XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Универсальный робот для доставки на базе конструктора LEGO Spike Prime

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Столбов А.П. 1Потапенко Л.В. 1Пашковский М.В. 1Мальцев Р.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Нагорная П.Н. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

689.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире доставка играет огромную роль. Она позволяет нам получать доступ к товарам и услугам, которые могут быть недоступны в нашем регионе, экономит наше время и силы, и в целом делает жизнь более удобной.

С развитием технологий и интернет-коммерции, доставка стала более удобной и быстрой. Многие компании предлагают различные варианты: экспресс-доставку, курьерскую службу, самовывоз и даже доставку в тот же день. Это позволяет людям экономить время и получать необходимые вещи прямо к двери.

Необходимо отметить, что качественная доставка включает не только скорость, но и надежность, а также сохранность товаров в процессе транспортировки. Поэтому внедрение роботизированных процессов в логистику доставки — это инновационное решение, важный элемент сервиса, который влияет на общее впечатление покупателя и его желание вернуться за новыми покупками.

Целью нашего исследования является создание универсального робота доставщика на базе конструктора LEGO Spike Prime.

Основные задачи нашего исследования включают:

1. Изучение информации о доставке и её видах;

2. Анализ проблем, связанных с доставкой;

3. Создание модели универсального робота доставщика на базе конструктора LEGO Spike Prime;

4. Разработка программы для робота доставщика;

5. Проведение экспериментов для проверки эффективности и работоспособности разработанного робота.

Гипотеза: внедрение роботизированных систем в процесс доставки улучшит скорость, надежность и качество доставки.

Глава 1. Основная информация о доставке

1. 1. Появление доставки

Доставка – это процесс передачи товара или услуги от отправителя к получателю, который может осуществляться различными способами: автомобильным, морским, воздушным или железнодорожным транспортом. Она является важной составляющей современной экономики и обеспечивает своевременное доставление товаров и услуг потребителям в разных уголках мира [1].

Принято считать, что первооткрывателями доставки были итальянцы. В 1889 году шеф неаполитанской пиццерии Рафаэле Эспозито решил порадовать короля Умберто Первого и королеву Маргариту Савойскую уникальной пиццей, в которой ингредиенты отображали все цвета итальянского флага (Рисунок 1.1.1, Приложение). Конечно же, это была первая «Маргарита». Год ознаменовался не только изобретением классического рецепта пиццы, но и первой доставкой.

XIX век

Но есть другой пример — молоко на крыльце. В 1800-ые в США появилась доставка молока «от фермера до двери клиента». Это стало особенно популярно с развитием индустриализации и переселением жителей в города.

Спрос на «свежее комбо» — утренняя газета плюс молоко — вырос. К фермерам присоединились предприниматели, и бизнес по поставке бутылей к порогу дома пошёл вверх. А что по оплате? Тогда в ходу были наличные и монеты — доверяли только им. Но не стоит забывать про кредиты: доставка каждое утро — оплата раз в месяц.

Во второй половине XIX века во многих странах доставка еды набирала обороты и была популярна как среди клиентов, так и бизнесменов.

В 1890 году в индийском Бомбее (сегодня Мумбаи) появились даббавалы — курьеры, которые развозили домашнюю еду в судочках (Рисунок 1.1.2, Приложение). Уже в те времена у работников различных компаний, в том числе и эмигрантов, не было возможности делать перерыв на обед. Домашняя еда с доставкой на место работы приобрела такой успех, что ею стали пользоваться не только служащие, но и остальные горожане. Курьеры никогда не опаздывали, несмотря на сложности с транспортом, и при любых погодных условиях обед доставлялся по адресу [2].

Курьеров взяли в оборот и на судочках начали размещать рекламу различных услуг и бизнеса. Это работало так: курьер оставлял контейнер с едой у клиента, а через некоторое время забирал уже пустую тару. Пока покупатели обедали, у них было достаточно времени, чтобы ознакомиться с рекламным сообщением.

Людей в белых одеждах — даббавал — сегодня по-прежнему можно встретить на улицах. Это одна из самых высокооплачиваемых профессий. В наши дни курьеры, конечно, пользуются телефонами и принимают онлайн-заказы. А рекламные объявления на посуде до сих пор популярны среди предпринимателей и клиентов.

