UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo
Zasnova in razvoj naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa
Matej Kumperger
Ljubljana, september 2021
Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje
Strojništvo - Razvojno raziskovalni program
UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo
Zasnova in razvoj naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa
Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo - Razvojno raziskovalni program
Matej Kumperger
Mentor: doc. dr. Andrej Žerovnik, univ. dipl. inž.
Somentor: doc. dr. Miha Ambrož, univ. dipl. inž.
Ljubljana, september 2021
Zahvala
Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Andreju Žerovniku in somentorju doc. dr. Mihi Ambrožu za vse nasvete in pomoč pri pisanju zaključne naloge. Zahvaljujem se Katedri za modeliranje v tehniki in medicini za financiranje projekta ter za uporabo prostorov in opreme.
Posebna zahvala gre izr. prof. dr. Janku Božiču za nasvete s področja čebelarstva.
Na koncu se zahvaljujem tudi družini, ki me je spodbujala pri študiju in pri pisanju tega dela.
Izvleček
UDK 621.7:638.178.8(043.2) Tek. štev.: UN I/1556
Zasnova in razvoj naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa
Matej Kumperger
Ključne besede: čebelarstvo čebelji strup pobiranje zasnova prototip
V zaključni nalogi sta prikazana zasnova in razvoj naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa. Razvoj se prične z analizo pobiralcev čebeljega strupa. Sledi pregled teorije s področja pobiranja čebeljega strupa. Predstavljen je potek razvoja preko postavitve zahtev, definicij tehničnega procesa in funkcijske strukture, izbire koncepta ter dimenzioniranja.
Rezultat razvoja je podroben tridimenzionalen geometrijski model, na podlagi katerega je izdelana tehnična dokumentacija. V nadaljevanju sta predstavljeni stroškovna analiza in izdelava prototipa. V zaključku naloge je predstavljen prototip naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa in njegovo delovanje.
Abstract
UDC 621.7:638.178.8(043.2) No.: UN I/1556
Design and development of device for bee venom collectors testing
Matej Kumperger
Key words: beekeeping bee venom collecting design prototype
The thesis presents the design and the development of a device used for bee venom collectors testing. The development begins with an analysis of bee venom collectors, followed by an overview of theories in the field of bee venom collecting. The course of development is presented through the set of requirements, definitions of the technical process and the functional structure, ending with choice of the design concept and dimensioning. The result is a detailed threedimensional geometric model, based on which the technical documentation is prepared. It shows pricing analysis and making of the prototype as well. The thesis is concluded with presentation of the protypted device and its operation.
Kazalo
Kazalo slik ... xii
Kazalo preglednic ... xiii
Seznam uporabljenih okrajšav ... xiv
1 Uvod ... 1
1.1 Ozadje problema ... 1
1.2 Cilji ... 1
2 Teoretične osnove in pregled literature ... 2
2.1 Pobiranje čebeljega strupa ... 2
Naprava za pobiranje čebeljega strupa (FS in ČZS) ... 2
2.1.1.1 Delovanje ... 3
2.2 Pogovor s čebelarjem... 4
2.3 Shuttle box ... 4
Shuttle box in čebele ... 5
2.4 Odzivnost čebel na svetlobo ... 5
Vidno območje čebel ... 6
3 Zasnova naprave ... 7
3.1 Osnovna ideja ... 7
3.2 Osnovne zahteve ... 8
Zahteve mehanskega dela ... 8
Zahteve krmilnega dela ... 9
Zahteve za udobje čebel ... 9
3.3 Tehnični proces ... 9
3.4 Funkcijska struktura ... 10
Opis funkcijske strukture ... 10
3.5 Koncipiranje mehanskega dela ... 11
Morfološka matrika ... 11
Opredelitev izbranega koncepta ... 14
Izbira materialov ... 15
3.6 Koncipiranje krmilnega dela ... 15
Morfološka matrika ... 15
Izbira koncepta ... 16
3.6.2.1 Postavitev komponent ... 17
Izbira komponent ... 17
Shema krmilnega vezja ... 19
4 Dimenzioniranje ... 20
5 Geometrijski model ... 22
5.1 Predstavitev modela ... 22
Vstavitev in odstranitev čebel ... 22
Usmerjanje čebel ... 24
Prehod čebel čez pobiralec ... 24
Hranjenje čebel ... 25
Izpolnitev ostalih zahtev ... 26
6 Stroškovna ocena ... 29
Stroški komponent mehanskega dela ... 29
Stroški komponent krmilnega dela ... 29
Skupni stroški ... 30
7 Izdelava ... 31
7.1 Mehanski del ... 31
7.2 Krmilni del ... 32
Povezava komponent ... 32
Programiranje ... 33
Kamere ... 33
8 Rezultati in diskusija ... 34
9 Zaključki ... 39
Literatura ... 40
Priloga A ... 42
Priloga B ... 43
Kazalo slik
Slika 2.1: Naprava za pobiranje čebeljega strupa (1 – krmilna enota z virom napetosti, 2 – zbirna
plošča z električnimi vodniki, 3 – dvožilni kabel s priključki) [3] ... 3
Slika 2.2: Naprava med pobiranjem čebeljega strupa na AŽ panju [4] ... 3
Slika 2.3: Prikaz usmerjanja s shuttle boxom [7] ... 5
Slika 2.4: Primerjava vidnega spektra ljudi in čebel [9] ... 6
Slika 3.1: Skica osnovne ideje... 7
Slika 3.2: Blokovna shema tehničnega procesa ... 10
Slika 3.3: Funkcijska struktura ... 11
Slika 3.4: Skica izbranega koncepta mehanskega dela ... 14
Slika 3.5: Prikaz položajev mehatronskih komponent ... 17
Slika 3.6: Shema krmilnega vezja ... 19
Slika 4.1: Dopolnjeni skici koncepta ... 20
Slika 5.1: Predal za vstavitev čebel ... 23
Slika 5.2: Snemljivi pregradi (prikaz naprave z zadnje strani) ... 23
Slika 5.3: Varovalo predala ... 23
Slika 5.4: Položaj LED trakov (naprava je prikazana v prerezu) ... 24
Slika 5.5: Distančnika (naprava je prikazana v prerezu) ... 24
Slika 5.6: Pobiralec čebeljega strupa (naprava je prikazana brez pokrova) ... 25
Slika 5.7: Plošča za usmerjanje čebel (naprava je prikazana v prerezu) ... 25
Slika 5.8: Priključek za hrano ... 25
Slika 5.9: Mrežica pod priključkoma za hrano... 26
Slika 5.10: Snemljiv pokrov za vpogled v notranjost ... 26
Slika 5.11: Odprtina za prezračevanje in mreža ... 27
Slika 5.12: Snemljivi komori ... 27
Slika 5.13: Ojačitev nosilne plošče ... 28
Slika 5.14: Postavitev ostalih mehatronskih komponent – a) glavni SBC, b)pomožni SBC s kamero in ohišjem, c) zgornja kamera, d) PWM gonilnik ... 28
Slika 7.1: Nosilec kamere privijačen na ohišje ... 31
Slika 7.2: Predal za čebele s pritrjeno mrežo ... 32
Slika 7.3: Krmilni del naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa ... 32
Kazalo preglednic
Preglednica 3.1: Vhodne in izhodne informacije tehničnega sistema ... 10
Preglednica 3.2: Morfološka matrika mehanskega dela ... 12
Preglednica 3.3: Predstavitev delovnih principov izbranega koncepta mehanskega dela ... 14
Preglednica 3.4: Materiali in postopki spajanja ... 15
Preglednica 3.5: Prikaz izbire materialov... 15
Preglednica 3.6: Morfološka matrika krmilnega dela ... 16
Preglednica 3.7: Predstavitev izbranega koncepta ... 17
Preglednica 3.8: Mehatronske komponente za izpolnitev delnih funkcij. ... 18
Preglednica 3.9: Pomožne mehatronske komponente. ... 18
Preglednica 4.1: Sestavni deli naprave prikazani na skici (slika 4.1) ... 21
Preglednica 4.2: Opredelitev funkcionalnih dimenzij ... 21
Preglednica 6.1: Stroški mehanskega dela ... 29
Preglednica 6.2: Stroški izdelave krmilnega dela ... 30
Preglednica 6.3: Stroški izdelave naprave ... 30
Seznam uporabljenih okrajšav
Okrajšava Pomen
3D tridimenzionalen
AŽ Alberti-Žnideršičev panj
LED svetleča dioda (angl. light-emitting diode)
LR Langstroth-Rootov panj
PETG polietilen tereftalat glikol, plastomer PMMA polimetil metakrilat, umeten polimer
PWM pulzno-širinska modulacija (angl. pulse-width modulation)
RGB barvni model na osnovi seštevana rdeče (angl. red), zelene (angl.
