XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

"Умная" тележка на базе конструктора Lego Spike Prime

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никонов А.Ю. 1Антипин Д.А. 1Грозин К.И. 1Полянский Н.С. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Филинова А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире крупные гипермаркеты играют важную роль в обеспечении населения продовольственными товарами. Однако с ростом популярности таких магазинов возникает ряд проблем, связанных с обслуживанием покупателей и оптимизацией процессов оплаты покупок. В связи с этим возникает необходимость разработки и внедрения инновационных решений, одним из которых является умная продуктовая тележка.

Цель: создание умной продуктовой тележки для крупных гипермаркетов.

Задачи:

• Исследовать основные проблемы покупателей в крупных продуктовых магазинах

• Выделить причины, по которым необходимы умные тележки

• Изучить, какие методы автоматизации внедряют в гипермаркетах для покупателей

• Рассмотреть существующие виды умных тележек

• Выделить преимущества умных тележек для магазинов и покупателей

• Создать модель «Умной тележки» на базе конструктора Lego Spike Prime

• Запрограммировать модель

Глава 1. Основные проблемы покупателей в крупных продуктовых магазинах

• Долгий поиск продуктов

Иногда бывает сложно найти определённую марку продукта, потому что они могут быть разбросаны по всему магазину, и их поиск занимает много времени. Консультанты тоже прячутся в разных углах магазина, найти их довольно сложно и долго. Умные тележки знают, где находятся нужные покупателю продукты, и едут прямо туда, что позволяет значительно сократить время поиска. (Рисунок 1.1, Приложения)

• Большие очереди на кассах

Стоять в очереди на кассу в крупных супермаркетах муторно и тяжело, люди часто толкаются и грубят. Особенно, если вы попали в магазин в час-пик, в очереди можно простоять не менее получаса. Умная тележка стоит в очереди вместо покупателя, так что ему не приходится мучиться и ждать. (Рисунок 1.2, Приложения)

• Трудности с ориентацией в магазине

В больших магазинах может быть трудно, ориентироваться : много разных отделов, а таблички с их названиями не видно издалека. Бегая и ища тот или иной отдел, покупатели напрасно тратят время. Умная тележка прокладывает маршрут сама, избегая путаницы с отделами, и оперативно собирает все нужные продукты.(Рисунок 1.3, Приложения)

Глава 2. Автоматизация в магазинах

Автоматизация розничной торговли — это комплекс мероприятий, включающий внедрение специализированного оборудования и программных продуктов для значительного повышения эффективности деятельности торгового предприятия. [1]

Эффект от внедрения автоматизации торговли

• Лояльность всех покупателей значительно увеличится, благодаря повышению скорости и качества обслуживания.

• Проводить учёт товара, следить за товарооборотом станет предельно просто, восполнять ассортимент.

• Управление торговли станет значительно проще

• Контроль за действиями персонала и процессами в торговом зале.

• Методы автоматизации в гипермаркетах

• Штрихкодирование для фиксации продаж и автоматического пересчета скидок

• Использование весов для расчета веса и стоимости товаров на развес

• Кассы самообслуживание

• Прайс чекер

Штрих-кодирование товара представляет собой технологию, позволяющую идентифицировать продукцию. Это процесс маркировки товара с помощью штрихкода, в котором сохраняется информация о производителе, свойствах продукта, названии компании, дате изготовления, сроке годности и стране, где был произведен товар. (Рисунок 2.1, Приложения)

Весы для расчета стоимости

Электронные комплексы этикетирования для автоматизации магазинов и общепита. Весы с термопечатью взвешивают товар и автоматически печатают этикетку, на которой указаны наименование, вес, цена, стоимость товара и любые другие данные, запрограммированные пользователем. (Рисунок 2.2, Приложения) [2]

Кассы самообслуживания (Рисунок 2.3, Приложения)

