XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот корабельный мойщик «O-KEY 2.0» на базе конструктора SPIKE PRIME
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Роботы давно признаны эффективным инструментом для облегчения человеческого труда. Если роботами-помощниками на суше уже никого не удивить, от автоматизированных производственных линий до домашних роботов-пылесосов, то роботизированные решения, способные помочь в ежедневной уборке палубы корабля, пока остаются относительно новой и перспективной областью.
Мы увидели проблему в том, что бытовые задачи на судне хоть и крайне важны, но могут нанести непоправимый вред экипажу, привести к хроническим заболеваниям за счет использования моющих средств.
Актуальность данной проблемы подтвердили специалисты шиппинга «ГазПром», которые проконсультировали нас по видеосвязи.
Робот-мойщик палубы “O-KEY 2.0” – автономное решение, разработанное для оптимизации процессов уборки на морских судах.
Мы поставили перед собой цель-создание прибора способного обезопасить и облегчить труд команды любого корабля, значительно сократив время, затрачиваемое на уборку, и уберегая экипаж от прямого воздействия потенциально опасных химических моющих средств.
Для мы поставили перед собой ряд задач: -изучение современных гаджетов для автоматизированной уборки помещений;
-создание прочной, функциональной и эргономичной модели робота-мойщика палубы;
-создание кода, позволяющего роботу эффективно функционировать;
-оценка эффективности и стабильности работы «O-KEY 2.0».
В процессе работы мы опирались на различные официальные интернет-источники, а так же В работе мы пользовались следующими источниками: LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов; курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни», https://www.ivd.ru,
Глава 1. Теоретическое обоснование создания робота корабельного мойщика «O-KEY 2.0» на базе конструктора SPIKE PRIME
-
-
Современные гаджеты для автоматизированной уборки помещений
-
Одним из самых востребованных сегодня устройств для уборки является робот-пылесос. Он применяет навигационную систему для передвижения по помещению, одновременно собирая мусор и пыль. При запуске робот сканирует пространство с помощью датчиков, составляет карту и выбирает оптимальный маршрут для уборки (Приложение, Рисунок 1.1.1).[4]
Следующим по популярности устройством является паровая швабра, которая работает на основе высокотемпературного пара для очистки поверхностей. Пар выходит из насадки и распыляется на поверхность. Высокая температура помогает растворить и устранить даже наиболее устойчивые загрязнения. Кроме того, пар дезинфицирует, убирая бактерии и микробы (Приложение, Рисунок 1.1.2).[4]
Робот-мойщик окон представляет собой компактное устройство, которое фиксируется на стекле и перемещается по его поверхности, удаляя грязь, пыль и разводы. Уборка осуществляется за счет трения моющей насадки или салфетки. В зависимости от модели, роботы могут выполнять как сухую очистку, так и мытье стекол, а также совмещать эти режимы. При влажной уборке используется салфетка с нанесенным чистящим составом или разбрызгивание моющего средства из специального резервуара с последующим протиранием стекла (Приложение, Рисунок 1.1.3).[5]
Не смотря на разнообразие популярных гаджетов ни один из них не приспособлен к работе на судах, или в условиях тяжелых погодных условий.
Глава 2. Модель робота корабельного мойщика «O-KEY 2.0» на базе конструктора SPIKE PRIME
2.1 Конструкция модели робота корабельного мойщика «O-KEY 2.0» на базе конструктора SPIKE PRIME
Принцип действия робота “O-KEY” в целом аналогичен принципу работы робота-пылесоса, но адаптирован для уборки палубы. Робот передвигается при помощи двух средних моторов, ориентируясь на сигналы ультразвуковых датчиков и датчиков касания. Большой мотор приводит в действие зубчатую передачу, на которой расположены щетки, обеспечивающие эффективную очистку поверхности. Конструкция робота относительно проста и состоит из следующих основных компонентов:
-Хаб: Является “мозгом” робота, координирует работу всех датчиков и исполнительных механизмов. (Приложение, Рисунок 2.1.1)
-Ультразвуковой датчики: Обеспечивает навигацию робота, позволяет перемещаться по судну безопасно для команды. (Приложение, Рисунок 2.1.2)
-Щеточный механизм: Состоит из хлопковых щеток, расположенных на зубчатой передаче и большого мотора, обеспечивающего вращение щетки. Так же к нему можно отнести ультразвуковой распылитель с резервуаром для воды. (Приложение, Рисунок 2.1.3)
-Двигательная система: Включает в себя два средних мотора, приводящие в движение колеса, и систему управления, обеспечивающую движение. (Приложение, Рисунок 2.1.4) [1]
-Датчики касания: обеспечивают безопасность робота, в случае слишком близкого положения к стенам или бортикам отправляют сигнал для смены траектории движения. (Приложение, Рисунок 2.1.5) [2]
2.2 Управление моделью робота корабельного мойщика «O-KEY 2.0» на базе конструктора SPIKE PRIME
Для нашего робота мы придумали одну удобную функцию-чат бот. Так как конструкция требует доработок и автоматически не может следить за уровнем воды и времени запуска, то нам необходима небольшая поддержка экипажа.