green) in modre (angl. blue) barve
SBC kartični računalnik (angl. single-board computer)
SSH protokol za upravljanje računalnika na daljavo (angl. secure shell) USB univerzalno serijsko vodilo (angl. universal serial bus)
IR infrardeča
UTP neoklopljena sukana parica (angl. unshielded twisted pair)
1 Uvod
1.1 Ozadje problema
Čebelji strup je beljakovinski izloček, ki ga čebele pri piku vbrizgajo v vsiljivca pri samoobrambi in obrambi panja. Pri vbrizgu v človeško telo čebelji strup povzroči blage do zmerne bolečine in otekline na mestu pika, ki običajno niso nevarne in izginejo nekaj ur po piku. Pri alergikih je reakcija pogosto močnejša in je potrebno ukrepati [1].
Ob ustrezni uporabi je čebelji strup za človeka koristen, zato se v zadnjem času veliko vlaga v raziskave načinov in razvoj naprav za njegovo pridobivanje. Čebelji strup se uporablja predvsem v medicini in kozmetični industriji, kjer služi kot naravni nadomestek za botoks.
Vrednost čebeljega strupa je močno odvisna od njegove kakovosti. Na enoto količine lahko doseže občutno višjo vrednost kot zlato [2].
Namensko napravo za pobiranje čebeljega strupa pred AŽ in LR panji so v sodelovanju s Čebelarsko zvezo Slovenije (ČZS) razvili na Fakulteti za strojništvo (FS) [3].
1.2 Cilji
Cilj zaključne naloge je razviti napravo za testiranje pobiralcev čebeljega strupa, s katero bo mogoče analizirati vpliv nastavitve parametrov pobiralcev čebeljega strupa, ki so bili razviti na FS, na učinkovitost pobiranja. Naprava bo namenjena testiranju v laboratorijskem okolju.
Z napravo želimo ugotoviti, kako nastavljeni parametri vplivajo na količino in čistost čebeljega strupa ter njihov vpliv na obnašanje čebel.
Dolgoročni cilj je nadgraditi znanje na področju pobiranja čebeljega strupa. Pri tem bi lahko pomembno vlogo odigrala tudi naprava, ki jo snujemo.
2 Teoretične osnove in pregled literature
2.1 Pobiranje čebeljega strupa
V preteklosti se je čebelji strup uporabljal izključno v zdravilne namene. Pridobivalo in uporabljalo se ga je z neposrednimi nadzorovanimi čebeljimi piki v okolici obolelih mest na telesu [4].
Naprave, ki se trenutno uporabljajo, čebele z mehanskimi, kemičnimi ali električnimi dražljaji pripravijo do pika gladke površine. Pri piku čebela spusti strup na površino, iz katere ga previdno poberemo. Pri takšnem načinu pobiranja potrebujemo približno 10 000 pikov čebel za pridobitev 1 g čebeljega strupa [4].
Na trgu je nekaj različnih izvedb pobiralcev čebeljega strupa. Za nas je zanimiva izvedba razvita na FS.
Naprava za pobiranje čebeljega strupa (FS in ČZS)
Septembra 2020 so na FS, po naročilu ČZS, razvili in izdelali napravo za pobiranje čebeljega strupa. Naprava je bila izdelana v dveh izvedbah, primernih za pobiranje na žrelih AŽ in LR panjev [3]. Dotična naprava in njeni sestavni deli so prikazani na sliki 2.1.
Teoretične osnove in pregled literature
Slika 2.1: Naprava za pobiranje čebeljega strupa (1 – krmilna enota z virom napetosti, 2 – zbirna plošča z električnimi vodniki, 3 – dvožilni kabel s priključki) [3]
2.1.1.1 Delovanje
Zbirno ploščo vpnemo na žrelo panja in v bližino postavimo krmilno enoto ter ju povežemo s kablom. Z vrtljivimi gumbi na krmilni enoti nastavimo parametre električnega signala.
Nastavimo željeno napetost, dolžino pulza in dolžino premora med pulzi. Ob vklopu glavnega stikala se pobiranje lahko začne.
Ko čebela pristane na napravi, se dotakne dveh vodnikov in s tem sklene električni krog.
Skoznjo steče tok, ki jo razdraži. Razdražena čebela piči zbirno ploščo, kjer pusti kapljico čebeljega strupa. Strup se na zbirni plošči v nekaj minutah posuši in se nanjo prilepi. Med postopkom pobiranja čebele niso poškodovane. Po izklopu glavnega stikala napravo odstranimo in iz nje izvlečemo zbirno ploščo. S plošče previdno postrgamo zbran čebelji strup.
Slika 2.2: Naprava med pobiranjem čebeljega strupa na AŽ panju [4]
Teoretične osnove in pregled literature
Naprava je bila testirana s strani ČZS in je v primerjavi s konkurenčnimi izdelki na trgu dobro opravila svojo nalogo [4]. Pri izvedbi testov na ČZS v raziskavo niso vključili vpliva nastavljivih parametrov naprave. Optimalno nastavitev le-teh želimo določiti z napravo, ki jo razvijamo v okviru te zaključne naloge.
2.2 Pogovor s čebelarjem
Dogovorili smo se za sestanek z izrednim profesorjem Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani, dr. Jankom Božičem. Dr. Božič je strokovnjak na področju čebelarstva in je tudi sam čebelar.
