Творческий проект "Дозатор дезинфицирующей жидкости"

Министерство образования РФ

ГБОУ Самарской области Шенталинская средняя общеобразовательная школа №1«Образовательный центр» имени героя Советского Союза М.Р. Попова ж.–д. ст. Шентала муниципальный район Шенталинский Самарской области.

Дозатор дезинфицирующей жидкости

Проект в номинации «Техника и техническое творчество»

Выполнил:

обучающийся 9 «Б» класса

Павлов Дмитрий

Руководитель проекта:

Учитель технологии

Арапов Алексей Владимирович

Консультант:

обучающийся 8 «Б» класса

Кудряшев Павел

Шентала 2021г.

Содержание

Введение (Интерес)

I. Сбор, изучение и обработка информации.

1.1. Lego.

1.2. Пандемия COVID-19.

II. Выбор собственного варианта изделия.

2.1. Рассуждения по поводу выбора конструкции.

2.2. Подбор необходимого материала и инструментов, технология изготовления.

III. Особенности технологии изготовления.

3.1. Контроль качества работы.

IV. Оценка результата деятельности.

4.1. Оценка качества выполнения проекта.

4.2. Экологическая экспертиза.

4.3. Экономическая оценка (расчёт себестоимости изделия).

4.4. Поиск возможностей использования результатов проектирования.

Информационные ресурсы

Приложение

Введение (Интерес)

Может ли детский конструктор приносить пользу? Lego – может! Ведь это необычный конструктор! Конструктор Lego давно перестал быть детским конструктором. Его собирают как дети, так и взрослые. Датская компания, которая когда-то выпускала гладильные доски, лестницы, деревянные игрушки по типу тягачей и уточек и, не раз оказывавшаяся на грани банкротства, сейчас является крупнейшей в мире компанией по производству игрушек. По выручке, объём продаж которой составил 2,1 миллиарда долларов США и выпускающая как наборы для детей «LEGO DUPLO», так и серьёзные программно-аппаратные структуры «Lego Mindstorms», для разработки программируемых роботов, соревнования, по созданию которых, проводятся на мировом уровне.

Вот и я, заинтересованный в сфере конструирования и программирования роботов, решил начать с конструктора «Lego Mindstorms». К тому же, в связи с нынешней эпидемиологической обстановкой появилась идея, с помощью которой, можно облегчить работу учителям моей школы, которые каждое утро встречают школьников, чтобы те, обработали руки дезинфицирующей жидкостью. Эта идея – прибор, дозирующий дезинфицирующую жидкость на базе контролера EV3 конструктора «Lego Mindstorms».

Таким образом, ещё раз озвучиваю проблему – облегчить работу наших учителей, выполняющих дезинфекцию рук обучающихся.

И так, цель проекта – изготовление дозатора дезинфицирующей жидкости.

Для достижения поставленной цели придётся решить некоторые задачи:

Собрать и обработать информацию по данной теме;

Спроектировать робота;

Собрать робота;

Запрограммировать изготовленного робота для выполнения поставленной задачи – дозирование дезинфицирующей жидкости.

I. Сбор, изучение и обработка информации

1.1. Lego

Lego System A/S (торговое название: Lego Group) – датская компания по производству игрушек, базирующаяся в Биллунне. Она производит игрушки марки Lego, состоящие в основном из взаимосвязанных пластиковых кирпичей. Lego Group также построила несколько парков развлечений по всему миру, каждый из которых известен как Legoland, и управляет многочисленными розничными магазинами.

Компания была основана 10 августа 1932 года Оле Кирком Кристиансеном. Название «Lego» происходит от датских слов «leg» и «godt», что означает «хорошо играть». В первой половине 2015 года Lego Group стала крупнейшей в мире компанией по производству игрушек по выручке, объем продаж которой составил 2,1 миллиарда долларов США.

Кубики из пластика были придуманы не в Дании, а в Великобритании. Их в 1947 году изготовила компания Kiddicraft, по эскизам детского психолога Mr. Hilary Harry Fisher Page. Правда крепление первых образцов было достаточно слабым, и объединить кубики в устойчивую конструкцию было достаточно непросто. Владельцы LEGO сумели рассмотреть потенциал конструктора и запустили собственную линию пластиковых «кирпичиков», но уже с доработанным креплением.