Чат-бот присылает сообщение о том, что пора начинать уборку. Создан чат-бот на базе PYTHON. (Приложение, Рисунок 2.2.1, Рисунок 2.2.2, Рисунок 2.2.3)
Программа робота написана на базе SPIKE PRIME. (Приложение, Рисунок 2.2.4) Движение робота запрограммировано при помощи создания своих блоков и многозадачности. [3]
Все действия, на которые должен реагировать робот запускаются по команде блока «Когда запускается подпрограмма».
2.3.Демонстрация возможностей модели робота корабельного мойщика «O-KEY 2.0» на базе конструктора SPIKE PRIME и оценка его эффективности
Тестирование прототипа робота “O-KEY” было проведено в реальных условиях, имитирующих ограниченное пространство палубы судна. Для оценки работоспособности робот был запущен в помещении площадью 12 кв.м. на протяжении 5 минут. В ходе испытаний “O-KEY” продемонстрировал стабильную работу, а объём резервуара оказался достаточным для выполнения поставленной задачи. Важно отметить, что в большинстве случаев робот успешно избегал столкновений со стенами, что позволило нам поставить под сомнение необходимость использования датчиков касания в текущей конфигурации. Полученные результаты подтверждают адекватность выбранной стратегии навигации и эффективность работы основных систем робота. В целом, работоспособность прототипа “O-KEY” в условиях ограниченного пространства была признана удовлетворительной, что дает нам основание для дальнейшего развития и совершенствования конструкции. Однако, стоит отметить, что тестирование проводилось в идеальных условиях, и для полной оценки возможностей робота необходимо провести испытания в более сложных и приближенных к реальным условиям эксплуатации на борту судна.
Наша работа может в дальнейшем иметь перспективы не только на суднах, но и иметь более широкое применнение:
-
Автономная навигация: Внедрение систем машинного зрения и искусственного интеллекта позволит роботу самостоятельно ориентироваться на палубе и выбирать оптимальные маршруты уборки.
-
Интеграция с другими судовыми системами: Робота “O-KEY” можно интегрировать с другими системами управления судном, что позволит осуществлять мониторинг и управление процессом уборки в режиме реального времени.
-
Разработка специализированных моделей: Возможно создание специализированных моделей роботов для выполнения различных задач на борту, таких как покраска корпуса, очистка трюмов и инспекция оборудования.
-
Использование в других сферах: Принцип работы и конструкция робота “O-KEY” могут быть адаптированы для использования в других отраслях, где требуется автоматизированная уборка больших площадей, например, в портах, на складах и в производственных цехах.
Заключение
Разработанный робот-мойщик палубы “O-KEY” является инновационным и многообещающим решением для автоматизации рутинных процессов уборки на морских судах. Внедрение “O-KEY” позволит не только значительно повысить безопасность и улучшить условия труда экипажа, исключив контакт с агрессивными химическими веществами и снизив риск травматизма, но и существенно повысить эффективность и экологичность работы на борту. Благодаря оптимизации расхода воды и моющих средств, “O-KEY” способствует снижению эксплуатационных расходов и минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Робот “O-KEY 2.0” обладает рядом преимуществ, которые делают его привлекательной альтернативой традиционным методам уборки:
-Безопасность. Использование роботов значительно снижает риск получения травм экипажем, поскольку они выполняют потенциально опасные задачи, такие как работа с агрессивными химическими веществами или уборка на скользких, нестабильных поверхностях. Это особенно важно в условиях качки и ограниченного пространства на борту.
-Экономия ресурсов. Роботы способны оптимизировать расход воды и моющих средств благодаря точному дозированию и контролю над процессом уборки. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.
-Консистентность. В отличие от человеческого фактора, роботы способны выполнять задачи с высокой степенью повторяемости и точности, обеспечивая стабильно высокое качество уборки вне зависимости от времени суток и погодных условий.
-Оптимизация рабочего времени экипажа: Освобождая экипаж от рутинной и трудоёмкой работы по уборке палубы, “O-KEY 2.0” позволяет морякам сосредоточиться на выполнении более важных и квалифицированных задач, связанных с управлением судном и обеспечением безопасность.
Данный проект является лишь отправной точкой, и дальнейшее развитие технологий открывает широкие возможности для использования роботизированных систем в сфере судоходства и других отраслях промышленности. Совершенствование системы навигации, интеграция с системами управления судном, разработка специализированных моделей для различных типов судов и задач – всё это направления для дальнейших исследований и разработок. Мы уверены, что роботизированные системы, подобные “O-KEY”, станут неотъемлемой частью современного судоходства, обеспечивая безопасное, эффективное и экологически ответственное функционирование морского транспорта.
Список литературы
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.;
3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.
Интернет-источники:
4. https://www.ivd.ru,
5. https://dzen.ru/.
Приложение
|
Рисунок 1.1.1 |
Рисунок 1.1.2 |
|
Рисунок 1.1.3 |
|
|
Рисунок 2.1.1 |
Рисунок 2.1.2 |
|
Рисунок 2.1.3 |
|
|
Рисунок 2.1.4 |
Рисунок 2.1.5 |
|
Рисунок 2.2.1 |
Рисунок 2.2.2 |
|
Рисунок 2.2.3 |
Рисунок 2.2.4 |