Predstavili smo mu idejo o napravi za testiranje pobiralcev čebeljega strupa, koncept pobiralca pa je poznal že od prej. Zatrdil je, da trenutno nimamo tehnologije, s katero bi lahko določili parametre za optimalno pobiranje čebeljega strupa. Dosedanje teoretično znanje o čebelah pa tudi ne nudi utemeljenih odgovorov na to temo.
V nadaljevanju pogovora nam je predstavil primer učenja čebel z napravo imenovano shuttle box [5]. Gre za napravo, s katero lahko spremljamo obnašanje živali – v tem primeru čebel.
Po njegovem mnenju bi lahko z napravo, ki deluje na podoben način, čebele pripravili do nadzorovanega prehajanja čez pobiralec.
Dr. Božič meni, da bi čebele najlažje usmerjali s svetlobnimi signali. Opozoril nas je, da je vidno območje čebel drugačno od človeškega. Po njegovih izkušnjah se čebele dobro odzivajo na modro in rumeno barvo, rdeče pa ne zaznajo. Pri napravi bi bilo smiselno uporabiti svetlobne elemente, ki omogočajo nastavitev barve svetlobe.
Pogovorili smo se še o pričakovanem obnašanju čebel in o morebitnih motečih dejavnikih.
Napotke smo upoštevali, ko smo pripravljali seznam zahtev.
2.3 Shuttle box
Shuttle box je naprava, namenjena proučevanju obnašanja živali. Zgrajena je iz več prostorov, med katerimi je omogočen prehod. V vsakem prostoru z različnimi svetlobnimi, temperaturnimi, zvočnimi, atmosferskimi in vlažnostnimi pogoji ustvarimo različna okolja.
Teoretične osnove in pregled literature
Na sliki (slika 2.3) se pes umika iz prostora, kjer so vodniki pod električno napetostjo.
Slika 2.3: Prikaz usmerjanja s shuttle boxom [7]
Shuttle box in čebele
Francoski in ameriški znanstveniki so objavili članek o učenju čebel s shuttle boxom [5].
Dokazali so, da lahko čebele s pomočjo električnih pulzov privadimo na določeno barvo svetlobe. Učinek je kratkotrajen, vendar merljiv. Za usmerjanje so uporabili zeleno in rumeno svetlobo.
Za nas so rezultati raziskav s članka spodbudni, saj nakazujejo, da čebele sledijo umetni svetlobi v laboratorijskem okolju. Raziskava, ki je opisana v članku [5], med drugim nakazuje tudi, da se čebele drugače odzivajo na svetlobe različnih barv. To potrdi smiselnost vgradnje svetlobnega elementa, ki omogoča nastavitev barve v napravo, ki jo razvijamo.
2.4 Odzivnost čebel na svetlobo
Čebele imajo prirojen vedenjski vzorec, imenovan pozitivna fototaksija [8]. Zaradi tega čebele nagonsko sledijo svetlobi oziroma se zadržujejo na območjih, kjer je močna svetloba, saj so tam ugodnejši pogoji za njihovo preživetje. Če ni svetlobe, se čebele zadržujejo v panjih – recimo ponoči.
Teoretične osnove in pregled literature
Vidno območje čebel
Čebele vidijo drugače kot ljudje. Zaznajo barve od oranžne do ultravijolične. Ne zaznajo rdeče barve [9].
Zanimivo je, da čebele dražljaj barvnega odtenka povežejo z barvo cveta poznane rastline oziroma z njenim nektarjem [8]. To pojasni, zakaj se čebele bolj odzovejo na določene barve.
Slika 2.4: Primerjava vidnega spektra ljudi in čebel [9]
3 Zasnova naprave
V naslednjih točkah je prikazan postopek snovanja naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa. Cilj tega koraka je izbira in opredelitev koncepta.
3.1 Osnovna ideja
Razvijamo specifično napravo, namenjeno testiranju točno določenega tipa pobiralcev čebeljega strupa, ki se ne proizvaja serijsko in na širšem trgu ni dostopen. Snujemo povsem nov izdelek, za katerega na trgu ni referenčnih izdelkov.
Osnovno idejo o obliki in delovanju naprave definiramo ob pregledu teoretičnih osnov. Pri tem se močno zanašamo na izkušnje, znanje in predloge čebelarja. Na podlagi te ideje (slika 3.1) poteka nadaljnji razvoj.
Zasnova naprave
Naprava bo delovala podobno, kot deluje shuttle box. Od tu povzamemo idejo o dveh povezanih prostorih, namenjenih zbiranju čebel. Na prehodu med prostoroma bo prostor za namestitev pobiralca čebeljega strupa. Na voljo nam je izvedba pobiralca za pobiranje pred LR panji, zato moramo prostor znotraj naprave dimenzijsko prilagodili zanj.
Čez pobiralec bomo čebele usmerjali s svetlobnimi signali. Usmerjanje bomo izvajali tako, da bomo v smiselnem zaporedju prižigali in ugašali svetlobne elemente. Časovni parameter zaporedja prižiganja in ugašanja neposredno vpliva na frekvenco prehoda čebel čez pobiralec. Podatka o optimalni barvi svetlobe in optimalni frekvenci prehoda nimamo, zato morata biti barva svetlobe in časovni interval prehoda nastavljiva.
3.2 Osnovne zahteve
Gre za unikatno in neprimerljivo napravo, zato lahko zahteve prosto definiramo za potrebe testa, ki ga želimo z napravo opravljati. Definicija zahtev je ključna za nadaljnji razvoj.
Za potrebe razvoja napravo razdelimo na dva dela, in sicer na mehanski in krmilni del.
Mehanski del predstavlja ohišje naprave, krmilni del pa predstavlja skupek med seboj povezanih, standardnih mehatronskih komponent in skrbi za delovanje naprave. Krmilni del bo vgrajen znotraj mehanskega dela, zato moramo pri oblikovanju mehanskega dela zanj predvideti ustrezen prostor.
Mehanski in krmilni del med delovanjem ne sodelujeta, zato lahko razvoja potekata ločeno.
Oba dela bosta v posrednem ali neposrednem stiku s čebelami in bosta vplivala na njihovo vedenje. Da bodo rezultati realni in smiselni, moramo pri razvoju poskrbeti za varnost in udobje čebel, ki bodo med testiranjem v napravi.
Pripravimo dva ločena seznama zahtev, katerima dodamo seznam zahtev za udobje čebel.
Zahteve mehanskega dela
Mehanski del zajema ohišje. Ohišje bo opravljalo funkcijo shuttle boxa, kar pomeni, da mora vsebovati dva prostora za zadrževanje čebel, ki sta povezana s prehodom. Na prehodu bo nameščen pobiralec čebeljega strupa. Mehanski del bo med delovanjem nepremičen.
Zasnova naprave
‐ možnost čiščenja notranjosti,
‐ nastavitev višine prehoda nad pobiralcem,
‐ možnost vpogleda v notranjost,
‐ prostor za komponente krmilja.
Zahteve krmilnega dela
Glavna naloga krmilnega dela je usmerjanje čebel čez pobiralec. Zgoraj smo določili, da bo usmerjanje zagotovljeno s svetlobnimi signali, ki jih bodo generirali svetlobni elementi.