XX век

В середине 50-х в США подхватили тренд на доставку домашней итальянской пиццы в пригороды. Семейные пары больших городов стали активно заселять окраины, увлекаться просмотром телевизора за поеданием «Маргариты». Заказы оплачивали в основном наличными. Граждане из высшего общества всё же выписывали чеки — реальных денег при себе у них не было уже тогда [2].

Сначала спрос был только на доставку пиццы. Рестораторы других кухонь, в частности китайской, оценили прибыльность сферы и также стали предлагать клиентам привозить заказы на дом. Вместе с ростом популярности получения блюд «от кухни до двери» рестораны не получили пустые залы. Даже наоборот: за счёт доставки удвоилась прибыль заведений и появились постоянные клиенты.

Среди высокой конкуренции бизнесмены стали придумывать, как мотивировать клиента покупать готовые блюда именно у них. Так появилась быстрая доставка за 30 и 15 минут. Однако подобная скорость приводила к трагедиям на дорогах и большим выплатам, пострадавшим от лица компаний. Но тем не менее тренд на быстрые заказы лидирует и в наши дни.

С развитием интернета у потребителей появилась возможность делать онлайн-заказы. В 1994 году клиент оформил первый в истории интернет-заказ на доставку пиццы на сайте Pizza Hut. И если раньше онлайн можно было расплачиваться только картой, то сегодня у клиента есть масса возможностей.

XXI век

И снова интернет в деле. Конечно, технологии в бизнесе уже навсегда, особенно после 2020 года. До него в основном заказывали пиццу или что-то в этом духе, например, пироги или суши. Но с приходом новых условий спрос на доставку как готовых блюд, так и продуктов взлетел. И на сегодняшний день занимает лидирующие позиции, даже во времена новых экономических условий 2022 года. По данным Data Insight, в апреле 2022 года интернет-магазины и сервисы по доставке продуктов выполнили 31,2 миллиона заказов. Что в два раза больше, чем в апреле 2021 года [2].

Пользовательские привычки говорят о том, что доставка никуда не уйдёт, а будет только развиваться вместе с технологиями и запросами покупателей. Если сегодня клиент выбирает товар на странице сайта или в приложении и не может оформить доставку «до двери», он, скорее всего, уйдёт к конкурентам.

Новые сервисы и удобство оплаты при получении заказа только увеличивают клиентский спрос. А опции: выбор платежа и проверка товара перед финальным решением о покупке — повышают лояльность клиента к бренду и шансы на его возвращение.

1.2 Анализ способов доставки

Транспортно-логистическая сфера не избежала типичного для любого явления деления на категории (Рисунок 1.2.1, Приложения). Существуют различные виды доставки грузов, если взять за параметр для деления на группы тип транспорта, то выделяют следующие виды:

• Железнодорожная: по железнодорожным путям на поездах;

• Автомобильная транспортировка: грузы перевозятся грузовыми автомобилями или фургонами по дорогам и автострадам;

• Морская: судами и контейнеровозами по морям и океанам;

• Речная: по рекам и каналам на речных судах и баржах;

• Авиатранспортами: самолетами по воздуху;

• Мульти модальная: комбинированный способ доставки груза, использующий различные виды транспорта, чтобы доставить груз от отправителя к получателю.

Каждый из основных видов перевозок грузов имеет свои преимущества и недостатки, которые могут быть учтены при выборе наиболее подходящего способа перевозки для конкретного груза и расстояния [3].

Таблица 1.2.1 Характеристика видов перевоза грузов

Следующим шагом является определение оптимального способа его получения. В настоящее время на рынке представлено значительное количество служб доставки, каждая из которых характеризуется индивидуальными особенностями и условиями.

Рассмотрим основные доступные варианты, чтобы сделать обоснованный выбор, соответствующий вашим потребностям (Рисунок 1.2.2, Приложения):

1. Курьерская доставка "до двери": курьер привезет посылку прямо к вам домой или в офис.

Плюсы: Максимальный комфорт и удобство. Не нужно никуда ехать, экономия времени. Часто предлагаются гибкие временные интервалы доставки.

Минусы: Обычно самый дорогой способ доставки. Требует вашего присутствия в указанное время.

2. Доставка в пункт выдачи заказов (ПВЗ): посылка доставляется в ближайший к вам пункт выдачи, где вы можете забрать ее в удобное время.

Плюсы: Более доступная цена, чем курьерская доставка. Гибкий график получения, возможность забрать посылку в удобное время в течение нескольких дней.

