Θέμα: Οικολογικής Γεωργίας- Βελτίωση παραγωγής/ συγκομιδής/Αστικής κηπουρικής
Διάρκεια: 8 Διδακτικές ώρες (εξαρτάται από τον αριθμό των μαθητώ και των ομάδων που θα δημιουργηθούν)
Τάξη: Δ’ Δημοτικού
Επίπεδο: Προηγούμενη γνώση ρομποτικής, προγραμματισμού σε μπλοκ γλώσσες, βασική γνώση κυκλωμάτων Arduino
Περίληψη
Το Robofarmer είναι ένα ρομπότ – αγρότης το οποίο θα γίνει ο βοηθός κάθε αγρότη σε οποιοδήποτε χωράφι ή θερμοκήπιο. Θα διαθέτει κατάλληλους αισθητήρες και εργαλεία για να εκτελεί πιο γρήγορα και πιο αποδοτικά τις εργασίες ενός, ή και περισσοτέρων, αγροτών.
Στόχοι:
- Ανάπτυξη δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων
- Ενθάρρυνση συνεργασίας και ομαδικότητας
- Εκμάθηση προγραμματισμού και αλγοριθμικής σκέψης
- Βελτίωση τεχνολογικού γραμματισμού
- Εισαγωγή αρχών ηλεκτρικών κυκλωμάτων
- Ενθάρρυνση διεπιστημονικής μάθησης
- Ευαισθητοποίηση σε θέματα περιβάλλοντος
Έρευνα
Μελέτη υπάρχουσας κατάστασης
Αυτή τη στιγμή υπάρχουν αρκετές εταιρίες που έχουν κατασκευάσει ρομποτ που χρησιμοποιούνται στην γεωργία.
See and Spray – Blue River Technology:
Διαθέτει αισθητήρες που εντοπίζουν τα ζιζάνια στις καλλιέργειες
See & Spray – John Deere:
Και αυτό το ρομπότ στενεύει στον εντοπισμό και ψεκασμό ζιζανίων
Lettuce Bot – Blue River Technology:
Ειδικά διαμορφωμένο για χωράφια με μαρούλια που καθαρίζει την περιοχή γύρω από τα μαρούλια
Agbot II – Πανεπιστήμιο Αρκάνσας:
Αυτόνομο ρομπότ το οποίο συλλέγει δείγματα από το έδαφος και από τα φυτά και ψεκάζει με λίπασμα και φυτοφάρμακο
Farmhand – Abundant Robotics:
Με ειδική κάμερα αναγνωρίζει τα ώριμα φρούτα από τα δέντρα και να τα συλλέξει
SwagBot – Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ:
Το συγκεκριμένο ρομπότ σχεδιάστηκε για τον έλεγχο της υγείας των ζώων και την παρακολούθηση βοσκοτόπων
Πρόβλημα ανάγκη
Τα υπερσύγχρονα αυτά ρομπότ έχουν δυο βασικά μειονεκτήματα, το μεγάλο κόστος και η έλλειψη παραμετροποίησης.
Το κόστος τέτοιων ρομπότ διαφέρει ανάλογα τις λειτουργίες, τους αισθητήρες που διαθέτουν, τα λογισμικά και το μέγεθός τους. Ενδεικτικά το Lettuce Bot που κοστίζει περίπου 100.000€, το Farmhand κοστίζει 250.000€. Το κόστος των πιο οικονομικών ρομπότ ξεκινάμε από 50.000€ και μπορούν να φτάσουν τις 500.000€ Οι τιμές αυτές καθιστούν τα αγροτικά ρομπότ δυσπρόσιτα για τον μέσο αγρότη και κυρίως για εκείνους με μικρές εκτάσεις χωραφιών.
Επίσης τα συγκεκριμένα ρομπότ λειτουργούν σε στρέμματα με ίδια παραγωγή. Πχ το Lettuce Bot θα είναι χρήσιμο μόνο σε μεγάλες εκτάσεις χωραφιών με λάχανα. Το γεγονός αυτό δεν ανταποκρίνεται στην ελληνική αγροτική παραγωγή καθώς ένας αγρότης μπορεί να έχει εκτάσεις χωραφιών με διαφορετικές παραγωγές (καλαμπόκι, ακτινίδια, τριφύλλι κλπ). Η αγορά ενός ρομπότ με συγκεκριμένες λειτουργίες θα μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε μερικά χωράφια και όχι σε όλα.