Ostale zahteve krmilja so:
‐ nastavitev barve svetlobe za usmerjanje,
‐ nastavitev časovnega intervala vklopov in izklopov posameznih svetlobnih elementov,
‐ nastavitev in pomnjenje različnih režimov delovanja,
‐ možnost spremljanja dogajanja v notranjosti.
Zahteve za udobje čebel
Zagotoviti moramo pogoje za preživetje čebel in odstraniti neželene dejavnike, ki bi lahko vplivali na rezultate testiranja. Na podlagi podatkov, ki smo jih pridobili med pogovorom s čebelarjem, definiramo sledeče zahteve:
‐ prostor za vsaj 400 čebel (vsaj 1 cm3 prostora na čebelo),
‐ zaloga tekoče hrane, do katere je čebelam ves čas omogočen dostop,
‐ mreža pod prostorom, kjer se nahajajo čebele,
‐ notranjost brez dnevne svetlobe,
‐ brez vibracij v bližini čebel,
‐ zračenje prostorov v notranjosti.
Zahteve za udobje čebel morata izpolnjevati tako mehanski kot krmilni del.
3.3 Tehnični proces
Za lažje razumevanje definiramo tehnični proces delovanja naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa. V tem koraku podrobnosti tehničnega procesa niso pomembne, zato ga shematsko prikažemo kot črno skrinjico. Pomembne so veličine, ki vanj vstopajo oziroma iz njega izstopajo.
Zasnova naprave
Slika 3.2: Blokovna shema tehničnega procesa
Za rezultate testa je pomemben tok informacij. Tok informacij za naš primer razčlenimo in ga predstavimo s tabelo (preglednica 3.1).
Preglednica 3.1: Vhodne in izhodne informacije tehničnega sistema
vhodne informacije (nastavitve testa) izhodne informacije (podatki o testu)
višina prehoda količina čebeljega strupa
režim delovanja čistost čebeljega strupa
barva svetlobe obnašanje čebel
3.4 Funkcijska struktura
Za izdelavo funkcijske strukture definiramo glavni tok materiala. V našem primeru glavni tok predstavlja potovanje čebel skozi napravo. Glavno funkcijo razčlenimo na delne funkcije. Rezultat je funkcijska struktura. Delnim funkcijam bomo v nadaljevanju priredili delovne principe za njihovo izpolnitev.
Opis funkcijske strukture
Na začetku v napravo vstavimo čebele. Čebele vzamemo iz panja in jih označimo kot močne.
Zasnova naprave
Slika 3.3: Funkcijska struktura
Od te točke naprej razvoja mehanskega in krmilnega dela potekata ločeno. Na funkcijski strukturi (slika 3.3) so z modro barvo označene delne funkcije, ki jih opravlja mehanski del, z rdečo pa tiste, ki jih opravlja krmilni del.
3.5 Koncipiranje mehanskega dela
Morfološka matrika
Morfološka matrika je pripomoček, ki služi za pridobitev konceptov. Vanjo vnesemo delne funkcije funkcijske strukture (slika 3.3). V morfološko matriko mehanskega dela vnesemo delne funkcije, ki so zapisane z modro barvo. Delnim funkcijam priredimo delovne principe za njihovo izpolnitev.
Nabor delovnih principov pridobimo z metodo »brainstorming«. Ta poteka tako, da naštevamo rešitve, ne da bi o njih premišljevali. Kasneje rešitve pregledamo in jih opremimo s skicami. V nadaljevanju temeljito razmislimo o zbranih rešitvah in zanje navedemo prednosti ter slabosti.
Zasnova naprave
Preglednica 3.2: Morfološka matrika mehanskega dela
delna funkcija delovni principi
vstavitev in odstranitev
čebel
opis snemljivi komori s
čebelami
snemljiva predala s čebelami
vstavitev čebel skozi odprtino
loputi s tečaji
skica
prednosti malo sestavnih delov nadzor nad odstranjenimi čebelami
vstavitev čebel v laboratoriju
hitra menjava čebel
slabosti nekompatibilnost s krmiljem
dvojne stene zamudna menjava čebel ni nadzora nad izpuščenimi čebelami
prehod čebel čez
pobiralec opis čez celoten pobiralec čez vodnike pobiralca
Zasnova naprave hranjenje čebel opis privitje plastenke na ohišje vstavitev plastenke na
ohišje
priprava za dovajanje tekoče hrane oblikovana z
ohišjem skica
prednosti dobra pričvrstitev plastenke preprosta izvedba kompaktna izvedba slabosti kompleksna mehanska
izdelava
šibka pritrditev plastenke nepraktično
nastavitev višine prehoda
opis nastavitev z vijaki nastavitev z distančniki skica
prednosti brezstopenjska nastavitev višine
natančna in ponovljiva nastavitev višine slabosti ne ponovljiva nastavitev
višine
večje število različnih distančnikov
Zasnova naprave
Opredelitev izbranega koncepta
Opazimo, da se delovni principi, navedeni v morfološki matriki, med seboj ne izključujejo.
Prednosti in slabosti posameznega delovnega principa neposredno predstavljajo tudi prednosti in slabosti končnega koncepta. Zaradi tega snovanje večjega števila konceptov ni smiselno. Dobro pretehtamo navedene prednosti in slabosti ter snujemo le en koncept.
Kombinacijo izbranih delovnih principov oziroma koncept predstavimo s tabelo (preglednica 3.3).
Preglednica 3.3: Predstavitev delovnih principov izbranega koncepta mehanskega dela
delna funkcija izbran delovni princip
vstavitev in odstranitev čebel snemljiv predal s čebelami prehod čebel čez pobiralec čez vodnike pobiralca
hranjenje čebel vstavitev plastenke na ohišje nastavitev višine prehoda nastavitev z distančniki
Za potrebe nadaljnjega konstruiranja koncept predstavimo s skico. Skico zgradimo na osnovi osnovne ideje, na njej pa predstavimo izbrane delovne principe.
Zasnova naprave
Izbira materialov
Na osnovi skice je razvidno, da je naprava sestavljena iz več votlih kvadrov. Zaradi tega se zdi smiselna izdelava iz plošč. Ker bi, glede na velikost, porabili relativno malo materiala, je morda učinkovita tudi izdelava s tehnologijo 3D tiska. Vse materiale in tehnologije, katerih kombinacija se zdi smiselna za uporabo, navedemo v tabelo (preglednica 3.4). V tabelo dodamo še po eno lastnost posameznega materiala, ki predstavlja prednost pred ostalimi materiali.
Preglednica 3.4: Materiali in postopki spajanja
material in postopek spajanja glavna lastnost
les – lepljenje plošč dobra izolativnost
steklo – lepljenje plošč odpornost na obrabo
PMMA – lepljenje plošč lahke in tanke plošče
PETG – 3D tisk dobra oblikovalnost
nerjavna pločevina – vijačenje visoka togost
Na podlagi njihovih geometrijskih lastnosti in funkcionalnosti razdelimo komponente v štiri skupine. Posamezni skupini priredimo najustreznejši material (preglednica 3.5).
