Разработка автоматического робота для сортировки картофеля с помощью конструктора Lego Education

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

Личный портфель

Разработка автоматического робота для сортировки картофеля с помощью конструктора Lego Education

Казаков А.А. 1Романихин Д.М. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Долгов Е.А. 1Волокитина Е.А. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Современное сельское хозяйство требует внедрения автоматизированных технологий для повышения производительности и качества обработки урожая. Одним из важных этапов после сбора картофеля является его сортировка, позволяющая разделить клубни по размеру, качеству и состоянию. Ручная сортировка занимает много времени и требует значительных трудозатрат, что делает актуальным применение роботизированных решений.

Автоматические системы сортировки картофеля позволяют ускорить процесс, снизить процент повреждённых клубней и улучшить качество конечного продукта. Разработка модели робота для сортировки картофеля с использованием LEGO WeDo 2.0 поможет продемонстрировать основные принципы работы таких механизмов. В проекте будет использоваться мотор для привода сортировочной системы и датчик движения для обнаружения клубней.

Цель работы: Создать автоматизированную систему сортировки картофеля с использованием LEGO WeDo 2.0.

Задачи:

  1. Изучить методы сортировки картофеля в сельском хозяйстве.

  2. Определить критерии сортировки (размер, форма, наличие повреждений).

  3. Рассмотреть влияние сортировки на качество и хранение картофеля.

  4. Изучить основные сорта картофеля и необходимость их сортировки.

  5. Разработать конструкцию робота с использованием LEGO WeDo 2.0.

  6. Реализовать систему управления движением и сортировкой.

  7. Запрограммировать алгоритм работы робота.

  8. Провести тестирование модели и оценить её эффективность.

Глава 1. Теоретические основы сортировки картофеля

1.1 Важность сортировки картофеля

Сортировка картофеля является важным процессом в сельском хозяйстве, так как она напрямую влияет на качество продукции, удобство её транспортировки и хранения. Основные преимущества сортировки:

  • Отделение повреждённых и дефектных клубней, предотвращающее порчу остального урожая.

  • Разделение по размерам, что позволяет использовать картофель для разных целей: пищевой, семенной, кормовой.

  • Снижение потерь во время хранения, так как повреждённые клубни быстрее портятся и могут заражать другие.

  • Упрощение процесса фасовки и продажи, что делает продукт более привлекательным для рынка.

1.2 Основные сорта картофеля и необходимость их сортировки

Картофель подразделяется на несколько основных категорий в зависимости от его назначения:

  • Столовый картофель – используется в пищевой промышленности и домашней кулинарии. Требует сортировки по размеру, так как более крупные клубни предпочтительны для жарки и запекания, а мелкие – для варки.

  • Семенной картофель – предназначен для посадки. Сортировка по размеру и качеству важна, так как повреждённые клубни не подходят для выращивания.

  • Кормовой картофель – используется в животноводстве. Здесь сортировка помогает отделить несъедобные или повреждённые клубни, а также удалить слишком крупные фракции.

  • Технический картофель – перерабатывается для получения крахмала и спирта. Для него также важна сортировка, чтобы убрать лишнюю грязь и дефектные клубни.

Сортировка по сортам помогает повысить эффективность переработки и снизить потери на различных этапах производства.

1.3 Методы сортировки картофеля

В сельском хозяйстве применяются различные методы сортировки:

  • Ручная сортировка – клубни отбираются вручную по внешним признакам.

  • Механическая сортировка – используются вибрационные столы, вращающиеся барабаны и сетчатые решётки.

  • Оптическая сортировка – применяется машинное зрение для анализа качества и размеров клубней.

  • Воздушные системы – поток воздуха разделяет картофель по плотности и массе.

  • Автоматизированные линии – комплексные системы, которые объединяют несколько методов сортировки для повышения точности.

Глава 2. Разработка проекта и тестирование

2.1 Выбор конструкции и компонентов

Для создания робота используется набор LEGO WeDo 2.0. Основные элементы:

  • Мотор – приводит в движение сортировочную платформу.

  • Датчик движения – фиксирует наличие клубня и активирует процесс сортировки.

  • Направляющие элементы – обеспечивают разделение картофеля по разным отсекам.

  • Механизм регулирования скорости – позволяет сортировать клубни с разной интенсивностью.

2.2 Процесс сборки модели

  1. Создание основы робота – сборка платформы и крепления для сортировочного механизма.

  2. Установка мотора – настройка движения сортировочных элементов.

  3. Размещение датчика движения – фиксация положения картофеля.

  4. Добавление разделительных отсеков – установка направляющих для сортировки клубней.

  5. Настройка механизма регулировки скорости – тестирование возможности сортировки по разным параметрам.

  6. Программирование работы – настройка алгоритма распознавания и разделения клубней.

2.3 Тестирование и оптимизация модели

  • Проверка с разными по размеру клубнями.

  • Оценка точности срабатывания датчика движения.

  • Корректировка параметров движения платформы.

  • Улучшение механизма сортировки при необходимости.

  • Проверка работоспособности модели в условиях имитации реального сбора урожая.

Заключение

Разработанная модель робота для сортировки картофеля с использованием LEGO WeDo 2.0 демонстрирует принципы автоматизированной сортировки и её преимущества по сравнению с ручной обработкой. Использование мотора и датчика движения позволяет роботу точно обнаруживать клубни и направлять их в соответствующие секции, что снижает процент ошибок и повышает эффективность процесса.

Тестирование модели показало, что автоматизированная сортировка помогает:

  1. Снизить временные затраты – робот работает быстрее, чем ручной труд.

  2. Минимизировать повреждения урожая – отсутствие грубого механического воздействия улучшает сохранность клубней.

  3. Обеспечить равномерное распределение – сортировка по размерам упрощает дальнейшее использование картофеля.

  4. Оптимизировать процесс хранения и транспортировки – благодаря разделению картофеля по категориям уменьшаются потери при перевозке.

Перспективы дальнейшего развития проекта:

  • Добавление сенсоров для анализа формы и цвета картофеля.

  • Интеграция искусственного интеллекта для более точного определения качества клубней.

  • Улучшение конструкции механизма сортировки, позволяющее работать с разными видами сельскохозяйственных культур.

  • Разработка модели с несколькими этапами сортировки, учитывающими больше параметров (например, влажность, механические повреждения).

Таким образом, автоматизированные системы сортировки являются важным инструментом в сельском хозяйстве, позволяя значительно повысить эффективность переработки урожая, снизить затраты и улучшить качество конечного продукта. В будущем такие технологии могут быть внедрены на промышленные предприятия для автоматизированной обработки больших объёмов продукции.

Список использованных источников и литературы:

  1. Ботаника для садоводов. Д. Ходж, 2019

  2. Умный огород в деталях. Н. И. Курдюмов, 2011

  3. Десять этапов проектирования малого сада. А. Сапелин, 2013

  4. Белая книга садовода для детей. П. Каролина, 2024

  5. Большая книга идей Lego. Машины и механизмы. Й. Исогава, 2021

Электронные источники:

  1. https://education.lego.com/en-us/;

  2. https://good-tips.pro/index.php/house-and-garden/orchard-and-garden/vegetables/plant-growth

Просмотров работы: 5