Giáo án chuyên đề Công nghệ 12 Điện - Điện tử Cánh diều Bài 8: Hình thành ý tưởng và lập kế hoạch nghiên cứu dự án thiết kế robot thu hoạch dứa tự động

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- Bb yêu cầu HS đọc nội dung mục I. và trả lời các hỏi

Ý tưởng của một dự án nghiên cứu robot thu hoạch dứa xuất phát từ đâu?

- Mục tiêu của dự án nghiên cứu robot thu hoạch dứa là gì?

GV đặt câu hỏi

Để ý tưởng trở thành dự án nghiên cứu, các vấn để liên quan đến dự án cần được xác định là gì? Theo em, các vấn đề đó là gì? Lấy ví dụ với dự án nghiên cứu robot thu hoạch dứa.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời câu hỏi hình thành kiến thức: 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV chuyển sang nội dung tiếp theo.

I. HÌNH THÀNH Ý TƯỞNG

- Ý tưởng về robot thu hoạch dứa xuất phát từ quan sát công việc thu bạch đứa thủ công bởi người nông dân, đó là công việc khá vất vả, không an toàn, năng suất thấp và đòi hỏi số lượng lớn người tham gia khi vào mùa thu hoạch dứa chín hàng loạt.

- Mục tiêu của dự án là thiết kế robot thu hoạch dứa tự động bao gồm:

• Thiết kế robot thu hoạch dứa tự động với năng suất và độ chính xác cao.

• Thiết bị sử dụng các nguồn năng lượng sẵn có, phù hợp với môi trường và điều kiện làm việc.

• Việc thu hoạch được yêu cầu mang tính chọn lọc, cần nhận biết và chỉ thu hoạch các quả dứa chín.

- Để biến ý tưởng thành dự án, cần phải đặt câu hỏi và tự trả lời các vấn đề chính liên quan đến dự án. Những vấn đề chính đó là:

Vấn đề 1: Vấn đề thực tiễn cần giải quyết trong dự án là gì?

Ví dụ: Các vấn đề thực tiễn cần giải quyết là nâng cao năng suất thu hoạch, thay thế người nông dân bằng máy móc trong điều kiện làm việc khắc nghiệt và đáp ứng yêu cầu về lực lượng lao động.

Vấn đề 2: Mục tiêu của dự án là gì?

Ví dụ: Mục tiêu của dự án là thiết kế robot thu hoạch dứa hoạt động tự động bao gồm:

+ Thiết kế robot thu hoạch dứa tự động có nhiệm vụ cắt và vận chuyển chúng về nơi tập kết.  

+ Robot được trang bị hệ thống xử lí ảnh cho nhận dạng và phân loại dứa, sử dụng các động cơ điện và khí nén làm nguồn động lực, có cơ cấu cắt chuyên dụng để đảm bảo an toàn và hiệu quả thu hoạch.

Vấn đề 3: Tên của dự án được đặt như thế nào?

Tên của dự án cần phản ánh được đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Tên của dự án cần đầy đủ và súc tích.

Ví dụ: Đặt tên dự án theo một số gợi ý sau:

+ Nghiên cứu, chế tạo hệ thống robot thu hoạch dứa tự động cho bà con vùng Tây Nam Bộ.

+ Nghiên cứu, chế tạo hệ thống robot ứng dụng công nghệ xử lí ảnh trong công việc thu hoạch dứa.

+ Thiết kế robot thu hoạch dứa tự động tích hợp công nghệ xử lí ảnh.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

 - GV yêu cầu HS đọc nội dung mục II. Lập kế hoạch nghiên cứu dự án trong SGK và trả lời câu hỏi:

- Lập kế hoạch nghiên cứu dự án thiết kế robot thu hoạch dứa tự động gồm những công việc gì?

- Nêu những nội dung chính trong lập kế hoạch nghiên cứu dự án robot thu hoạch dứa tự động?

- GV có thể yêu cầu HS trả lời câu hỏi mở rộng: Hiệu chỉnh và hoàn thiện thiết kế gồm những nội dung công việc gì?

