Для конкурса!!! 29.04.2023 г. Высылаю модель конвейерной линии "Сортировщик мусора", собранный моими учениками объединения "Академия талатов-60" из наборов Лего EVE3 для конкурса Робофинист - 2023. Ребята у нас изучают радиотехнику, программирование микроконтроллеров Arduino и сборка конструкций из Lego.
Видео и основные фото делались пару месяцев назад, проект совершенствуется. Целью нашего проекта является изучение проблемы сортировки бытовых отходов и разработка модели конвейерной линии для сортировки деталей из конструктора “Lego Mindstorms EVE3” по цвету. В процессе разработки модели мы столкнулись с рядом задач, которые решали, по мере разработки конструкции: 1. Изучение применения надежных конструктивных решений для надежного соединения деталей модели. 2. Разработка и применение различных зубчатых передач. 3. Изучение передачи радиосигнала между программируемыми блоками. 4. Разработка программного обеспечения для конструкции. Прежде чем приступать к работе мы изучили состояние отрасли по переработке бытовых отходов. За год, с октября 2021 года по октябрь 2022 года, уровень сортировки твердых коммунальных отходов в России увеличился с 42,8% до 50%. Несмотря на стабильно растущую долю сортировки мусора, утилизируется лишь десятая часть всех ТКО. Именно утилизация предусматривает полезное использование ТКО - рециклинг, извлечение полезных компонентов, промышленное потребление отходов в качестве материала и сырья либо топлива. Большая же часть производимого в России бытового мусора - 80,6% - по-прежнему захоранивается. Сортировка отходов перед их захоронением позволяет сделать размещение ТКО на мусорном полигоне более экологичным и компактным. Сортировка мусора – актуальная проблема. Это непростая задача, которая усложняется социальным аспектом. Далеко не все граждане обладают достаточной мерой сознательности, чтобы сортировать бытовой мусор, поэтому содержание контейнеров максимально разнообразно: органика, металлы, стекло, бумага, текстиль, древесина, пластик. Такое количество «ингредиентов», тщательно перемешанных между собой, разделить на фракции чрезвычайно сложно, однако вполне возможно. Существует два базовых принципа сортировки мусора – негативный и позитивный. Первый вариант предполагает отделение всех видов отходов от целевого материала. Позитивный метод заключается в целенаправленном извлечении из общей массы только интересующих составляющих, например пластмасс. Негативный принцип наиболее затратный и сложный из-за необходимости применять целый ряд специфического оборудования, однако он позволяет разделить весь объем отходов на категории по виду материала. С другой стороны, если предприятие специализируется на переработке пластика, то использовать сложный комплекс для полной видовой сепарации нецелесообразно. Технические аспекты сортировки состоят из следующих этапов: 1. Выборка крупных составляющих на участке предварительной сортировки; 2. Обработка в магнитном сепараторе для извлечения включений из черных металлов; 3. Отсеивание в сепараторе фрагментов размером до 80 мм; 4. Выборка всех видов пластика при помощи оптических сканеров под управлением специального программного обеспечения; 5. Выборка включений из бумаги также при помощи оптических сканеров с дальнейшей ручной сортировкой макулатуры; 6. Обработка отобранного пластика в баллистическом сепараторе для отделения плоских и объемных фрагментов; 7. Ручная сортировка плёнок и объемных составляющих по виду пластмассы. Несмотря на применение высокотехнологичных оптических сканеров и специального ПО, в процессе полностью отказаться от участия человека и ручного труда пока невозможно, однако автоматические сортировочные линии характеризуются крайне высокой производительностью – несравнимой с полностью ручной сортировкой. Для проектирования моего проекта мы изучили материалы по разработке конвейерных линий, описания «умных» сортировщиков мусора. Исходя из возможностей набора Lego и наличия деталей, мы приняли решение изготовить небольшую модель, которая имитирует процессы сортировки «Негативным методом». Модель осуществляет выборку «отходов» на категории по виду материала. Условно, мы принимаем за пластик детали желтого цвета, за стекло синего цвета, бумажные отходы - это красный цвет тестовых деталей. Конструкция состоит из двух блоков управления Lego EVE3, восьми двигателей, размещенных в нескольких узлах конструкции. Первый узел – это контейнер, в который загружаются все детали. Он имеет форму воронки и находится на верхнем уровне всей конструкции. В нижней части контейнера имеется резиновая движущаяся лента, управляемая «Средним мотором». Лента постепенно двигает детали по направлению к сортировочному барабану, который является следующим узлом конструкции. Барабан размешивает детали, для того, чтобы они вываливались на ленту поштучно. Для экономии деталей стенки барабана сделаны их пластика. Прикрепить стенки пришлось винтами, так как штифты от Lego мешали выпадению тестовых деталей в воронку. Барабан приводится в движение «Средним мотором». Следующий узел – это лента, изготовленная из пластиковой гусеницы, на которой установлен датчик цвета. Лента приводится в движение «Большим мотором». При определении цвета детали, блок, к которому присоединен датчик цвета, по радиоканалу, используя встроенный модуль блютуз, передает цифровой сигнал другому блоку, который управляет этой лентой. Лента движется еще одну секунду и после того как деталь падает в камеру для перемещения, останавливается. В это время срабатывает «Средний мотор» на узле перемещения детали на основную ленту для перемещения деталей до нужного контейнера. В связи большим расходом деталей для сборки модели, я реализовал определение и сортировку деталей только трех цветов. Последний узел в модели состоит из ленты, по которой перемещаются тестовые детали и блоком с тремя моторами, которые в зависимости от цвета детали скидывают деталь в определенные контейнеры, для деталей определенного цвета. Программное обеспечение написано в среде «Lego» и состоит из двух отдельных программ. Первая программа получает данные о цвете детали с датчика цвета и в зависимости от цвета включает нужный мотор выталкивающий детали в контейнер. Сразу после определения цвета детали программа высылает сообщение второму блоку EVE3, содержащее цифровое значение 2, который останавливает свою ленту и включает мотор в камере перемещения. Через секунду программа высылает сообщение второму блоку EVE3, содержащее цифровое значение 0, для того чтобы задание не повторялось во время перемещения детали по основной ленте. После сортировки, все детали размещены по своим контейнерам и рассортированы по цветам «типу отходов». Отходы могут быть транспортированы, к месту дальнейшей обработки.
