XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Кошачий роботизированный домик на базе LEGO SPIKE PRIME
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современные домашние животные, в частности кошки, проводят значительную часть времени в одиночестве, когда владельцы находятся на работе или в отъезде. Стандартные кошачьи домики не обеспечивают интерактивного взаимодействия, что может приводить к скуке, стрессу и снижению физической активности питомцев из-за этого страдает и их здоровье. На сегодняшний день существуют приборы, позволяющие ухаживать за питомцем без прямого участия хозяина-автопоилки, электро-лотки, однако, существующие автоматизированные устройства для животных часто имеют высокую стоимость, ограниченную функциональность или сложны в настройке. В связи с чем, мы увидели проблему в необходимости внедрения доступных роботизированных систем для заботы о питомцах.
Роботизация и автоматизация проникают во все сферы жизни. Создание доступных, программируемых решений для организации благополучной среды обитания домашних питомцев является актуальным и современным.
В связи с этим мы поставили перед собой цель- создание функционального прототипа роботизированного домика для кошек на базе образовательного конструктора LEGO SPIKE Prime, обеспечивающего интерактивное взаимодействие с питомцем.
Для достижения цели мы поставили перед собой ряд задач:
-Проанализировать существующие аналоги и решения в области автоматизированных устройств для кошек;
-Определить ключевые функциональные требования к роботизированному домику;
-Разработать конструктивную схему и механическую часть прототипа;
-Создать программный код для управления устройствами домика;
-Продемонстрировать возможности устройства на примере одного дня работы;
-Проанализировать эффективность использования кошачьего универсального домика.
В процессе изучения материалов мы пользовались такой литературой как «Лего удивительные идеи», а так же методическими пособиями Школы интеллектуального развития «Мистер Брейни».
Глава 1. Теоретическое обоснование создания прототипа кошачьего роботизированного домика на базе LEGO SPIKE PRIME
1.1 Современные гаджеты для животных
Современные гаджеты для домашних животных можно разделить на несколько видов: роботизированные кормушки, интерактивные игрушки, умные лежанки, умные лотки. [4]
Роботизированные кормушки имеют несколько преимуществ-контроль питания питомца и возможность удаленного кормления, однако стоимость таких кормушек достаточно велика, а так же у них очень узкая специализация-выдавать корм по таймеру. (Приложение, Рисунок 1) [4]
Интерактивные игрушки нужны кошкам, что бы стимулировать физическую активность питомца, их охотничий инстинкт. Существуют игрушки, которыми можно управлять с мобильных устройств, или которые автоматически включаются дома в определенное время. Минусом данных игрушек является быстрое привыкание питомца к ним и ограниченное взаимодействие-новых игр с этими игрушками не придумать. (Приложение, Рисунок 2) [5]
Умные лежанки и домики могут выполнять следующие функции:
-система климат-контроля;
-камеры видеонаблюдения;
-тёплые полы;
-автоматизированные кормушка и поилка;
-дверцы, которые впускают только конкретного питомца.
Такие домики уже более функциональны с точки зрения способов применения, но и их стоимость так же достаточно велика. (Приложение, Рисунок 3) [5]
Исходя из данного исследования, мы увидели, что забота о питомцах может стать причиной финансовых затруднений, а так же современные гаджеты для питомцев быстро могут им надоесть, их функционал ограничен, что делает покупку нерациональной.
Так же, мы проследили один важный минус почти у всех уже созданных гаджетов-отсутствие возможности их дополнять или видоизменять, что бы сохранить интерес питомца к игрушкам.
Мы определили ключевые функциональные требования к роботизированному домику. Учитывая все недочеты существующих моделей, мы определили, что гаджет для питомцев должен быть многофункциональным, за пример возьмем создание гаджета для котов. Кото-гаджет должен обладать следующим функциями: кормление, поение, безопасность, интерактивность, энергосбережение, удобство.
Глава 2. Модель кошачьего роботизированного домика на базе LEGO SPIKE PRIME
2.1 Конструкция кошачьего роботизированного домика на базе LEGO SPIKE PRIME
В нашей работе мы создали демонстрационную модель кошачьего домика, объединив разные виды строительных блоков LEGO, а так же для создания функциональных частей гаджета и демонстрации принципа его работы использовали LEGO SPIKE PRIME.