Preglednica 3.5: Prikaz izbire materialov
lastnost komponente izbran material
sestavljene iz plošč PMMA
prozorne komponente prozorni PMMA
komponente z zahtevano povišano togostjo nerjavna pločevina majhne, natančne komponente razgibanih oblik 3D tisk – PETG
3.6 Koncipiranje krmilnega dela
Morfološka matrika
Druga morfološka matrika je namenjena izpolnjevanju delnih funkcij krmilnega dela. V prvi stolpec vnesemo delne funkcije, ki so v funkcijski strukturi (slika 3.3) zapisane z rdečo. Pri koncipiranju krmilnega dela gre predvsem za izbiro tipa mehatronskih komponent, ki bodo opravljale delne funkcije. V morfološko matriko torej vnesemo različne tipe mehatronskih komponent. Matriko zapolnimo s pomočjo somentorja, ki ima veliko izkušenj na področju mehatronike.
Raziščemo uporabnost in delovanje posameznih komponent in tudi to matriko opremimo z naborom prednosti in slabosti.
Zasnova naprave
Preglednica 3.6: Morfološka matrika krmilnega dela
delna funkcija tip komponente
usmeritev čebel opis svetlobni
elementi prednosti pričakovan dober
odziv čebel določitev režima
delovanja
opis mikrokrmilnik SBC
prednosti majhna poraba električne
energije
hiter procesor
slabosti majhen delovni spomin
potreba po spominski kartici pridobitev
svetlobe
opis RGB LED trak RGB LED
prednosti enostavna
vgradnja
možnost natančnega pozicioniranja
slabosti potreba po
zunanjem napajanju
manj robustna izvedba nastavitev barve
svetlobe
opis PWM gonilnik potenciometer
prednosti precizna in
ponovljiva nastavitev
hitro in enostavno nastavljanje
napetosti
slabosti potreba po
dodatnem gonilniku
izgube energije
spremljanje čebel
opis USB spletna
kamera
mehatronska kamera
IR mehatronska kamera
prednosti možnost
neposrednega priklopa večih
na voljo je ogromno dokumentacije
kakovost slike pri pomankanju
svetlobe
slabosti pomanjkljiva
dokumentacija
potrebuje dodatno osvetlitev
popačene prikaz barv
Izbira koncepta
Tudi tukaj snovanje večjega števila konceptov ni smiselno. Optimalen koncept izberemo na
Zasnova naprave
Preglednica 3.7: Predstavitev izbranega koncepta
delna funkcija tip komponente
usmeritev čebel svetlobni elementi
določitev režima delovanja SBC
pridobitev svetlobe RGB LED trak
nastavitev barve svetlobe PWM gonilnik
spremljanje čebel IR kamera
3.6.2.1 Postavitev komponent
Komponente, katerih pozicija je pomembna za njihovo funkcionalnost, smiselno umestimo v idejo izbranega koncepta mehanskega dela. Z lažjo predstavo položaje teh komponent prikažemo na novi skici (slika 3.5). Položaj ostalih komponent za enkrat ni pomemben.
Vemo, da bodo v notranjosti naprave, njihov položaj bomo točneje opredelili v nadaljevanju.
Slika 3.5: Prikaz položajev mehatronskih komponent
Izbira komponent
Mehatronske komponente, pridobljene z izbiro koncepta, poiščemo v spletnem katalogu trgovine z elektronskimi komponentami [10]. Pri tem pazimo, da so izbrane komponente med seboj kompatibilne. Zraven naziva posamezne komponente je naveden sklic na njen podatkovni list ali na spletno stran proizvajalca, kjer se nahajajo specifikacije komponente.
Zasnova naprave
Preglednica 3.8: Mehatronske komponente za izpolnitev delnih funkcij.
Za uspešno delovanje krmilnega dela potrebujemo še nekaj komponent (preglednica 3.9), ki neposredno ne opravljajo nobene izmed delnih funkcij. Te komponente so pomembne za delovanje in medsebojno povezovanje ostalih komponent. Tudi tukaj so navedeni sklici na podatkovne liste in spletne strani proizvajalcev.
Preglednica 3.9: Pomožne mehatronske komponente.
naloga naziv komponente količina [kos] fotografija hlajenje SBC aluminijasto ohišje za
Raspberry Pi 4B [15] 1
brezžično povezovanje kamer in
oddajanje videoposnetka preko
spletnega strežnika
Raspberry Pi Zero W [16]
2
pritrditev kamer ohišje za Raspberry Pi Zero [17]
2
shranjevanje podatkov
Micro SD kartica 16GB [18]
3
tip komponente naziv komponente količina [kos] fotografija
SBC Raspberry Pi 4B [11] 1
RGB LED trak RGB LED trak - 3m
[12]
1 PWM gonilnik Adafruit - PCA9685
[13]
1
IR kamera Raspberry Pi Camera
Module 2 (NoIR) [14]
3
Zasnova naprave
Shema krmilnega vezja
S programom Fritzing [21] pripravimo shemo krmilnega vezja (slika 3.6). S shemo prikažemo medsebojno povezavo komponent, ki smo jih izbrali v prejšnji točki.
Slika 3.6: Shema krmilnega vezja
LED trakovi za delovanje potrebujejo zunanje napajanje (+12 V). Na glavni SBC jih preko PWM gonilnika in tranzistorjev povežemo s povezovalnimi kabli.
Ena kamera je priključena neposredno na glavni SBC, ostali dve pa sta nanj povezani brezžično, preko internetnega omrežja. Priklop in brezžično povezavo kamer zagotavljamo z dvema pomožnima SBC.
Za delovanje vsi SBC potrebujejo vire napajanja, ki na shemi niso prikazani. V praksi napajanje izvedemo s standardnimi USB-C in Micro USB napajalniki. Glavni SBC potrebuje tudi povezavo na internetno omrežje. To zagotovimo z UTP kablom.
4 Dimenzioniranje
Pri postopku dimenzioniranja opredelimo funkcionalne dimenzije, okoli katerih bomo v nadaljevanju gradili prototip. Opredeliti moramo dimenzije, ki so ključne za izpolnjevanje delnih funkcij in dimenzije, ki izhajajo neposredno iz začetnih zahtev. Ostale dimenzije so proste in jih bomo v nadaljevanju določili tako, da bodo ustrezno definirale obliko naprave.
Za potrebe dimenzioniranja skici konceptov dopolnimo s ključnimi dimenzijami. Prav tako koncept razdelimo na osnovne sestavne dele, ki jih na skici (slika 4.1) označimo s pozicijskimi številkami. Podatke navedemo v tabelah (preglednica 4.1, 4.2).