+ Kiểm tra hình dạng, kích thước, các chỉ tiêu kĩ thuật và hoạt động của sản phẩm có đạt yêu cầu không. Nếu sản phẩm thử nghiệm chưa đạt yêu cầu, nhóm thiết kế sẽ phải quay lại từ bước thiết kế và sẽ lặp lại cho đến khi sản phẩm thử nghiệm đã đạt tất cả các yêu cầu đặt ra.

+ Quá trình chế tạo, lắp ráp sản phẩm có gì vướng mắc hay có khó khăn cần khắc phục không? Sản phẩm lắp ráp có độ cứng vững yêu cầu để đảm bảo hoạt động tin cậy không?

+ Quá trình chạy thử nghiệm có an toàn và dễ dàng cho người vận hành không? 

+ Sản phẩm có ảnh hưởng đến môi trường xung quanh như thế nào?

+ Năng suất và hiệu suất làm việc của sản phẩm có đạt yêu cầu không?

- GV giới thiệu bảng mẫu kế hoạch dự án nghiên cứu thiết kế robot thu hoạch dứa tự động.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

 ........................

II. LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU DỰ ÁN

- Lập kế hoạch dự án nghiên cứu thiết kế robot thu hoạch dứa gồm các công việc chính sau:

+ Thu thập thông tin và đề xuất phương án.

+ Thiết kế sản phẩm.

+ Chế tạo thử, hiệu chỉnh và hoàn thiện thiết kế.

+ Báo cáo kết quả.

1. Nội dung công việc

a) Thu thập thông tin và đề xuất phương án.

- Khảo sát thực địa tại. Phân tích và đánh giá khả năng sử dụng robot thay thế người nông dân.

- Xem xét đặc tính sinh trưởng của cây dứa, đưa ra phương án về cấu hình robot phù hợp với việc thu hoạch quả dứa. 

- Xem xét các đặc tính canh tác cây dứa, đo đạc chiều dài cánh đồng và kích thước luống dứa, ước tính sơ bộ về kích thước của robot.

- Yêu cầu thu hoạch chọn lọc, chỉ thu hoạch quả chín, để lại quả xanh. Vì vậy, cần đề xuất phương án sử dụng trí tuệ nhân tạo để nhận dạng và phân loại quả dứa. 

- Xem xét kích thước và khoảng cách giữa các luống dứa, đưa ra các đề xuất về thiết bị di chuyển trên cánh đồng dứa.

- Khảo sát cơ sở hạ tầng nơi thu hoạch, lựa chọn các nguồn năng lượng phù hợp.

b) Thiết kế sản phẩm

Thiết kế cấu trúc cơ - điện của robot thu hoạch dứa (Hình 8.2)

- Xây dựng cấu trục hệ thống điều khiển

c) Chế tạo thử, hiệu chỉnh và hoàn thiện thiết kế

- Chế tạo các phần tử cơ khí: khung máy, các thanh nối, tay cắt và cấu kiện khác.

- Lắp ráp các thanh nối và thiết bị dẫn động lên khung máy. Sau đó, lắp động cơ truyền động các thanh nối, các cảm biến và các mạch điều khiển động cơ.

- Lập trình và ghép nối vi điều khiển với mạch điều khiển động cơ.

- Xây dựng bộ nhận dạng và phân loại dứa xanh/chín trên cơ sở trí tuệ nhân tạo.

- Ghép nối camera với máy tính và xây dựng chương trình xử lí ảnh, tính toạ độ quả dứa cần thu hoạch.

– Lập trình hoạt động toàn bộ hệ thống.

d) Báo cáo kết quả

- Sản phẩm của dự án được nghiên cứu nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế gì? Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của dự án.

- Các nội dung chính dự án đã thực hiện để đưa ra sản phẩm.

- Các kết quả đánh giá tính năng về thiết kế và vận hành của robot. Các điểm mới và sáng tạo cũng như hiệu quả kinh tế và xã hội mà dự án mang lại.

- Phương hướng phát triển ứng dụng và nâng cao tính năng của robot.

2. Phân công nhận lực và thời gian thực hiện

Bảng 8.1.

........................