XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Умный склад
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мы живем в Краснодарском крае. Краснодарский край славится богатым урожаем овощей и фруктов. Но существует проблема их хранения. Спелые фрукты очень быстро портятся. Поэтому в настоящее время фрукты и овощи при хранении обрабатывают химическими веществами. Химикаты так или иначе попадают в сам фрукт и оказывают негативное влияние на здоровье человека и на окружающую среду.
Актуальность темы: использование большого количества химикатов в пищевой промышленности оказывает негативное воздействие на окружающую среду и человека.
Цель работы: изучить процесс хранения овощей и фруктов и предложить технологию, позволяющую оптимизировать процесс хранения и снизить использование химических веществ.
Задачи:
1.Изучить литературу и интернет-источники о хранении овощей и фруктов.
2. Провести опрос по выявлению существующей проблемы.
3. Систематизировать полученную информацию.
4. Создать модель Умного склада.
5. Опробировать модель.
Ход работы:
-
-
Изучение литературы
-
Экскурсии и опрос на производстве
-
Разработка модели робототизированного склада «Умный склад» на базе конструктора Lego Wedo 2.0.
-
Практическая значимость:результатыисследования могут быть использованы нами в дальнейшей профессии или внедрены в работу на складах.
Для осуществления поставленных задач мы изучили литературу, интернет- источники, различные статьи исследовательских институтов о существующих методах хранения фруктов и овощей. Опросили ученых сельскохозяйственных институтов, фермеров и собрали модель «Умный склад» с использованием технологий робототизированной сортировки и искусственного интеллекта.
Основная часть
Когда продукты попадают на склад, они проходят сортировку. Люди могут отвлечься и пропустить испорченный фрукт, от которого будут портиться близлежащие фрукты.
Поэтому мы решили сделать робототизированную траспортировочную ленту, которая будет осуществлять сортировку фруктов автоматически.
Мы решили, что наша лента будет работать так: когда фрукт поступает на ленту он проезжает мимо датчика, если он хороший (датчик должен это определить по цвету), то он перемещается в контейнер. Если фрукт испорчен, то датчик передает сигнал и срабатывает механизм сортировки, т.е. фрукт удаляется (сбрасывается) с транспортированной ленты в резервуар.
Для реализации этой системы нам нужны были механизмы, которые приведут в движение транспортировочную ленту и запустят механизм утилизации.
Это могли быть независимые системы, т.е. каждый механизм работал бы от своего мотора или можно было использовать систему переключения направления движения.
Система переключения направления движения позволяет работать двум механизмам от одного мотора. Мы решили воспользоваться этим вариантом, поскольку для этого нужно меньше моторов, энергозатрат. Такая система работаем проще и быстрее.
Таким образом, в нашей робототизированной транспортировочной ленте мы использовали: один мотор, один смартхаб, датчик расстояния (так как в конструкторе Lego Wedo 2.0 нет датчика цвета), механизм переключения направления движения, ленту, работающую от зубчатой повышающей передачи, механизм сброса испорченного фрукта, работающий от угловой передачи, которая приводит систему рычагов в действие.
Модель транспортированной ленты представлена на рис. 1.
Рис. 1. Робототизированная транспортировочная лента.
Для того, чтобы транспортировочная лента работала, мы написали программу в редакторе LegoWedo 2.0. Она представлена на рисунке 2.
В программе для транспортировочной ленты использованы следующие блоки: цикл, мощность мотора, направление движения мотора, блок датчика, стоп мотор, блок «включить мотор на».
Рис. 2. Программа для транспортированной ленты.
Когда мы запускаем программу, включается мотор, который приводит в работу траспортировочную ленту. Лента работает до момента срабатывания датчика. Как только срабатывает датчик, лента останавливается, запускается механизм переключения направления движения и система рычагов сбрасывает испорченный фрукт. За счет того, что в программе стоит блок «цикл» весь механизм работает непрерывно.
Когда продукты хранятся в контейнерах на стеллажах склада, они также могут испортится. Отследить это вручную очень сложно, а порой и невозможно.
Когда мы были на выставке сельского хозяйства, нам рассказали, что в настоящее время разрабатываются роботы, способные инспектировать поля с целью выявления заболевшего растения, пересушенной или зараженной почвы и пр.
Мы решили использовать эту идею в своей модели. Оснастить стеллаж датчиком, который, используя искусственный интеллект, будет способен улавливать газы: аммиак, сероводород, метан. Так как когда продукты начинают гнить, выделяются именно эти газы.
Для эффективной работы датчика, он должен перемещаться по стеллажу.
Мы оснастили стеллаж рейкой, по которой постоянно перемещается датчик. Рейка расположена на верхней полке стеллажа и датчик, перемещаясь по верхней полке, анализирует газовый состав воздуха над стеллажом.
При обнаружении данного газа, датчик передает сигнал в командный пункт, и оператор склада может с легкостью найти и утилизировать испорченные продукты.
При сборе этой системы мы использовали фрикционный механизм, который преобразует вращательный момент в поступательный.
Сначала мы хотели использовать зубчатую рейку, но после сбора и тестирования фрикционный механизм оказался проще и надежнее, поэтому в своей модели мы оставили его.
Еще наш стеллаж оснащен автоматической системой обдува. Поскольку рейка перемещается постоянно, а в движение ее приводит мотор, то на ось мотора мы присоединили вентилятор, который осуществляет обдув фруктов на стеллаже. Таким образом фрукты в контейнерах будут оставаться сухими и не портиться.
Модель стеллажа с датчиком представлена на рис. 3.
Рис.3. Стеллаж с датчиком.
Для того, чтобы система контроля и обдува стеллажа работала, мы написали программу в редакторе Lego Wedo 2.0. Она включает в себя следующие блоки: цикл, мощность мотора, направление движения мотора и блок «мотор на». Программа представлена на рис. 4.
Рис.4. Программа для стеллажа.
При запуске программы запускается мотор сначала в одну сторону на определенное время, потом в другую. Блок «цикл» использован для обеспечения непрерывной работы рейки.
Выводы и заключения
В результате работы над проектом наша команда пришла к следующим выводам:
-
для создания моделей необходимы знания окружающей среды, физики, математики и механики;
-
необходимо иметь навыки работы с компьютером;
-
иметь настойчивость, не отступать в достижении поставленной цели.
В результате проделанной работы:
-
мы узнали, как хранятся фрукты и какие используются технологии в сельском хозяйстве;
-
применили знания об искусственном интеллекте и робототехнике;
-
собрана и опробована модель робототизированного склада «Умный склад».
Заключения: используя модель робототизированного склада, мы снизим необходимость использования химикатов и облегчим труд работников склада.
Список литературы:
-
https://fkfd.ru/news/kak-pravilno-hranit-ovoshchi-na-skladah/ Интернет журнал упаковщика, «Режимы температуры и влажности, сроки хранения овощей и фруктов», 09.03.2022 г
-
https://eurasia-group.ru/blog/articles/obrabotka-ovoshchey-na-proizvodstve-tekhnologiya-vidy-promyshlennogo-oborudovaniya/ , Интернет портал, «Обработка овощей на производстве: технология, виды промышленного оборудования»
-
https://ru.wikipedia.org/wiki/Склад
-
Корягин А.В Образовательная робототехника (Lego WeDo) – М.; ДМК Пресс, 2016. -96 с.: ил.
-
Корягин А.В., Смольянинова Н.М., 2015 Рабочая тетрадь. Издание, оформление ДМК Пресс, 2016