Dimenzioniranje
Preglednica 4.1: Sestavni deli naprave prikazani na skici (slika 4.1)
pozicijska številka sestavni del
1 komora
2 predal za čebele
3 pokrov
4 plošča za usmerjanje čebel
5 distančnik za nastavitev višine prehoda
6 pobiralec čebeljega strupa
7 nosilna plošča
8 nosilec kamere
Preglednica 4.2: Opredelitev funkcionalnih dimenzij
oznaka na skici pomen oznake zahtevana dimenzija [mm]
dpo dolžina prostora za pobiralec 250
špo širina prostora za pobiralec 300
dpr dolžina predala za čebele 300
špr širina predala za čebele 100
vpr višina predala za čebele 92
vh višina priključka za hrano 50
Øh premer priključka za hrano 35
lk dolžina potrebna za zajem s kamero
vsaj 150 hk višina potrebna za zajem s
kamero
vsaj 300
Øv premer izvrtin za povezovalne
kable
10
5 Geometrijski model
Geometrijo naprave dokončno definiramo med izdelavo tridimenzionalnega geometrijskega modela. Izhajamo iz skice (slika 4.1) in upoštevamo zahtevane dimenzije, ki smo jih določili v prejšnjem koraku. Cilj izdelave modela je kasnejša priprava tehnične dokumentacije.
Dokumentacijo bomo potrebovali za izdelavo prototipa. Prav tako nam geometrijski model omogoča pregled naprave ter sprotno odkrivanje in reševanje morebitnih neskladnosti.
5.1 Predstavitev modela
Geometrijski model smo pripravili s programom SolidWorks [22]. Pri modeliranju je pomembno, da z definicijo geometrije omogočimo izpolnitev danih delnih funkcij in zahtev.
V notranjosti modela moramo predvideti prostor za komponente krmilnega dela. V nadaljevanju je z modelom opisano izpolnjevanje delnih funkcij in zahtev.
Vstavitev in odstranitev čebel
Na slikah so označeni sestavni deli za varno vstavitev in odstranitev čebel. Čebele vstavimo v predal (slika 5.1) in ga zapremo z vstavljivo pregrado (slika 5.2). Predal vstavimo v napravo in ga zavarujemo z varovalom (slika 5.3). Na koncu snamemo pregrado in s tem čebele spustimo v notranjost naprave. Odstranitev poteka v obratnem vrstnem redu, s to
Geometrijski model
Slika 5.1: Predal za vstavitev čebel
Slika 5.2: Snemljivi pregradi (prikaz naprave z zadnje strani)
Slika 5.3: Varovalo predala
Geometrijski model
Usmerjanje čebel
Usmerjanje čebel izvedemo s svetlobnimi signali, ki jih generiramo z LED trakovi. LED trakovi so napeljani po notranjosti naprave. Spodaj (slika 5.4) je prikazan njihov položaj.
Slika 5.4: Položaj LED trakov (naprava je prikazana v prerezu)
Prehod čebel čez pobiralec
Pobiralec čebeljega strupa sicer ni del te naprave, je pa pomemben za njeno delovanje.
Čebelam z distančnikoma (slika 5.5) določimo višino prehoda nad pobiralcem (slika 5.6).
Višino omejimo s prozorno ploščo (slika 5.7), ki jo položimo na distančnika. Ta omogoča tudi vizualno opazovanje čebel med prehajanjem pobiralca čebeljega strupa.
Geometrijski model
Slika 5.6: Pobiralec čebeljega strupa (naprava je prikazana brez pokrova)
Slika 5.7: Plošča za usmerjanje čebel (naprava je prikazana v prerezu)
Hranjenje čebel
Čebele se hranijo s hrano v tekoči obliki. Hrano vlijemo v običajno plastenko, ki ji z risalnim žebljičkom nekajkrat prebodemo pokrovček. Plastenko nato namestimo na priključek na napravi (slika 5.8). Na pokrovčku plastenke se zaradi luknjic nabira hrana. Čebele do hrane dostopajo preko mrežice (slika 5.9). Ustreznost takšnega načina hranjenja je potrdil čebelar.
Geometrijski model
Slika 5.9: Mrežica pod priključkoma za hrano
Izpolnitev ostalih zahtev
Med izdelavo modela rešimo tudi ostale zahteve, ki smo jih definirali na začetku in kasneje niso opravljale ključne vloge v tehničnem procesu.
Vpogled v notranjost naprave med delovanjem je omogočen s snemljivim pokrovom (slika 5.10). Zavoljo te rešitve bomo lahko analizirali tudi vpliv dnevne svetlobe nad pobiralcem na učinkovitost pobiranja čebeljega strupa.
Geometrijski model
Slika 5.11: Odprtina za prezračevanje in mreža
Napravo čistimo tako, da odstranimo komori (slika 5.12) in pobrišemo morebitne nečistoče, ki se naberejo na nosilni plošči. Komori sta na nosilno ploščo privijačeni.
Slika 5.12: Snemljivi komori
Med postopkom modeliranja ugotovimo, da je naprava precej večja, kot smo sprva predvideli. Večja je predvsem zaradi kamer, ki za zajem dogajanja v notranjosti potrebujejo veliko prostora. Na spodnji strani naprave predvidimo dve letvi in s tem ojačamo nosilno ploščo (slika 5.13).
Geometrijski model
Slika 5.13: Ojačitev nosilne plošče
Med modeliranjem predvidimo prostor za mehatronske komponente. Predvideni položaji (slika 5.14) so zgolj okvirni. Glede na lastnosti priključkov in povezovalnih kablov jim bomo točen položaj definirali pri izdelavi.
Slika 5.14: Postavitev ostalih mehatronskih komponent – a) glavni SBC, b)pomožni SBC s kamero in ohišjem, c) zgornja kamera, d) PWM gonilnik
6 Stroškovna ocena
Stroški komponent mehanskega dela
Na podlagi modela izdelamo tehnično dokumentacijo mehanskega dela. Povpraševanja za izdelavo pošljemo zunanjim izvajalcem. Izberemo najugodnejše med dobljenimi ponudbami. Izbrane ponudbe za izdelavo komponent mehanskega dela so prikazane v tabeli (preglednica 6.1).
Preglednica 6.1: Stroški mehanskega dela
naziv cena brez DDV [EUR]
izdelava ohišja 725,00
izdelava nosilca kamere 40,00
765,00 SKUPAJ [EUR]
Stroški komponent krmilnega dela
Za oceno stroškov krmilnega dela seštejemo vrednosti posameznih komponent. Vrednosti vzamemo iz spletnega kataloga trgovine z mehatronskimi komponentami [10], kjer smo komponente naročili. Cene so prikazane v tabeli (preglednica 6.2).
Stroškovna ocena
Preglednica 6.2: Stroški izdelave krmilnega dela naziv komponente količina
[kos]
cena za kos (brez DDV)
[EUR]
cena brez DDV [EUR]
Raspberry Pi 4B 1 32,77 32,77
RGB LED trak - 3m 1 29,25 29,25
Adafruit - PCA9685 1 12,47 12,47
Raspberry Pi Camera Module 2 (NoIR)
3 24,05 72,15
aluminijasto ohišje za Raspberry Pi 4B
1 8,11 8,11
Raspberry Pi Zero W 2 16,80 33,60
ohišje za Raspberry Pi Zero 2 7,91 15,82
Micro SD kartica 16 GB 3 9,50 28,50
tranzistor MOS-N-FET 55 V 49 A
9 0,56 5,04
povezovalni kabli 150 mm (M- Ž) - 40 kos
1 3,90 3,90
241,61 SKUPAJ [EUR]
Skupni stroški
Skupno oceno stroškov dobimo tako, da seštejemo stroške izdelave mehanskega dela in stroške izdelave krmilnega dela.