Με τα βάση αυτά τα δεδομένα υπάρχει η ανάγκη για την δημιουργία ενός πολύ πιο οικονομικού ρομπότ και παράλληλα να μπορεί να προσαρμόζεται για τις ανάγκες του κάθε αγρότη.
Σχεδιασμός
Προτεινόμενη λύση
Η λύση που προτείνουμε είναι η κατασκευή ενός ρομπότ αγρότη, ανοιχτού κώδικα, με απλά υλικά έτσι ώστε το κόστος κατασκευής να είναι αρκετά χαμηλό. Παράλληλα θα υπάρχει η δυνατότητα να προσαρμόζονται διάφορα Modules επάνω στο ρομπότ ανάλογα με τις ανάγκες του χωραφιού.
Το συγκεκριμένο πρωτότυπο (prototype) θα μπορούσε να λειτουργήσει σε μικρές εκτάσεις ή θερμοκήπια. Αργότερα θα μπορεί να προσαρμοστεί (μεγαλύτερες ρόδες, πιο ανθεκτικά υλικά κλπ) ώστε να χρησιμοποιηθεί σε πραγματικές συνθήκες.
Πρωτοτυπία λύσης
Το μικρό κόστος κατασκευής αλλά και η προσαρμοστικότητά στις ανάγκες του κάθε χωραφιού είναι δυο από τις πρωτοτυπίες του ρομπότ. Σε βάθος χρόνου, σκοπός είναι να δημιουργηθεί μια βάση δεδομένων ώστε να αποθηκεύονται τα διαφορετικά modules που έχουν δημιουργηθεί. Με αυτό τον τρόπο ο αγρότης θα μπορεί να γνωρίζει ποιο ακριβώς Module αισθητήρων και εξαρτημάτων θα χρειάζεται.
Λίστα υλικών και εργαλείων και ενδεικτικό κόστος
| Τιμή | Τεμάχια | Τ/Τ | |
|---|---|---|---|
| Arduino Mega | 30 € | 1 | 30 € |
| Breadboard | 4.5 € | 1 | 4.5 € |
| Jumpers F/M | 4.0 € | 1 | 4.0 € |
| Jumpers F/M | 4.0 € | 1 | 4.0 € |
| Driver Module | 4,2 € | 1 | 4,2 € |
| Dc Motors | 9 € | 4 | 36.0 € |
| IR Color | 9.90 € | 1 | 9.9 € |
| Battery holder | 2 € | 1 | 2 € |
| Water pump | 7 € | 3 | 21.0 € |
| Bluetooth | 7.4 € | 1 | 7.4 € |
| Switch button | 2 € | 2 | 1.5 € |
| Wheels | 2 € | 4 | 8 € |
| Σύνολο | 130.5 € |
Επιπλέον Υλικά
- 3D Printer
- Laptop
Λογισμικά:
- mBlock
Τελικό σχέδιο κυκλώματος
Εδώ μπορείτε να βρείτε και το αρχείο Fritzing
Βασικός αλγόριθμος
Υλοποίηση και Εκπαιδευτικό υλικό
Πλάνο μαθήματος
Το συγκεκριμένο έργο υλοποιήθηκε από μαθητές Δ’ Δημοτικού οι οποίοι είχαν προηγούμενη γνώση ρομποτικής και κυκλωμάτων Arduino και μπορεί να απευθυνθεί και σε μεγαλύτερους μαθητές.
Από εδώ μπορείτε να δείτε το αναλυτικό πλάνο μαθήματος.
Στον ίδιο φάκελο υπάρχουν και οι παρουσιάσεις με αναλυτικές οδηγίες για τα κυκλώματα, τον προγραμματισμό κλπ που θα έχουν οι μαθητές για τις 8 διδακτικές ώρες
Github
Σελίδα github: https://github.com/kithendor/Robofarmer
Μέσα στο github υπάρχουν διαθέσιμα:
- Προγραμματισμός mblock
- Σχέδια μαθήματος
- Σχέδια 3d print
- Κύκλωμα
- Φωτογραφίες
Φωτογραφίες
