Обзоры конструкторов, используемых в робототехнике. Плюсы и минусы различных платформ
Сегодня есть большое количество разнообразных конструкторов для обучения школьников навыкам программирования робототехнических платформ, и порой очень сложно сделать выбор в пользу того или иного. Рассмотрим наиболее популярные платформы, их достоинства и недостатки.
Виды платформ, их назначение
Обучающие платформы можно разделить:
- по сложности и количеству элементов для сборки;
- по типу программного обеспечения контроллера, управляющего роботом;
- по возрасту пользователей;
- по стоимости.
Так, например, для ребенка 5-7 лет для обучения первичным навыкам программирования достаточно будет модели конструктора с меньшим количеством элементов и более упрощенной системой «общения» пользователя с роботом.
Сейчас наиболее востребованы платформы таких производителей:
- LEGO (группа компаний с основным офисом в Дании. Основана в 1932 году). Данная фирма предлагает для детей платформу LEGO Mindstorms Education EV3 и другие.
- HUNA (корейская компания, недавно продвинувшаяся на рынке детских роботизированных конструкторов). Среди новинок можно отметить платформу Huna Class full kit 3.
- ROBOTIS (корейская фирма). Она известна серией конструкторов Bioloid.
- FISHERTECHNIK GmbH (немецкая фирма). Ею выпускаются конструкторы нескольких линеек для детей различного возраста.
- VEX Robotics (американская компания, основанная двумя инженерами с главным офисом в Далласе). Ее разработками являются конструкторы серии VEX.
- RoboRobo (еще одна корейская компания, созданная учеными Сеульского Национального университета в 2000 году). Популярной линейкой являются конструкторы: Robo Kit 1-6, Robo Kids, Electronic Kit, Animal Kit и UARO. Они используются для обучения робототехнике в школах азиатского региона.
- DST Robot (корейский производитель конструкторов, фирма основана в 1999 году). Выпускает два вида конструкторов роботов: гуманоидные роботы HOVIS и роботы-собаки Genibo.
- ООО «КиберТех» (Санкт-Петербург, Россия) — выпускает конструктор «Трик».
Рассмотрим каждую из этих платформ.
LEGO Mindstorms Education
Набор LEGO Mindstorms Education EV3 подходит для проведения занятий по робототехнике в школе и в домашних условиях. Базовый набор позволяет обучать 1-3 учеников. Программное обеспечение позволяет программировать модели графическим языком LabVIEW. Он является хорошим инструментом для освоения школьниками основ составления алгоритмов и программирования. Программное обеспечение можно бесплатно использовать, скачав его с сайта LEGO Education. Также можно приобрести дополнительное ПО для программирования на основе языков Java или С++.
Плюсом LabVIEW является возможность составления графиков для регистрации экспериментальных данных. В базовое ПО уже включены занятия по освоению и практическому применению детьми программирования EV3. Можно загрузить дополнительное ПО образовательной версии для применения платформы на уроках информатики, физики, осуществления проектирования.
Конструктор состоит из 541 элемента. В состав входят пластиковые детали различной конфигурации, 3 сервомотора, датчики (ультразвуковой, гироскопический, цветовой, касания), соединительные кабели и миникомпьютер EV3. Инструкции по сборке и программированию находятся в ПО платформы.
Миникомпьютер EV3 совместим с планшетами и смартфонами, поддерживает Bluetooth и WiFi, имеет интерфейс для ручного ввода программ, USB-разъем, по 4 порта ввода и вывода, разъем для карты памяти.
Данную платформу можно использовать для детей старше 10 лет, но не исключается возможность обучения более юных учеников.
Huna Class full kit 3
Есть наборы этого производителя, предназначенные для маленьких детей (Fun&Bot), где можно собрать танк или пожарную машину и дистанционно управлять ими. Конструктор Huna Class full kit 3 подойдет как для пользователей без опыта программирования, так и для более опытных.
В отличие от LEGO, здесь можно собрать больше моделей, так как элементы можно крепить с 6 сторон. Количество элементов — около 650. Имеется 4 сервомотора, 6 сенсорных датчиков, микрофон, гудок, светодиоды, соединительные кабели, пульт ДУ и две платы. Контроллер основан на базе платы ATmega 32. В комплект конструктора входит диск с инструкцией и программным обеспечением с графической оболочкой; его можно счесть довольно простым в использовании.
Достоинством данного изделия является возможность комплектации контроллером Arduino и программированием его с помощью ПК или смартфона. Существует русифицированный вариант ПО Ardublock, с помощью которого программируются эти контроллеры.
Преимуществом набора является наличие двух плат — программируемой и с закачанными программами. Когда ученик собрал робота и написал программу, он иногда не может понять причину отказа сконструированной техники (то ли неправильно собрана сама конструкция, то ли неверно составлена программа). Для этих целей устанавливается плата с готовыми программами для проверки работы.