Одиннадцать лет компания расширяла свой ассортимент, пробовала создавать новые элементы и вводила в обиход кубики из пластика, а в 1953 году запустила производственную линию «LEGO Mursten» (Лего кубики). Помимо автоматически соединяющихся деталей в компании разработали и свою собственную игровую систему: определенный набор деталей позволял создавать часть отдельного сюжета (дом, машину, корабль). С каждым годом система становилась сложнее и интереснее (добавились новые элементы, фигурки, персонажи, животные), возможно, поэтому игра с конструктором LEGO по-прежнему увлекает не только детей, но и взрослых всех возрастов.

В отличие от многих других примеров, компания LEGO по–прежнему является семейным предприятием, и сегодня его главой является внук основателя – Кьелль Кирк Кристиансен (Kjeld Kirk Kristiansen), который продолжает создавать классику с учетом модных тенденций.

Так в арсенале компании имеется несколько серий конструкторов:

«LEGO» или «LEGO System». В ней есть подсерии: замки, города, космические путешествия, пираты. Есть отдельные модели, посвященные популярным персонажам: фильму о Гарри Поттере, саге «Звездные войны» и многим другим.

«Primo» линия для новорожденных деток.

для детей дошкольного возраста «LEGO DUPLO». Яркие кубики удобно держать в руке, играть строить и познавать мир.

«Znap» менее известная линейка конструкторов, которая отличается от классического варианта, и оптимально подходит для создания мостов и оригинальных перекрытий.

самые современные варианты «Technic» и «Mindstorms». С их помощью можно сконструировать и запрограммировать собственного робота.

Отличительной особенностью конструкторов является использование особой сверхточной технологии, благодаря которой детали разного года выпуска подходят друг к другу, и из них можно построить что угодно.

История создания конструктора ЛЕГО – это был долгий и тернистый путь, который компания преодолела с успехом. Сегодня компания входит в ТОП –10 самых популярных производителей игрушек. Ее производственные мощности сосредоточены в нескольких странах, но самое большое производство находится там же, в Биллунде (Дания), где все начиналось. Только сегодня на этом заводе LEGO используется более 60 тонн пластика в день, чтобы ежегодно производить 21 млрд. качественных деталей.

Любовь к конструктору LEGO настолько велика, что ежегодно в разных частях мира организовываются фестивали любителей LEGO. Там строятся выдающиеся сооружения из простых блоков. Самой высокой башней из лего-кирпичиков считается 36–метровая конструкция в Тель-Авиве (Израиль). Помимо самого конструктора в мире построено 4 парка Леголенда (в Дании, Великобритании, США и Германии), которые ежегодно посещают миллионы людей.

LEGO MINDSTORMS – это конструктор новейшего поколения. Он состоит из программируемого контроллера, датчиков, моторов и большого количества обычных пластиковых деталей, с помощью которых можно построить робота и запрограммировать его на выполнение определенных функций.

Первый робототехнический конструктор был представлен компанией LEGO в 1998 году. Этот набор получил название LEGO MINDSTORMS: Robotics Invention System (RIS). В набор RIS входил интеллектуальный блок RCX, два мотора с встроенными редукторами, два датчика касания, один датчик освещённости и большое количество деталей. Дополнительно можно было приобрести датчик температуры и датчик вращения, которые не входили в комплектацию основного набора.

Программируемый блок, названный Robotic Control eXplorer (RCX), позволял подключить к нему датчики и моторы, написать программу, тем самым превратив любую конструкцию в самостоятельного робота, умеющего видеть, чувствовать, принимать решения и выполнять определённые действия.

Для RCX компанией LEGO выпущено пять различных датчиков:

датчик освещённости;

датчик температуры;

датчик вращения (точность 1/16 оборота);

датчик касания (без соединительного кабеля);

датчик касания.

Все эти датчики были разработаны для RCX и подключались к нему двухпроводным кабелем через электрический разъём в виде пластины 2х2 с контактами.