Факты из статистики: 59% людей от 18 до 34 лет сообщили, что использую кассу самообслуживания, если таковая есть в наличии в торговом зале. Среди более возрастных групп подобное рвение не так велико. [3] Главная причина пользования КСО у 85% людей - отсутствие необходимости стоять в очереди. Согласно предсказаниям GlobalIndustryAnalystInc., к 2026 году мировой рынок КСО вырастет в размере до 6 млрд долларов. [4]

Прайс-чекер (Рисунок 2.3, Приложения)

Главной функцией прайс-чекера является определение стоимости товара, которую можно узнать просканировав с помощью данного устройства штрих код на товаре, а не идти к кассиру и выяснять стоимость. Это позволяет любому покупателю самому узнать цену на товар, и заблаговременно определиться устраивает ли его стоимость или нет. С помощью прайс-чекера каждый клиент супермаркета сам может определить конечную стоимость своей покупательской корзины, что является весьма удобно, когда человек не уверен в том, что у него достаточно средств для оплаты всего выбранного им товара. К тому же прайс-чекер предает современный имидж любому магазину или крупному торговому центру.[5]

2.1. Умные тележки. Популярные виды.

Магазины в Америке рассчитывают на то, что после пандемии люди больше не захотят касаться руками общих мест и общаться с кассирами. Последним таким ритейлером стал Kroger, с 2750 магазинов в стране. Он выпустил «умную» тележку, умеющую сканировать и взвешивать продукты. А еще — давать рекламу, от которой очень сложно устоять. (Рисунок 2.1.1, Приложения) [5]

Тележки выступают в роли умных весов. Вы кладете все свои личные вещи (например, кошелек) в корзинку спереди, под экран. А пакеты и сумки — в основное отделение, и взвешиваете их. Дальше можно ехать и класть любой товар (скажем, овощи или фрукты) в тележку, можно прямо к себе в сумку. И продолжаете свой маршрут. За счет компьютерного зрения она понимает, что именно вы положили, и заодно взвешивает новый товар. Вам остается только подтвердить на экране, что это именно то, что вы купили.

Китайская компания CARTGO производит торговое оборудование, далеко уводящее покупателя от необходимости искать десять рублей, чтобы взять в зал покупательскую тележку.

В ассортименте компании - «умные тележки», взаимодействующие с покупателем посредством смартфона.
Мобильный телефон требуется для разблокировки телеги на парковке. Это избавляет потребителя от необходимости возиться с монетками, а сам супермаркет – от нужды менять часто ломающиеся блокираторы.(Рисунок 2.1.2, Приложения)

2.2. Преимущества умных тележек для магазинов и покупателей

В супермаркетах появились «умные» тележки, заменяющие кассы.

Производство «умных» тележек для продуктов с ЖК-дисплеем помогут покупателям оценить характеристики выбранного продукта с помощью считывающего устройства и жидкокристаллического дисплея. Оба прибора могут быть встроены в ручку тележки.

Посетитель супермаркета потратит не более секунды на то, чтобы поднести товар к считывающему устройству перед тем, как положить его в тележку. Устройство передаст информацию о продукте в компьютер супермаркета, который оценит его потребительские свойства. Оценка появится на дисплее тележки.

Экран, на который выводится оценка, может иметь вид графического смайлика или светофора. Последний будет менять сигнал в соответствии с характеристиками всех товаров, которые посетитель супермаркета положил в свою тележку. Например, на дисплее-светофоре будет гореть зеленый сигнал, если покупатель выбрал исключительно полезные и натуральные продукты.

Соответственно, красный сигнал предупредит человека о выборе продуктов с высоким содержанием жира, консервантами или красителями. Желтый сигнал будет гореть в том случае, если пропорция между здоровыми и нездоровыми продуктами окажется приблизительно равной.

Дисплей, встроенный в ручку «умной» тележки, может иметь несколько светофоров, которые помогут оценить разные критерии товара. Например, один из индикаторов сообщит о высоком содержании консервантов в продукте, второй предупредит об избыточном количестве холестерина, а третий покажет красный сигнал полуфабрикатам.