Основа работы-короб из LEGO DUPLO, данный вид конструктора позволяет быстро и качественно собрать объемные модели, а так же стыкуется с LEGO CITY и позволяет варьировать формы домика для подбора универсального и эргономичного дизайна. (Приложение, Рисунок 4) [1]
Следующая немаловажная часть конструкции-автоматизированная кормушка, работающая при помощи последовательной зубчатой передачи, которая позволяет контролировать количество корма выданного питомцу. (Приложение, Рисунок 5) [3]
Третья часть гаджета мини-фонтан для питья. Кошки очень капризны к качеству воды, в случае с автопоильниками, необходимо учитывать то, что вода должна быть постоянно свежей, не застоявшейся. (Приложение, рисунок 6) В нашей модели фонтанчик для питья изображен при помощи кулачкового механизма и осевой передачи. (Приложение, Рисунок 7)[2]
Немаловажная часть конструкции-интерактивная игрушка с возможностью замены насадки. Что-бы не покупать постоянно новые игрушки, мы придумали к одному вращательному элементу присоединять разноплановые насадки, что бы питомцу не надоедала игра а использование механизма было эргономичным. (Приложение, Рисунок 8)
2.2 Управление кошачьим роботизированным домиком на базе LEGO SPIKE PRIME
Так как кошачий роботизированный домик должен работать автономно минимизируя действия владельца питомца, и при этом быть эргономичным, мы решили заменить датчики на ориентацию системы по времени. Программа одновременно запускает все функции электронных компонентов, однако кормушка и игрушка включаются по сигналу таймера. (Приложение, Рисунок 1)
2.3 Демонстрация возможностей кошачьего роботизированного домика на примере одного дня работы
Предположительно работа кошачьего домика начинается утром, когда хозяин уходит на работу. Перед выходом хозяин включает систему, по которой таймер начинает отсчет. Через 15 минут после ухода начинает работать кошачья игрушка, что бы отвлечь питомца от одиночества, поддержать его психологическое и физическое здоровье.
Водяной фонтанчик работает на протяжении всего дня, обеспечивая котика свежей водой безостановочно.
Через час после игр поступает первая порция корма, следующая через 8 часов.
Игрушка включается каждый час, что бы у питомца был занят день, а так же поддерживался режим сна и питомец спал ночью, после активных игр днем.
Исходя из перечисленных функций, которые выполняет домик он демонстрирует высокую эффективность в поддержании как психологического, так и физического здоровья питомца. Регулярные игровые сессии, доступ к свежей воде и установленный режим питания способствуют улучшению качества жизни кошки. Таким образом, такой подход к уходу за питомцем может быть рекомендован владельцам, стремящимся обеспечить своим любимцам комфортные условия в отсутствие хозяев.
Заключение
разработанный нами кошачий роботизированный домик представляет собой инновационное решение для заботы о питомцах, объединяющее различные функции, способствующие их комфорту и благополучию. Использование разнообразных строительных блоков LEGO, таких как DUPLO и SPIKE PRIME, позволило создать не только функциональную, но и эстетически привлекательную модель, включающую автоматизированную кормушку, мини-фонтан для питья и интерактивную игрушку с возможностью замены насадки.
Автономная работа системы, управляемая таймером, минимизирует вмешательство владельца, обеспечивая при этом регулярные игровые сессии и доступ к свежей воде, что способствует поддержанию физического и психологического здоровья кошки. Протестировав работу домика в течение одного дня, мы убедились в его высокой эффективности и удобстве для питомцев.
Таким образом, наш проект открывает новые горизонты в уходе за домашними животными и может служить примером для владельцев, стремящихся создать комфортные условия для своих любимцев даже в отсутствие хозяев. Рекомендуем внедрять подобные решения для улучшения качества жизни домашних животных, что, безусловно, положительно скажется на их здоровье и благополучии.
На данном этапе роботизированный кошачий домик может быть использован на уроках робототехники и информатики в качестве наглядного пособия.
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. mews.biggeek.ru
5. ichip.ru
Приложение
|
Рисунок 1 |
Рисунок 2 |
|
Рисунок 3 |
Рисунок 4 |
|
Рисунок 5 |
Рисунок 6 |
|
Рисунок 7 |
Рисунок 8 |
|
Рисунок 9 |
|