XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Разработка и исследование модели робототехнической системы для сбора и транспортировки опасных отходов на базе Lego WeDo 2.0

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кокурин А.Е. 1

---

1Интеграция XXI век

Ильин А.В. 1

---

1Интеграция XXI век

Работа в формате PDF

427.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность исследования

В условиях интенсивного промышленного развития проблема обращения с опасными отходами приобретает особую значимость. Токсичные химические вещества, элементы питания, промышленные реагенты и медицинские отходы представляют потенциальную угрозу для окружающей среды и здоровья человека.

Современные технологии предполагают широкое внедрение робототехнических комплексов, способных выполнять операции в условиях повышенной опасности без прямого участия человека. Это позволяет существенно снизить производственные риски и повысить уровень экологической безопасности.

Разработка учебной модели робототехнической системы позволяет исследовать принципы автоматизированного взаимодействия с объектами повышенной опасности в образовательной среде.

Проблема исследования

Несмотря на широкое применение робототехники в промышленности, учебные платформы начального уровня обладают ограниченным функционалом. Возникает научный вопрос:

Может ли учебная робототехническая платформа LegoWeDo 2.0 эффективно моделировать процесс автоматизированного сбора опасных отходов?

Гипотеза исследования

Предполагается, что даже при ограниченных технических возможностях платформа LegoWeDo 2.0 способна продемонстрировать базовые принципы автоматизированного сбора и транспортировки опасных объектов при условии рационального проектирования конструкции и алгоритма управления.

Цель исследования

Разработать, реализовать и экспериментально оценить эффективность модели робототехнической системы для сбора условных опасных отходов.

Задачи исследования

1. Проанализировать проблему обращения с опасными отходами.

2. Изучить робототехнические решения в сфере промышленной безопасности.

3. Проанализировать технические характеристики LegoWeDo 2.0.

4. Спроектировать мобильную робототехническую платформу.

5. Разработать алгоритм управления.

6. Провести серию экспериментальных испытаний.

7. Выполнить количественную оценку эффективности.

8. Сформулировать выводы и рекомендации.

Методы исследования

В работе использованы следующие методы:

• анализ научной и технической литературы;

• моделирование конструкции;

• инженерное проектирование;

• алгоритмизация;

• эксперимент;

• сравнительный анализ результатов;

• количественная обработка данных.

Научная новизна

Новизна работы заключается в:

• адаптации учебной платформы LegoWeDo 2.0 для моделирования экологической робототехнической задачи;

• экспериментальной оценке эффективности алгоритма без использования сенсорной обратной связи;

• количественном анализе показателя успешности выполнения операций.

Теоретическая часть

Опасные отходы характеризуются токсичностью, химической активностью и потенциальной экологической угрозой. Автоматизация процессов их перемещения позволяет минимизировать контакт человека с вредной средой.

Промышленные робототехнические комплексы выполняют операции с высокой точностью благодаря:

• системам обратной связи;

• датчикам позиционирования;

• алгоритмам коррекции траектории.

Учебная модель позволяет воспроизвести данный принцип в упрощённой форме.

Практическая часть

Конструктивная модель

Разработана мобильная платформа с вилочным механизмом захвата, включающая:

• привод движения;

• привод подъёма;

• жёсткую раму;

• механический захват.

Алгоритм работы

Алгоритм реализован по линейной структуре без сенсорной коррекции:

• старт;

• движение вперёд;

• остановка;

• подъём захвата;

• транспортировка;

• выгрузка;

• возврат.

Экспериментальная часть

Методика

Проведено 5 испытаний при одинаковых параметрах программы.

Результаты

Количественный анализ

Общее число попыток: 5
Успешных операций: 4

Средняя эффективность модели составила 80%.

Основная причина неудачи — отсутствие точной системы позиционирования.

Вывод по гипотезе

Полученные экспериментальные данные подтверждают выдвинутую гипотезу:

Учебная платформа LegoWeDo 2.0 способна демонстрировать принципы автоматизированного сбора объектов при корректном проектировании конструкции и алгоритма управления.

Практическая значимость

Результаты работы могут быть использованы:

• на уроках робототехники;

• в рамках внеурочной деятельности;

• при подготовке к НПК;

• для формирования инженерного мышления;

• для демонстрации межпредметных связей (робототехника + экология).

Ограничения исследования

• отсутствие датчиков обратной связи;

• ограничение двумя портами подключения;

• невысокая грузоподъёмность;

• линейная логика программы.

Рекомендации по модернизации

1. Добавить датчик расстояния.

2. Реализовать алгоритм коррекции движения.

3. Ввести систему автоматического поиска объекта.

4. Использовать платформу более высокого уровня (LegoSpike).

Общий вывод

Работа доказала возможность использования образовательной робототехнической платформы для моделирования задач экологической безопасности. Разработанная модель демонстрирует принципы автоматизации, алгоритмизации и инженерного проектирования.

Цель исследования достигнута. Задачи выполнены. Гипотеза подтверждена.

Научная рецензия

Рецензия на научно-исследовательскую работу
«Разработка и исследование модели робототехнической системы для сбора опасных отходов»

Работа выполнена на актуальную тему, связанную с вопросами экологической безопасности и автоматизации производственных процессов. Автор продемонстрировал понимание принципов робототехники, алгоритмизации и инженерного проектирования.

Исследование имеет чёткую структуру, логическую последовательность изложения, включает гипотезу, методы исследования и количественный анализ результатов. Практическая часть подтверждает работоспособность модели.

Работа соответствует требованиям научно-практической конференции и может быть рекомендована к защите.

Руководитель проекта – Ильин А.В.

Список литературы

1. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» № 7-ФЗ.

2. Белов С.В. Промышленная экология (в адаптированном изложении). — М.: Юрайт, 2021.

3. Корягин Н.А. Основы робототехники. — М.: Академия, 2022.

4. LEGOEducation. Руководство по работе с конструктором LegoWeDo 2.0. — LEGOEducation, 2016.

5. Официальный сайт LEGOEducation: https://education.lego.com

6. Министерство природных ресурсов РФ — раздел об обращении с отходами: https://www.mnr.gov.ru