Таким образом, «умные» тележки помогут покупателям выбирать больше полезных продуктов. Супермаркеты, использующие данные устройства, станут популярными среди людей, которые заботятся о своем здоровье. Кроме этого, стремление посетителей выбирать исключительно натуральную и полезную пищу увеличит средний чек на одного покупателя. Потребители готовы платить больше за качественные продукты, если они пользуются возможностями «умной» тележки и обращают внимание на ее сигналы.

Устройство снабжено камерами и сенсорами, которые позволяют сканировать штрихкоды товаров и определять их попадание в продуктовую корзину. Также предусмотрены встроенные весы для быстрого взвешивания покупок вместо того, чтобы делать это на кассе или в зале магазина.

На сенсорном дисплее выводится список попавших в чек товаров. Интегрированный платежный терминал позволяет оплатить покупку при помощи банковской карты или платежных сервисов ApplePay и AndroidPay. Таким образом, можно совершить покупки без стояния в очереди в кассе.

Кроме того, тележка может показать покупателю специальные предложения и скидки супермаркета, а в будущем планируется расширить систему рекомендаций, показывая клиентам товары, которые могут дополнить то, что они уже взяли, и показать на интерактивной карте соответствующее место в магазине (например, отправить покупателя за пармезаном, если он купил спагетти).

Умные тележки являются последним трендом в оснащении магазинов и супермаркетов, сканируя товары прямо при загрузке в корзину, предоставляя покупателям максимум комфорта и удобства.

Когда покупатель закончит покупки, он может находиться в любом месте магазина и просто выбрать приглашение оплатить продукцию. Далее клиент магазина предоставляет свою платежную информацию, завершает оплату и идет к выходу из магазина. На выходе покупатель снимают панельный блок с тележки, кладет его на порт подзарядки и может продолжить путь к своей машине. Стоять очередь к кассиру не требуется.

За последние несколько лет «умные» тележки для покупок стали новым способом сократить затраты на рабочую силу, побудить клиентов тратить больше денег и ускорить оборот клиентов в магазине.

Основные преимущества:

удобство и комфорт применения;

максимальная автоматизация;

автоматически отслеживается выбор товаров;

покупателям не надо стоять очередь на кассу;

разгружаются кассы;

меньше расходов на оплату труда кассиров;

доступная цена;

сокращается время на покупки для посетителей;

простота настройки программного обеспечения;

длительный срок эксплуатации.

Глава 3. Практическая работа

3.1. Создание умной тележки на базе конструктора LegoSpikePrime

Наша команда создала демонстрационную модель умной тележки на базе конструктора LegoSpikePrime. (Рисунок 3.1.1, Приложения) Модель включает в себя три средних мотора, три датчика цвета.

Умная тележка – это корзина, созданная в основном из таких Lego деталек, как балки, рамки и пластины. Имеет дополнительные функции, такие как автономное перемещение по начерченной траектории, сборка товаров и подсчет их стоимости. (Рисунок 3.1.2, Приложения)

Перемещается тележка с помощью двух средних моторов, на колесной базе. Опорным колесом является шарнир. Робот понимает траекторию движения с помощью двух датчиков цвета, на которые приходит сигнал о обнаружении черной линии.

Дополнительной установкой на тележке является манипулятор, работающий от среднего мотора с помощью системы рычагов. Он перемещается в трех плоскостях, имеет захват, благодаря чему может забирать товар с полки и размещать его в корзину. (Рисунок 3.1.3, Приложения)

Внутри корзины установлен третий датчик цвета, который считывает товар и определяет его стоимость. (Рисунок 3.1.4, Приложения)

3.2.Создание программы в ПО SpikePrime

Для управления «Умной тележкой» мы создали программу в ПО SpikePrime.