Набор MINDSTORMS NXT, выпущенный компанией LEGO в июле 2006 года является, по сути, полностью переработанной и улучшенной версией RIS. Контроллер получил дополнительный порт для подключения датчиков, память программ была увеличена до 256 Кб, а вместо двигателей в набор были включены сервомоторы с встроенными датчиками оборотов (энкодерами). Для связи с компьютером использован интерфейс USB Full Speed со скоростью передачи данных до 12 Мбит/c.

Новый программируемый блок NXT получил дополнительный входной порт, три интерактивных сервомотора со встроенными датчиками вращения, новые виды датчиков, Bluetooth-модуль, графический ЖК–дисплей с разрешением 100x64 точки, а также USB-интерфейс для связи с компьютером.

Компания LEGO занялась продвижением своего нового продукта в сферу системы образования и в мае 2007 года выпустила LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set – образовательную версию NXT. Набор был упакован пластиковую коробку с лотками для деталей, в него добавили дополнительный датчик касания, а также аккумулятор для контроллера. Образовательная версия наборов NXT стала активно продвигаться в качестве замены устаревшим как физически, так и морально наборам RIS с RCX. Количества деталей, поставлявшихся в стандартной коробке, явно не хватало для реализации сложных конструкций, поэтому в 2008 году был выпущен ресурсный набор LEGO MINDSTORMS Education Resource Set, содержащий большее количество различных шестерёнок, колёс и других необходимых деталей.

В 2009 году компания LEGO приняла решение обновить комплект NXT, выпустив улучшенную версию – набор LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. Кроме незначительных изменений в составе мелких деталей, обновленный набор получил новый датчик цвета взамен монохромного датчика освещённости. Из набора был исключён датчик звука, вместо него был добавлен ещё один датчик касания.

К разработке нового поколения LEGO MINDSTORMS было подключено более 800 преподавателей со всего мира. Компания LEGO учла все рекомендации, и в январе 2013 года, продолжая 15–летнюю историю серии MINDSTORMS, представила новую платформу – LEGO MINDSTORMS EV3 (последняя версия конструктора на текущий момент).

Аппаратные возможности управляющего контроллера были существенно расширены. В набор добавлен гироскопический датчик, который позволяет измерять углы поворота робота, а также улавливать изменения в его движении и положении. К новому контроллеру можно подключать уже до 4–х моторов. Количество моторов в наборе осталось прежним, однако один большой мотор заменен на средний мотор, который имеет меньшие размеры, вес и мощность. Средний мотор расширяет возможности конструктора, по задумке разработчиков он используется, когда скорость и быстрота отклика, а также размер робота важнее его грузоподъемности. В остальном средний мотор аналогичен большому мотору и также имеет встроенный датчик угла поворота.

Во многих странах широко распространено обучение в школах и колледжах с использованием наборов LEGO MINDSTORMS. С развитием этого опыта стали популярны соревнования роботов, где каждое учебное учреждение может выставить на соревнования свои команды. В России соревнования по робототехнике стали проводиться примерно с 2000 года. Сначала проходят соревнования в регионах, затем в Иннополисе (где собираются победители всех регионов), а после финалисты едут в другие страны для участия в WRO.

1.2. Пандемия COVID–19 

Пандемия COVID-19 – текущая пандемия, вызванная распространением коронавируса SARS-CoV-2.

Вспышка заболеваемости вирусом впервые была зафиксирована в Ухане, Китай, в декабре 2019 года. 30 января 2020 года Всемирная организация здравоохранения объявила эту вспышку чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения, имеющей международное значение, а 11 марта – пандемией. По состоянию на 14 ноября 2021 года зарегистрировано свыше 253 млн случаев заболевания по всему миру; подтверждено более 5,0 млн летальных исходов заболевания, что делает пандемию COVID-19 одной из самых смертоносных в истории.

