Разработка беспилотного автоматического сельскохозяйственного комбайна с помощью конструктора Lego Education

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

Личный портфель

Разработка беспилотного автоматического сельскохозяйственного комбайна с помощью конструктора Lego Education

Булычев К.А. 1Щуренков Д.Д. 1Казаков Я.К. 1Бобиков Е.А. 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

Сельское хозяйство является одной из важнейших отраслей экономики, обеспечивающей население продовольствием и сырьём. Современное развитие технологий позволяет автоматизировать многие процессы, в том числе сбор урожая. Одним из ключевых решений в этой области являются беспилотные комбайны, способные работать без участия человека, снижая затраты на труд и повышая эффективность уборки.

Использование автоматизированных систем в сельском хозяйстве помогает:

  • Повысить скорость уборки урожая.

  • Минимизировать потери за счёт точности работы механизмов.

  • Снизить зависимость от погодных условий и человеческого фактора.

  • Оптимизировать расходы на топливо и обслуживание техники.

Благодаря применению современных технологий, таких как LEGO WeDo 2.0 и Scratch 3.0, можно создать модель беспилотного комбайна, который будет двигаться самостоятельно, определять наличие урожая и имитировать его сбор. Программирование в Scratch 3.0 позволит не только управлять моделью, но и создавать визуальное сопровождение процесса в виде анимаций и звуковых эффектов.

Цель работы: Разработать модель беспилотного комбайна для сбора урожая с использованием LEGO WeDo 2.0 и Scratch 3.0.

Задачи:

  1. Изучить историю развития комбайнов, их виды и влияние на сельское хозяйство.

  2. Подробно рассмотреть эволюцию технологий, применяемых в уборочной технике.

  3. Разработать модель беспилотного комбайна с использованием мотора и датчика расстояния.

  4. Создать в Scratch 3.0 анимацию сбора урожая с изменением спрайтов.

  5. Реализовать голосовое управление для управления комбайном.

  6. Подробно описать используемые блоки Scratch и их взаимодействие.

  7. Протестировать работу модели и её взаимодействие с программой Scratch.

Глава 1. История развития комбайнов и их значение

в сельском хозяйстве

1.1 Виды комбайнов

Комбайны — это сельскохозяйственные машины, предназначенные для механизированного сбора урожая. Они бывают разных видов в зависимости от типа выращиваемых культур:

  • Зерноуборочные комбайны – предназначены для уборки пшеницы, ржи, ячменя и других зерновых культур.

  • Кукурузоуборочные комбайны – собирают и очищают кукурузные початки.

  • Картофелеуборочные комбайны – используются для сбора картофеля из почвы.

  • Свеклоуборочные комбайны – предназначены для выкапывания и очистки сахарной свёклы.

  • Хлопкоуборочные комбайны – применяются для сбора хлопка.

1.2 Развитие технологий в комбайнах

Первый зерноуборочный комбайн появился в 1834 году в США, его разработал Сайрус Маккормик. Однако механизированная техника активно внедрялась только в XX веке, с появлением тракторной тяги. В 1950-х годах появились комбайны с автоматическим регулированием рабочих органов, а в 1980-х — первые комбайны с цифровыми системами контроля. Современные модели оснащены системами GPS-навигации, искусственным интеллектом и сенсорами для анализа урожая.

1.3 Влияние автоматизации на фермерские хозяйства

Автоматизация в сельском хозяйстве позволила:

  • Сократить трудозатраты – один оператор заменяет несколько десятков работников.

  • Повысить производительность – современные комбайны обрабатывают до 50 гектаров в день.

  • Снизить расходы на топливо и обслуживание благодаря оптимизированным маршрутам и датчикам контроля топлива.

  • Минимизировать потери урожая – точные сенсоры позволяют собирать урожай без повреждений.

  • Сделать работу фермеров безопаснее – минимизация ручного труда снижает риски травм и переутомления.

Современные комбайны могут работать круглосуточно, анализировать качество урожая и передавать данные о ходе уборки в режиме реального времени.

Глава 2. Практическая реализация проекта

2.1 Используемые компоненты

Для создания модели беспилотного комбайна используются:

  • LEGO WeDo 2.0:

    • Мотор – обеспечивает движение комбайна вперёд и назад.

    • Датчик расстояния – определяет препятствия на пути.

  • Scratch 3.0:

    • Анимация поля и урожая – спрайты изменяются при взаимодействии с комбайном.

    • Голосовое управление – даёт возможность управлять комбайном с помощью команд (например, "Старт", "Стоп").

    • Звуковое сопровождение – создаёт эффект работы комбайна.

2.2 Подробное описание используемых блоков Scratch 3.0

  • Блоки "Движение" – управляют перемещением комбайна по экрану.

  • Блоки "События" – запускают действия при нажатии клавиш или получении голосовой команды.

  • Блоки "Условные операторы" – проверяют условия (например, столкновение с препятствием).

  • Блоки "Звук" – добавляют реалистичные эффекты работы комбайна.

  • Блоки "Распознавание речи" – используются для голосового управления комбайном.

2.3 Этапы сборки и программирования

  1. Сборка модели

    • Соединение мотора с основным каркасом комбайна.

    • Установка датчика расстояния для обнаружения препятствий.

  2. Создание программы в Scratch

    • Добавление спрайтов: поле, комбайн, урожай.

    • Программирование движения комбайна (движение в зависимости от голоса или нажатия клавиш).

    • Создание алгоритма изменения спрайтов при сборе урожая.

    • Реализация звуковых эффектов.

  3. Тестирование и настройка

    • Проверка корректности работы датчика расстояния.

    • Настройка отклика на голосовые команды.

    • Оптимизация взаимодействия Scratch и LEGO WeDo 2.0.

Заключение

Разработка модели беспилотного комбайна показала, что сочетание LEGO WeDo 2.0 и Scratch 3.0 позволяет создать интерактивную систему автоматизированного сбора урожая. Использование датчика расстояния делает возможным обнаружение препятствий, а программирование в Scratch позволяет добавить анимацию и голосовое управление.

Преимущества данной модели:

  • Демонстрирует принципы работы беспилотных сельскохозяйственных машин.

  • Позволяет на практике изучить программирование и механику работы комбайнов.

  • Интерактивная среда Scratch делает проект наглядным и увлекательным для детей.

Таким образом, данный проект является отличным способом познакомить детей с основами робототехники, программирования и принципами работы сельскохозяйственных технологий. Он позволяет не только понять устройство комбайнов, но и продемонстрировать, как современные технологии могут улучшать сельское хозяйство и снижать затраты на производство продовольствия.

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: 7