Preglednica 6.3: Stroški izdelave naprave
naziv cena [EUR]
stroški izdelave mehanskega dela 765,00 stroški izdelave krmilnega dela 241,61
1006,61 SKUPAJ [EUR]
7 Izdelava
Na tej točki je naprava v celoti definirana. Dostavljene so vse komponente. Postopek izdelave od dobave naročenih delov je trajal dva meseca. Efektivno smo vanj vložili približno 30 ur časa. Največ časa smo vložili v programiranje SBC. V nadaljevanju na kratko predstavimo postopek izdelave.
7.1 Mehanski del
Mehanski del je sestavljen iz ohišja in nosilca kamere. Ohišje je zgrajeno iz črnih in prozornih plošč iz PMMA, nosilec kamere pa iz nerjavne pločevine. Nosilec kamere moramo na ohišje privijačiti.
Slika 7.1: Nosilec kamere privijačen na ohišje
Na ustrezna mesta namestimo mreže. Mreže izrežemo iz ekspandirane pločevine in jih z lepilom prilepimo na predvidena mesta
Izdelava
Slika 7.2: Predal za čebele s pritrjeno mrežo
7.2 Krmilni del
Povezava komponent
Sledimo shemi vezja in povežemo izbrane komponente. Komponente povežemo s povezovalnimi kabli. Na SBC in PWM gonilnik jih nataknemo, na LED trak in tranzistorje pa pritrdimo s spajkanjem. Za spajkanje potrebujemo spajkalnik in žico za spajkanje.
Izpostavljene spoje zaščitimo s toplotno skrčljivo izolacijo.
Izdelava
Programiranje
Želimo, da je naprava pripravljena za dva režima delovanja. Pri prvem režimu se izmenično vklapljata in izklapljata LED trakova na obeh straneh v napravi. Pri drugem režimu pa ves čas sveti še LED trak na sredini. Za vsak režim moramo napisati program in ga shraniti na SBC.
SBC upravljamo s SSH protokolom preko osebnega računalnika. Za dostop uporabimo program PuTTY [23]. Pri tem morata biti osebni računalnik, s katerim dostopamo, in SBC povezana na isto internetno omrežje. SBC ima naložen operacijski sistem Linux, programiramo pa v programskem jeziku Python.
Programa režimov delovanja LED trakov sta zapisana v prilogi A. LED trakovi se med izvajanjem kode vklapljajo in izklapljajo v izbranem zaporedju in v izbrani barvi (slika 7.4).
Slika 7.4: LED trakovi med testnim delovanjem (drugi režim)
Kamere
Ob vklopu začne SBC delovati kot dostopna točka. Nanj se ob njunem zagonu samodejno, brezžično povežeta oba pomožna SBC s kamerama.
Za spremljanje dogajanja v notranjosti morata biti osebni računalnik in SBC povezana na isto internetno omrežje, ali pa mora biti omogočen dostop do glavnega SBC od zunaj preko usmerjevalnika. Z brskalnikom na osebnem računalniku se priključimo na spletni strežnik glavnega SBC, kjer lahko spremljamo video prenose dogajanja iz notranjosti naprave, ki ga zajemajo kamere.
Ob izpolnjenih vseh pogojih se dostop do prenosa kamer nahaja na spletnem naslovu:
http://beepi.kmtm.lan/streams.html
8 Rezultati in diskusija
Rezultat zaključne naloge je izdelan prototip naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa. Prototip izpolnjuje vse zahteve, ki smo jih opredelili na začetku (poglavje 3.2).
Napravo bomo predvidoma preizkusili v jeseni 2021 v sodelovanju z Biotehnično fakulteto in ČZS.
8.1 Predstavitev naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa
Naprava je gabaritnih dimenzij 802 mm × 348 mm × 427 mm in tehta 9,11 kg. Zunanjost je črne barve. Sestavni deli naprave so:
‐ nosilna plošča,
‐ 2 × komora,
‐ 2 × predal za čebele,
‐ nosilec kamere,
‐ 2 × snemljiva pregrada,
‐ distančniki,
‐ plošča za omejitev višine,
‐ 2 × ograjica,
‐ pokrov,
‐ in komponente vezja, ki skupaj predstavljajo krmilni del.
Rezultati in diskusija
Slika 8.1: Naprava testiranje pobiralcev čebeljega strupa
Sestavna risba naprave je priložena v prilogi B.
8.2 Postopek uporabe
Sestava in priključitev
Z naprave snamemo pokrov in odstranimo predale za čebele. V notranjost vgradimo pobiralec čebeljega strupa. To storimo tako, da pobiralec namestimo na zanj predvideno mesto na nosilni plošči. Na pobiralec položimo distančnika, na njiju pa ploščo za omejitev višine. Izbira distančnikov določa višina prehoda nad pobiralcem, ki je eden od parametrov izvedbe testa. Izberemo in vstavimo torej distančnika ustreznih višin. V utora z vrha vstavimo ograjici, ki varujeta pred pobegom čebel. Naprava z vgrajenim pobiralcem čebeljega strupa je prikazana na sliki 8.2. Predel nad pobiralcem nato zapremo s pokrovom.
Rezultati in diskusija
Iz pravilno zaprte naprave vodijo trije električni napajalniki in UTP kabel. Prvi napajalnik služi napajanju LED trakov, ostala dva pa napajanju SBC. Vse tri priključimo na električno omrežje. Z UTP kablom priključimo glavni SBC na internetno omrežje.
Dvojni kabel z rdečim in črnim priključkom je kabel pobiralca čebeljega strupa. Priključimo ga skladno z navodili [3].
V odprtini na komorah previdno vstavimo predala s čebelami in ju zavarujemo z varovali (slika 8.3). Ko sta predala ustrezno zavarovana, izvlečemo pregradi in s tem spustimo čebele v notranjost naprave.
Slika 8.3: Zavarovan predal
Namestimo še plastenki s tekočo hrano. Preprosto ju vstavimo v cevi nad komorama (slika 8.4).
Rezultati in diskusija
Nastavitev parametrov
Z osebnim računalnikom se povežemo na glavni SBC (podroben opis v poglavju 7.2.2) in preko njega nastavimo parametre. Odpremo program režima, v katerem parametre nastavimo s spreminjanjem označenih vrednosti (slika 8.5).
Slika 8.5: Nastavitev parametrov
1 – Nastavitev PWM frekvence (slika 8.5):
LED trakovi ves čas utripajo. Frekvenca utripanja je visoka, zato na videz trak ves čas sveti.
Nastavitve PWM frekvence z očmi ne zaznamo, zaznajo pa jo kamere. Parameter je potrebno spremeniti, če opazimo, da kamere slike v notranjosti ne zajemajo pravilno. Vrednost parametra PWM v program vnesemo v Hertzih [Hz].