Минусы: Необходимо самостоятельно забирать посылку из пункта выдачи.

3. Доставка почтой: классический способ доставки через почтовые отделения.

Плюсы: Широкая сеть отделений, охватывающая даже самые отдаленные регионы. Часто самый дешевый вариант доставки.

Минусы: Может быть более длительным, чем другие способы. Иногда требуется стоять в очереди в почтовом отделении.

4. Доставка в постамат: автоматизированный пункт выдачи заказов, представляющий собой ячейки с кодовым замком.

Плюсы: Удобство получения в любое время суток (24/7). Быстрое получение, не нужно общаться с сотрудниками.

Минусы: Ограниченный размер ячеек, не все посылки могут поместиться.

5. Самовывоз: вы самостоятельно забираете заказ из магазина или склада продавца.

Плюсы: Бесплатный способ доставки. Возможность сразу осмотреть товар перед оплатой.

Минусы: Требует вашего времени и усилий на поездку в магазин или склад.

6. Робот доставщик: автономные устройства, похожие на небольшие холодильники на колесах, оснащены камерами, датчиками и GPS-навигацией. Они способны самостоятельно ориентироваться в пространстве, объезжать препятствия, переходить дороги и доставлять заказы прямо к вашей двери (Рисунок 1.2.3, Приложения).

Плюсы:

• Экономия времени и денег. Роботы могут работать круглосуточно, без перерывов и выходных, что позволяет сократить время доставки и снизить затраты на оплату труда курьеров.

• Решение проблемы "последней мили". Доставка на короткие расстояния, так называемая "последняя миля", часто является самой дорогой и сложной частью логистической цепочки. Роботы могут эффективно решать эту проблему, особенно в густонаселенных городских районах.

• Экологичность. Большинство роботов-доставщиков работают на электричестве, что делает их более экологичными по сравнению с традиционными автомобилями и мотоциклами.

• Удобство. Роботы могут доставлять заказы в любое удобное для вас время, даже ночью.

Минусы:

• Безопасность. Как обеспечить безопасность роботов и их груза от вандализма и краж?

• Регулирование. Какие правила и нормы должны регулировать использование роботов-доставщиков на улицах городов?

• Рабочие места. Не приведет ли широкое распространение роботов к сокращению рабочих мест для курьеров?

Для предотвращения всех минусов робота-доставщика, необходимо качественно продумать его устройство и регулирование.

При выборе способа доставки необходимо учитывать следующие факторы (Рисунок 1.2.4, Приложения):

• Срочность: Если посылка нужна срочно, выбирайте курьерскую доставку или доставку в поста мат.

• Бюджет: Если важна экономия, выбирайте доставку почтой или в пункт выдачи заказов.

• Удобство: Если хотите максимального комфорта, выбирайте курьерскую доставку.

• Размер посылки: Для крупных посылок лучше выбирать курьерскую доставку или самовывоз.

• Ваше местоположение: Убедитесь, что выбранный способ доставки доступен в вашем регионе [4].

В заключении, выбор способа доставки – это важный этап онлайн-шопинга. Учитывайте все факторы, сравнивайте варианты и не стесняйтесь задавать вопросы службе поддержки, чтобы сделать правильный выбор и получить свой заказ с максимальным комфортом и уверенностью. Помните, что оптимальный способ доставки – это тот, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям и возможностям.

Глава 2. Создание универсального робота для доставки

2.1 Конструкция робота и его функционал

Для автоматизации и мобильности системы доставки нами была придумана и создана модель универсального робота для доставки на базе конструктора LEGO Spike Prime (Рисунок 2.1.1, Приложения).

Основная задача этого робота – быстро и качественно доставить посылку\еду\письма к получателю. Благодаря использованию дистанционного управления и анализа данных, он способен эффективно доставлять любые посылки в труднодоступные места. Робот оборудован специальными вездеходными колесами, позволяющими проезжать в место выдачи при дожде, снегопаде, неровной дороге, по песку или снегу и т.д.

Робот для доставки также обладает уникальной способностью производить диагностику дороги в режиме реального времени, а именно непрерывно следить за прохожими и светофорами, избегая столкновений с людьми или машинами.