ROBOTIS Bioloid
Конструктор Bioloid STEM подойдет для обучения школьников. К нему есть методические пособия. Конструктор предназначен для получения знаний в сфере программирования, робототехники, физики, учит творческому подходу в конструировании. Программное обеспечение RoboPlus идет в комплекте на диске, а также в мобильных приложениях. Программирование в этой среде похоже на язык С, и для удобства некоторые основные функции реализованы в виде графики.
В состав платформы входят программатор СМ-500, 4 сервомотора, 4 датчика, 6 кабелей и элементы (крепежи, заклепки и др.), аккумулятор.
Fisсhertechnik ROBOTICS
Этот производитель имеет очень широкую видовую линейку, предназначенную для создателей роботов от дошкольников до студентов вузов. Интересны конструкторы с возможностью программирования для пользователей от 8 лет ROBOTICS TXT. Уникальной особенностью являются крепления элементов конструктора (блоки крепятся с 6 сторон, но с различным видом соединения). Сами детали имеют внутри стальной каркас, что обеспечивает прочность конструкции.
Элементы платформы максимально приближают ученика к реализму конструирования робототехники. Двужильный кабель с отсоединенными разъемами ребенок сам должен разделить на нужные участки и подсоединить к ним разъемы. Используется 3-контактный выключатель, что дает возможность конструировать нормально замкнутые и разомкнутые контакты.
Контроллер программируется в графической среде ROBO Pro, что позволяет научиться неопытному пользователю правильно составлять блок-схемы. Через Bluetooth или USB можно загружать готовые программы. ПО в некоторых моделях идет на диске, а иногда его необходимо покупать отдельно.
Дисплей современного контроллера цветной и сенсорный, имеет 8 портов для подключения различной электронной аппаратуры. Состав изделия: контроллер ROBOTICS TXT, 4 светодиода, 3 мотора, фотодатчик и датчик температуры, около 300 деталей, USB-видеокамера.
VEX IQ
Для начинающих робототехников предназначен конструктор VEX IQ Super Kit, для старшеклассников — VEX EDR, для профессионалов, участвующих в Чемпионатах мира по робототехнике, — VEX Pro, который в США. Изделия содержат пошаговую инструкцию, пульт управления в виде джойстика, миникомпьютер VEX IQ Robot Brain с 12 разъемами и дисплеем, большое количество деталей (около 850), 4 двигателя, датчики.
Конструктор VEX EDR имеет более широкие возможности для детей от 12 лет. С ним можно собрать большое количество роботов, имеются наборы для соревнований и школьных занятий, где могут участвовать до 6 школьников.
Robokit от RoboRobo
Этот конструктор хорош тем, что его можно дополнить последующими моделями, имеет ПО с графическим редактором, основанным на работе с картинками, понятными начинающему пользователю. Платформа построена на базе программатора AT Mega. Детали выполнены из текстолита. В состав входят моторы, датчики, пульт управления, кабели, программное обеспечение. Управление происходит с ПК на базе ОС Windows.
Недостатком является отсутствие образовательных материалов на русском языке.
HOVIS и Genibo
В данной корейской платформе используется привод Smart Servo и микрокомпьютер с процессором ATMega. Бесплатные инструкции по сборке роботов, ПО можно найти в интернете. В комплекте набора идут контроллер с датчиками звука, света, расстояния, инфракрасный приемник для пульта. Bluetooth модуль и гироскоп нужно покупать отдельно.
Для программирования используется бесплатное ПО DR-SIM и среда для графического программирования DR-Visual Logic с возможностью редактирования на различных языках (С++, Microsoft Visual Studio и др.).
Управление происходит с помощью мобильного устройства, питание от аккумулятора. Вариативное количество роботов при сборке — до 30 штук.
Кибернетический конструктор «Трик образовательный»
В настоящее время появились платформы отечественных производителей на базе контроллера Arduino линейки «Дерзай» (производитель Санкт-Петербург).
Конструктор «Трик», программатор у которого является собственной разработкой, умеет выдавать речь, работать с моторами, датчиками. Изготавливается из металлических деталей и подойдет для образовательных целей. В его состав входит видеомодуль, 200 деталей, светодиодная лента, микрофон 4 мотора, датчики и другие элементы.
ПО расположено на сайте производителя, программирование происходит в среде TRIK Studio. Положительным моментом является возможность виртуального моделирования на компьютере. Есть возможность управлять моделями с мобильных устройств через Wi-Fi. Изделие предназначено для детей от 12 лет. Преимуществом можно считать простоту программирования, универсальность контроллера, прочность деталей.
А какие платформы и конструкторы используете вы? Пишите в комментариях к статье.
Об авторе: Шевцова Алиса Николаевна, инженер-конструктор по робототехнике.
