Разработка робота для автоматической сортировки фруктов по размеру с помощью конструктора Lego Education

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

Личный портфель

Разработка робота для автоматической сортировки фруктов по размеру с помощью конструктора Lego Education

Стрельцов К.С. 1Савченко Г.А. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Волокитина Екатерина Андреевна 1Логинова Марина Александровна 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

Современные склады и логистические центры активно используют автоматизированные системы сортировки товаров, что значительно увеличивает скорость обработки продукции и снижает ошибки, связанные с человеческим фактором. Одним из примеров таких систем является автоматическая сортировка фруктов по размеру, что особенно важно для их дальнейшей упаковки, хранения и транспортировки.

Использование LEGO WeDo 2.0 в сочетании с программированием в Scratch позволяет детям младшего возраста понять основы механики, сенсорных технологий и автоматизированных систем. В данной работе мы разработаем механизм, который сможет определять размер фрукта, передавать данные в Scratch, обрабатывать их и сортировать объекты в соответствующие контейнеры.

Цель работы: создать автоматизированную систему сортировки фруктов по размеру, используя LEGO WeDo 2.0 и программное обеспечение Scratch.

Задачи:

  1. Изучить принципы работы автоматизированных складов.

  2. Рассмотреть существующие методы сортировки товаров.

  3. Разработать модель робота-сортировщика.

  4. Реализовать обработку данных с датчиков в Scratch.

  5. Оценить эффективность работы механизма.

Глава 1. Как работают автоматизированные склады и системы сортировки

1.1 Автоматизированные склады и их преимущества

Автоматизация складов позволяет значительно повысить скорость обработки товаров, уменьшить потери и снизить нагрузку на работников. В таких системах используются:

  • Конвейерные ленты – транспортируют продукцию внутри склада.

  • Роботизированные манипуляторы – перемещают товары и укладывают их в контейнеры.

  • Датчики и камеры – анализируют характеристики продукции, такие как размер, вес и цвет.

  • Программное обеспечение – управляет процессами сортировки и распределения товаров.

  • Автоматизированные поддоны – используются для хранения и перемещения товаров между различными зонами склада.

  • Системы RFID и штрих-коды – обеспечивают точную идентификацию продукции.

1.2 Методы сортировки товаров

Сортировка продукции может осуществляться разными способами:

  • По весу – используется для разделения товаров на лёгкие и тяжёлые группы.

  • По размеру – чаще всего применяется для фруктов и овощей, чтобы они были одинаковыми в упаковке.

  • По цвету – определяет спелость плодов, например, зелёные и жёлтые бананы сортируются отдельно.

  • По форме – помогает отсеивать нестандартные продукты, которые не подходят для упаковки.

  • По текстуре – современные датчики позволяют выявлять повреждения фруктов и отбраковывать их.

  • По сроку годности – применяются системы распознавания информации на упаковке.

1.3 Применение роботизированных систем в сельском хозяйстве

Роботизированные сортировочные системы широко используются в сельском хозяйстве. Они позволяют:

  • Уменьшить затраты на рабочую силу.

  • Повысить точность сортировки продукции.

  • Минимизировать повреждения фруктов и овощей во время обработки.

  • Оптимизировать процесс упаковки и транспортировки.

Глава 2. Разработка робота-сортировщика фруктов

2.1 Используемые компоненты

Для создания модели робота-сортировщика используются следующие компоненты LEGO WeDo 2.0:

  • Мотор – приводит в движение сортировочный механизм.

  • Датчик наклона – помогает определять размер фрукта по углу наклона платформы.

  • Конструкционные элементы – создают платформу и контейнеры для сортировки.

  • Шестерёнки и оси – используются для передачи движения и управления сортировочным механизмом.

  • Программное обеспечение Scratch – анализирует данные с датчиков и управляет процессом сортировки.

2.2 Алгоритм работы робота

  1. Фрукт кладётся на платформу.

  2. Платформа наклоняется в зависимости от веса и размера фрукта.

  3. Датчик наклона передаёт данные в Scratch.

  4. Scratch анализирует информацию и активирует мотор для перемещения фрукта.

  5. Если наклон небольшой – фрукт малый, он попадает в один контейнер.

  6. Если наклон сильный – фрукт крупный, он попадает в другой контейнер.

  7. Система повторяет процесс для следующего объекта.

2.3 Тестирование модели

Для проверки работы механизма были протестированы различные объекты (мячи разного размера, пластиковые фрукты). В результате удалось достичь высокой точности определения размеров и корректного распределения объектов по контейнерам.

Дополнительно проводились испытания:

  • Различных типов фруктов, чтобы определить универсальность системы.

  • Настроек угла наклона платформы для повышения точности.

  • Вариантов конструкции сортировочного механизма для улучшения стабильности работы.

  • Оптимизации кода в Scratch для повышения скорости обработки данных.

2.4 Возможные улучшения

Для повышения эффективности работы робота можно добавить:

  • Дополнительные датчики для анализа цвета и текстуры фруктов.

  • Разноуровневую сортировку – например, выделение дополнительных категорий размеров.

  • Автоматический привод – для ускорения процесса сортировки.

  • Контейнеры с интеллектуальным управлением – которые могут адаптироваться под различные типы продукции.

  • Дополнительные алгоритмы в Scratch – для оптимизации движения сортировочного механизма.

Заключение

В ходе работы был разработан роботизированный механизм для автоматической сортировки фруктов по размеру, основанный на использовании LEGO WeDo 2.0 и Scratch. Данный проект позволил продемонстрировать принципы работы автоматизированных складов и дал детям возможность изучить основы механики, сенсорных технологий и программирования.

Преимущества созданной модели:

  • Позволяет быстро и точно сортировать объекты.

  • Демонстрирует, как работают реальные логистические системы.

  • Развивает инженерное мышление, логику и навыки программирования.

  • Позволяет детям изучить взаимодействие сенсоров и алгоритмов в Scratch.

Таким образом, разработанный робот-сортировщик демонстрирует работу современных складских систем и является отличным инструментом для обучения детей основам автоматизации и программирования.

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: 9