В нашей модели универсального робота для доставки на базе конструктора LEGO Spike Prime, используется:

• Смарт-хаб, который осуществляет подключение датчиков и моторов (Рисунок 2.1.2, Приложения);

• Ультразвуковой датчик для обнаружения препятствий (Рисунок 2.1.3, Приложения);

• Датчик силы нажатия, позволяющий получателю открыть крышку для получения посылки (Рисунок 2.1.3, Приложения);

• Большой мотор, который осуществляет повороты робота влево и вправо (Рисунок 2.1.4, Приложения);

• Два средних мотора, использующееся для движения робота вперед (Рисунок 2.1.4, Приложения);

• Большой мотор, позволяющий открыть крышку робота (Рисунок 2.1.5, Приложения);

Универсальный робот для доставки позволит вовремя и качественно доставлять посылки. Его использование позволит улучшить скорость, надежность и качество доставки, уменьшая риск возникновения потерь доставляемого груза и перегрузки людей-курьеров, и обеспечивая надежную работу системы доставки.

2.2 Описание программы для робота

Программа универсального робота для доставки создана в среде LEGO Spike Prime. На ультразвуковом датчике включается подсветка (фары), кнопка на смарт-хабе загорается зелёным цветом, что означает что робот готов к транспортировке посылки. Робот двигается по заданной траектории к получателю, далее останавливается и ожидает сигнала от датчика силы нажатия. При нажатии открывается крышка робота (Рисунок 2.2.1, Приложение) и получатель забирает посылку. При повторном нажатии на датчик – крышка закрывается.

Алгоритм первой программы следующий (Рисунок 2.2.2, Приложение):

1. Запуск программы;

2. Включение подсветки ультразвуковым датчиком;

3. Установка зеленого цвета для центральной кнопки;

4. Мотор F в положение 0 (направление прямо);

5. Установка моторов (E, B) и их скорости для движения вперед;

6. Ожидание 1 секунду

7. Движение вперед;

8. Поворот мотора F в положение 40 (направо);

9. Движение направо;

10. Воспроизведение звука «Для получения посылки нажмите на кнопку».

При запуске программы одновременно запускается и вторая программа для универсального робота для доставки:

1. Запуск программы;

2. Мотор F в положение 0 (направление прямо);

3. Цикл «повторять всегда»;

4. Условие «Если, то, иначе»;

5. Ожидание от датчика силы нажатия;

6. Мотор А в положение 270 (открытие крышки);

7. Включение подсветки на смарт-хабе;

8. Воспроизведение звука «Спасибо за покупку!»;

9. Иначе мотор А в положение 0 (закрытие крышки).

Структура программы линейная, имеет одно условие, согласно датчику силы нажатия, который запускает открытие крышки.

Заключение

В заключение, можно с уверенностью сказать, что универсальный робот-доставщик – это не просто технологическая новинка, а действительно инновационное решение, способное кардинально изменить привычный нам мир логистики и доставки. Он открывает новые возможности для бизнеса, повышает удобство для потребителей и, в перспективе, может внести значительный вклад в оптимизацию городской инфраструктуры и снижение негативного воздействия на окружающую среду.

Его адаптивность к различным типам грузов, от небольших посылок до более габаритных заказов, в сочетании с возможностью автономной навигации и оптимизации маршрутов, делает его незаменимым помощником в условиях современного города.

Более того, снижение зависимости от человеческого фактора минимизирует риски ошибок и задержек, а использование экологически чистых источников энергии, таких как электричество, способствует снижению выбросов в атмосферу и улучшению экологической обстановки в целом. Внедрение таких роботов в логистические цепочки позволит не только сократить расходы на доставку, но и высвободить человеческие ресурсы для выполнения более сложных и творческих задач.

В конечном итоге, универсальный робот-доставщик – это инвестиция в будущее, в более эффективную, удобную и экологичную систему доставки, которая способна удовлетворить растущие потребности современного общества.

Список использованных источников

1. https://logistics.by/blog/dostavka-v-internet-magazine-chto-eto-takoe-kak-rabotaet-i-pochemu-stoit-obratit-na-nee-vnimanie

2. https://www.sravni.ru/novost/2023/1/24/kak-evolyucziya-servisa-dostavki-edy-povliyala-na-sferu-i-klientskie-privychki/?upd=true

3. https://profi-trans39.ru/poleznoe/vidy-transportirovki-gruzov

4. https://www.business.ru/news/34722-11137-kak-vybrat-servis-dostavki-tovarov-7-kriteriev

ПРИЛОЖЕНИЯ