В основном вирус SARS-CoV-2 передаётся при тесном контакте, чаще всего через небольшие капли, образующиеся при кашле, чихании и разговоре. Капли обычно падают на землю или на поверхности, а не перемещаются по воздуху на большие расстояния. Передача может также происходить через более мелкие капли, которые способны оставаться взвешенными в воздухе в течение более длительных периодов времени. Реже возможно заражение после прикосновения к загрязнённой поверхности, а затем к лицу.

К распространённым симптомам относятся: лихорадка, кашель, утомление, одышка, потеря вкуса и аносмия (потеря обоняния). При осложнениях могут возникать острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) и пневмония (воспаление лёгких). Инкубационный период, то есть отрезок времени от момента заражения до проявления симптомов, обычно составляет около 5 дней, но может варьироваться от 2 до 14 дней. С конца 2020 года существует несколько вакцин против COVID-19, ряд стран начал массовую вакцинацию против COVID-19.

В качестве профилактических мер рекомендуются мытьё рук, прикрывать рот и нос локтевым сгибом при кашле или чихании, поддержание дистанции от других людей (социальное дистанцирование), ношение защитной маски в общественных местах.

II. Выбор собственного варианта изделия

2.1. Рассуждения по поводу выбора конструкции.

В интернете было рассмотрено большое количество дозаторов. Типичные представлены в таблице №1.

Таблица №1

В конструкции моего дозатора будет применена механическая система нажатия на клапан подачи, приводимая в действие сигналом с ультразвукового датчика. Для изготовления несущей конструкции и всего механизма, буду использовать конструктор «LEGO MINDSTORMS EV3».

2.2. Подбор необходимого материала и инструментов, технология изготовления.

Выше было сказано, что основой изделия является конструктор «LEGO MINDSTORMS EV3». Для его сборки никакие инструменты не требуются.

III. Особенности технологии изготовления

3.1. Контроль качества работы

Контроль качества сборки изделия проводился на всех этапах работы, несмотря на то, что сборка осуществляется из готовых элементов конструктора.

IV.Оценка результата деятельности

4.1. Оценка качества выполненного проекта

Основную задачу, которую я ставил перед собой при работе над проектом, считаю выполненной. Я сделал дозатор дезинфицирующей жидкости, срабатывающий (подающий определённое количество вещества на ладони) от ультрозвукогого датчика. Качество сборки считаю удовлетворительным (все узлы и механизмы закреплены надёжно). Программное обеспечение написано без ошибок и выполняет поставленную задачу.

4.2. Экологическая экспертиза

Как уже было сказано выше, дозатор изготовлен с использованием элементов конструктора «LEGO MINDSTORMS EV3». Конструктор изготавливается из пластика, который при ПРАВИЛЬНОЙ (только по назначению) эксплуатации вреда окружающей среде не наносит. Но если пластиковые элементы конструктора попадают в окружающую среду, то они могут нанести непоправимый вред, т.к. могут быть проглочены животными (птицами, рыбами, млекопитающими), что приведёт к гибели живого существа.

4.3. Экономическая оценка (расчёт себестоимости изделия)

Корректно оценить стоимость данного дозатора не представляется возможным, т.к. элементы, вошедшие в его конструкцию, являются частью набора – конструктора «LEGO MINDSTORMS EV3», стоимостью 40000 рублей. Скорее всего мой дозатор будет разобран, для дальнейшей эксплуатации конструктора по назначению.

4.4. Поиск возможностей использования результатов проектирования

Поскольку результатом проектирования явилось изготовление материального объекта – дозатора, возможно несколько вариантов его применения.

Вариант 1 – использование по назначению в помещениях школы;

Вариант 2 – презентация на выставках;

Вариант 3 – участие в конкурсах и олимпиадах технической направлености.

Информационные ресурсы

https://mentamore.com/istoriya/sozdanie–konstruktora–lego.html

https://en.wikipedia.org/wiki/The_Lego_Group

http://smartep.ru/index.php?page=lego_mindstorms_review

http://smartep.ru/index.php?page=lego_mindstorms_review

https://ru.wikipedia.org/wiki/Пандемия_COVID-19

Приложение

Технологическая карта изготовления дозатора

Технологическая карта изготовления функциональной части дозатора

Алгоритм работы управляющего контроллера