstorms EV3 и нашу разработанную конструкцию, мы собирали основу робота. Убедились, что правильно устанавили моторы, колеса и другие компоненты согласно нашему проекту.

3. Тестирование движения: После сборки основной конструкции робота мы проверили его способность ездить по поверхности. Убедились, что рулевое управление работает правильно.

4. Разработка механизма для руки-чесалки: Рассмотрели, как можно создать механизм, позволяющий роботу-няне почесать животных.

5. Разработка второй руки: Проанализировали информацию в интернете и подумали над разработкой второй руки( которая смогла бы держать игрушку для игры с животным)

6. Работа с датчиками: Распланировали, какие датчики мы хотим использовать в своем роботе-няне. Это может включать, например, датчики касания, цвета, ультразвуковые датчики и другие.

7. Программирование: Используя программное обеспечение Mindstorms EV3, приступили к программированию функций робота-няни. Создали программу, которая позволит роботу выполнять задачи по уходу за животными, включая движение, управление руками и взаимодействие с окружающей средой.

8. Тестирование и доработка: После завершения программирования протестировали работу робота-няни. Удостоверились, что он выполняет все необходимые функции и реагирует правильно на внешние сигналы.

9. Отладка и оптимизация: Продолжали работать над роботом-няней, осуществляя отладку и оптимизацию его работы.

3.2 Компоненты и функциональные возможности робота.

Робот состоит из двух больших моторов, предназначенных для движения робота по прямой линии(Рисунок 3.2.1 Приложения). Они при помощи повышающей зубчатой передачи вращают колеса(Рисунок 3.2.2 Приложения), одного среднего мотора и системы рычагов, выполняющих функцию рулевого управления. Еще один средний мотор управляет рукой-чесалкой при помощи реечной передачи(Рисунок 3.2.5 Приложения). Вторая рука состоит из системы рычагов и является захватом для игрушки. На верху робота установлен ультразвуковой датчик(Рисунок 3.2.4 Приложения), который определяет расстояние до препятствие и отдает команду моторам для поворота. Спереди робота установлен датчик касания, который необходим для активации руки-чесалки(Рисунок 3.2.3 Приложения).

Робот-няня может передвигаться по дому и обнаруживать животное. При обнаружении активировать режим игры. Во время передвижения по дому, он может спокойно поворачивать, не задевая никаких препятствий. При близком расположении к животному активируется рука-чесалка.

3.3 Описание программы для робота-няни для животных на базе конструктора Lego Mindstorms EV3

Запуск программы робота можно осуществлять с компьютера. Начинается программа с цикла, внутри которого находится переключатель по состоянию датчика касания. Если датчик не нажат то большие моторы приводят робота в движение по прямой.Робот двигается так до тех пор, пока ультразвуковой датчик не обнаружит препятствие. После обнаружения, при помощи среднего мотора и рулевого управления осуществляется поворот робота.Этот цикл повторяется всегда. Но при нажатии на датчик касания цикл с движением робота прерывается и начинает движение рука-чесалка. Все эти действия робот может выполнять бесконечно(Рисунок 3.3.1 Приложения).

Заключение

В заключение, можно сказать, что создание и тестирование робота-няни для животных на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 является реальной задачей. Однако, необходимо иметь в виду, что функционал робота будет ограничен теми датчиками и компонентами, которые входят в состав конструктора.

Lego Mindstorms EV3 предоставляет широкий набор датчиков, таких как сенсоры цвета, сенсоры касания, датчики расстояния и другие, которые могут быть полезны для создания робота-няни для животных. Эти датчики позволяют мониторить состояние окружающей среды, распознавать поведение и движение животных, а также взаимодействовать с ними

Однако, необходимо отметить, что функционал робота-няни будет зависеть от наличия дополнительных датчиков и компонентов, которые можно приобрести отдельно. Для расширения возможностей робота-няни можно использовать дополнительные сенсоры, такие как датчики температуры, влажности, звука и другие. Это позволит более точно мониторить состояние животных и предоставить им более комфортную среду.

Таким образом, хотя робота-няню для домашних животных можно создать из конструктора Lego Mindstorms EV3, необходимо планировать функционал и компоненты заранее, чтобы обеспечить оптимальную работу робота и соответствие его возможностей потребностям домашних животных.

Список использованных источников

  1. Lego Mindstorms EV3: https://www.lego.com/mindstorms - Официальный сайт Lego Mindstorms EV3, где вы можете найти информацию о конструкторе и его возможностях.

  2. Lego Mindstorms EV3 Discovery Book" by Laurens Valk - Книга, которая предлагает подробные инструкции и проекты для использования конструктора Lego Mindstorms EV3, включая различные способы работы с датчиками и программирования роботов.

  3. https://hi-tech.mail.ru/news/4144-mimamori_z001/slide/b8fb1e74-ca16-56c0-8416-b315ad58dab5/

  4. https://www.notebookcheck-ru.com/Robot-Enabot-EBO-Air-prismotrit-za-zhivotnymi-detmi-i-kvartiroi.610445.0.html

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

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

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 1.1.1 O Sitter Рисунок 1.1.2 робот Peddy

Рисунок 1.1.3 EBO Air Рисунок 1.1.4 робот Mimamori

Рисунок 2.1.1 конструктор Рисунок 3.2.1 робот вид сверху

Рисунок 3.2.2 датчик касания Рисунок 3.2.3 повыш. зубчатая п-ча

Рисунок 3.2.4 УЗД Рисунок 3.2.5 Рука-чесалка

Рисунок 3.1.1 Программа

Просмотров работы: 48