2 – Nastavitev intervala delovanja (slika 8.5):
Interval delovanja je ključni parameter pri testiranju pobiralca čebeljega strupa. Nastavljen čas predstavlja čas, ko sveti LED trak na eni strani. Po izteku časa se LED trak na eni strani izklopi ter se vklopi LED trak na drugi strani. Čas vnesemo v sekundah [s].
3 – Nastavitev barve LED trakov (slika 8.5):
V treh vrsticah spreminjamo barvo LED trakov. Vsi LED trakovi nato svetijo v isti barvi.
Barvo določimo po RGB barvnem modelu. Pri posamezni barvi vnesemo poljubno vrednost med maksimalno in minimalno vrednostjo, ki sta z rdečo navedeni v programu. Vrednosti lahko vnesemo v šestnajstiškem (hex) ali desetiškem (dec) sistemu. Nastavitev vseh treh vrednosti definira končno barvo. Pri določitvi barve si pomagamo z RGB barvnim krogom (slika 8.6).
Rezultati in diskusija
Slika 8.6: RGB barvni krog [23]
Na koncu nastavimo še parametre na pobiralcu čebeljega strupa. Postopek nastavitve parametrov je opisan v navodilih za uporabo [3].
Izvajanje preizkusa
Ko je naprava sestavljena in ko so ustrezno nastavljeni vsi parametri, lahko pričnemo s testiranjem pobiralca čebeljega strupa.
Preko osebnega računalnika, s katerim upravljamo SBC, poženemo program željenega režima. Program je napisan tako, da se izvaja do prekinitve. Med izvajanjem programa lahko preko prenosov kamer spremljamo dogajanje v notranjosti na zaslonu osebnega računalnika (dostop do prenosov je opisan v poglavju 7.2.3). Po prekinitvi programa vstavimo loputi v predala s čebelami, ki ju previdno odstranimo. Snamemo pokrov in iz naprave vzamemo
9 Zaključki
V zaključni nalogi je predstavljen razvoj naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa od zasnove do izdelave prototipa. Pri načrtovanju prototipa smo se zavzemali za izpolnitev vseh zahtev. V okviru zaključnega dela smo naredili in ugotovili sledeče:
1) Preučili smo pobiralce čebeljega strupa.
2) Raziskali smo načine za usmerjanje čebel in se o njih pogovorili s čebelarjem.
3) Zasnovali smo napravo za testiranje pobiralcev čebeljega strupa.
4) Definirali smo tehnični proces in funkcijsko strukturo.
5) Izbrali smo optimalen koncept za izpolnitev funkcijske strukture.
6) izdelali smo geometrijski model naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa in na podlagi modela izdelali tehnično dokumentacijo.
7) Izdelali smo prototip naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa.
Izdelali smo prototip naprave, ki bo predstavljala izhodišče za izvedbo prvih laboratorijskih raziskav na področju pridobivanja čebeljega strupa.
Predlogi za nadaljnje delo
Izdelan prototip je potrebno v nadaljevanju podrobno testirati, za kar pa je najprej potrebno pripraviti protokol testiranja. Teste je potrebno podrobno spremljati in beležiti morebitne pomanjkljivosti. V prihodnosti pričakujemo več nadgradenj prototipa, ki smo ga izdelali.
Literatura
[1] R. Wehbe, J. Frangieh, M. Rima, D. El Obeid, J.-M. Sabatier, Z. Fajloun: Bee Venom: Overview of Main Compounds and Bioactivities for Therapeutic Interests.
Molecules 24(16), 2019, 2997.
[2] Bee Venom Lab LLC: Bee Venom Characteristics, Uses & Price. Dostopno na:
https://www.beevenomlab.com/bee-venom/, ogled: 3. 8. 2021.
[3] M. Ambrož, A. Žerovnik: Naprava za pobiranje čebeljega strupa: Opis naprave in navodila za uporabo. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2020.
[4] Čebelarska zveza Slovenije: Delno poročilo aplikativne raziskave: Optimizacija tehnologije pridelave strupa. Čebelarska zveza Slovenije, Lukovica, 2020.
[5] T. E. Black, O. Fofah, T. Giray, H. Wells, Y. Le Conte: Influence of environmental experience on aversive conditioning in honey bees (Apis mellifera L.). Apidologie, Springer Verlag, 2018, 49(5), str. 647-659.
[6] E. A. F. Christensen, L. E. J. Andersen, H. Bergsson, J. F. Steffensen, S. S. Killen:
Shuttle-box systems for studying preferred environmental ranges by aquatic animals.
Conserv Physiol 9(1), 2021, 028.
[7] S. F. Maier, M. E. P. Seligman: Learned Helplessness: Theory and Evidence.
Journal od Experimental Psychology: General 105(1), 1976. str. 3-46.
[8] R. Scheiner, A. Toteva, T. Reim, E. Søvik, A. B. Barron: Differences in the
phototaxis of pollen and nectar foraging honey bees are related to their octopamine brain titers. Frontiers in Physiology 5, 2014, 00116.
Literatura
[14] Raspberry Pi Trading Ltd.: Camera Module 2 NoIR. Raspberry Pi Trading Ltd., 2016.
[15] Pre-order custom Grey Raspberry Pi 4 Armor Aluminum Alloy Passive Cooling Case. V ODSeven online. Dostopno na: https://odseven.com/collections/raspberry- pi-4-accessories/products/pre-order-custom-grey-raspberry-pi-4-armor-aluminum- alloy-passive-cooling-case, ogled: 27. 1. 2021.
[16] Raspberry Pi Trading Ltd.: Raspberry Pi Zero Computer. Raspberry Pi Trading Ltd., 2015.
[17] Pi Foundation Raspberry Pi Zero Case + Mini Camera Cable. V Adafruit Products online. Dostopno na: https://www.adafruit.com/product/3446#technical-details, ogled: 27. 1. 2021.
[18] SanDisk Ultra® microSD. V Western Digital Store online. Dostopno na:
https://shop.westerndigital.com/products/memory-cards/sandisk-ultra-uhs-i- microsd#SDSQUNC-016G-AN6MA, ogled: 27. 1. 2021.
[19] International Rectifier: IRFZ44NPbF: HEXFET® Power MOSFET. International Rectifier, El Segundo, 2003.
[20] pro-SIGNAL: PSG Series Jumper Cables. pro-SIGNAL, 2015.
[21] Interaction Design Lab Potsdam (2007): Fritzing (različica: 0.9.3). Dostopno na:
https://fritzing.org/.
[22] Dassault Systèmes (1995): SolidWorks (različica: Education 2020-2021). Dostopno na: https://www.solidworks.com/support/community-download#no-back.
[23] S. Tatham (1999): PuTTY (različica: 0.76). Dostopno na: https://www.putty.org/.
[24] S. Kussmaul: How do Computer Graphics Work? Dostopno na:
https://www.stefanonsoftware.com/post/gamedev-computer-graphics, ogled: 26. 8.
2021.
Priloga A
V prilogi se nahaja:
‐ program delovnega režima 1 (rezim_1.py),
‐ program delovnega režima 2 (rezim_2.py).
Priloga B
V prilogi se nahaja sestavna risba naprave za testiranje pobiralcev čebeljega strupa (sestavna risba 00).