Мы определили три основных действия для нашей модели и создали для них свои блоки:

1. Перемещение тележки – блок «движение по линии»

2. Движение манипулятора – блок «манипулятор»

3. Считывание цвета и присвоение стоимости товара – блок «подсчет»

Блок «Движение по линии». В начале подпрограммы устанавливаем

моторы для движения, обозначаем порты. Далее мы повторяем часть программы, до тех пор, пока значения двух датчиков цвета не станут меньше 50%, что означает перекрёсток. Как только условие будет истинно, то цикл завершается и движение останавливается .В цикле мы повторяем командный блок, отвечающий за движение тележки, с помощью формулы мы рассчитываем параметр направление пропорциональный регулятор.(Рисунок 3.2.1, Приложения)

Пропорциональный регулятор очень популярен для управления движением по линии из-за стабильной работы и простоты реализации в среде. Управление происходит на основе П-регулятора на основе двух датчиков цвета в режиме отраженного света.

Формула: (A-B)*C

A - Датчик цвета №1

B - Датчик цвета №2

C – Коэффициент, для регулирования резкости выравнивания

Блок «Манипулятор». Настраиваем скорость мотора F на 10%. Выравниваем манипулятор, приводя в исходноне положение с помощью блока «Перейти самым коротким путем в положение 0». Далее запускаем мотор на 1 оборот по часовой стрелке, тем самым забирая товар, после запускаем мотор на 1 оборот против часовой стрелки, чтобы вернуть в начальную позицию. (Рисунок 3.2.2, Приложения)

Блок «Подсчет». В соответствии с условием, то есть с увиденным цветом, переменная меняется.(Рисунок 3.2.3, Приложения)

Желтый цвет – прибавляет 30

Зеленый цвет – прибавляет50

Синий цвет - прибавляет100

После создание своих блоков, мы преступили к созданию основной программы. Вначале проигрывается характерный звук, обозначающий начало программы. Задаем значение переменной – 0. Далее цикл подсчитывает необходимое количество повторов, зависит от количества товаров. Запускаем последовательно, созданные нами блоки. Сначала идет блок «Движение по линии», потом «Манипулятор», в конце стоит блок «Подсчет».(Рисунок 3.2.4, Приложения)

Заключение

В ходе исследовательской работы была достигнута поставленная цель – создание умной продуктовой тележки для крупных гипермаркетов. В процессе исследования были решены следующие задачи:

1. Исследованы основные проблемы покупателей в крупных продуктовых магазинах, такие как очереди на кассах, потеря времени на поиск товаров и ошибки при расчёте стоимости покупок.

2. Выделены причины, по которым необходимы умные тележки, такие как повышение эффективности работы магазинов, улучшение качества обслуживания покупателей и снижение затрат на персонал.

3. Изучены методы автоматизации, которые уже внедрены в некоторых гипермаркетах, такие как электронные ценники, кассы самообслуживания и системы управления запасами.

4. Рассмотрены существующие виды умных тележек, их преимущества и недостатки.

5. Выявлены преимущества умных тележек для магазинов и покупателей, такие как сокращение очередей на кассах, экономия времени покупателей на поиск и выбор товаров, снижение ошибок при расчётах и повышение лояльности клиентов.

6. Создана модель «Умной тележки» на базе конструктора Lego Spike Prime, которая может быть использована для демонстрации принципов работы таких устройств.

7. Модель запрограммирована с использованием микроконтроллера и датчиков для реализации основных функций умной тележки.

Таким образом, в результате проведённого исследования была разработана концепция умной продуктовой тележки, которая может стать эффективным решением для повышения уровня обслуживания покупателей в гипермаркетах. Дальнейшие исследования могут быть направлены на разработку более сложных моделей умных тележек с расширенным функционалом и интеграцию их в реальные торговые процессы.

Список используемых источников

1. https://astral.ru/articles/markirovka/39687/

2. https://www.orgtc.ru/katalog/elektronnye-vesy/elektronnye-vesy-s-pechatyu-etiketki/

3. Statista.com

4. https://www.retail.ru/rbc/pressreleases/kassy-samoobsluzhivaniya-plyusy-i-minusy/

5. https://habr.com/ru/articles/543662/

Приложения