Robotics наука и творчество конструктор

Обновлено: 28.04.2024

Сейчас мы готовим новую площадку для детских занятий. В процессе подготовки стал вопрос выбора платформы, на которой будем обучать. По такому случаю мы подготовили обзор имеющихся платформ с обоснованием выбора. Документ, вроде, интересный получился, решил его здесь опубликовать. Некоторые вещи изложены сильно упрощенно, поскольку текст предназначен не только для хардкорных технарей.

Большая методическая база на русском языке;
От преподавателя требуется не очень высокая квалификация;
Конструктор очень прочный, детям редко удается что-то сломать.

Изначально это все-таки детский конструктор, для серьезных задач не предназначенный;
Конструктор закрытый, ни с чем не совместим, производитель искусственно создает препятствия к тому, чтобы можно было цеплять к нему компоненты других конструкторов и разрабатывать собственные компоненты;
Программировать можно либо в визуальных средах программирования, либо на С++.

Fishertechnic

Есть и другие конструкторы, основной смысл которых — демонстрировать детям какие-то отдельные интересные инженерные элементы. Они имеют достаточно узкое применение, мы их особо не изучали.
Стоимость Fishertechnic примерно соответствует стоимости Лего.

Arduino

Arduino — самая распространенная платформа для взрослой робототехники и электроники, вторая по распространённости среди детей. Разработка полностью открытая, у нее есть множество ответвлений.

Raspberry Pi и аналоги

Raspberry Pi — это компьютер под управлением операционной системы Linux, имеющий размеры баковской карты. На нем можно запускать те же программы, делать те же вычисления, что и на настольном компьютере (есть видеовыходы, аудиовыходы, USB). Малые размеры вкупе с низким энергопотреблением позволяют устанавливать его на подвижных роботов.

Raspberry поддерживает язык программирования Python. Это наиболее перспективный учебный язык программирования. На западе учебные заведения постепенно переводят на него свои учебные программы. Поддержка этого языка, по нашему мнению, является главным достоинством Raspberry.

По сравнению с Ардуино, Raspberry имеет примерно в два раза более высокую стоимость;
Подключать внешние устройства (датчики, моторчики) к ней существенно сложнее, если не использовать специальные модули расширения.

Например, может быть реализован следующий сценарий использования: сначала, когда ребенок только начинает заниматься робототехникой, он работает с Ардуино в графической среде программирования; далее, когда он вырастает из графической среды, подключаем к ардуине Raspberry, и ребенок начинает программировать на Python, использовать различные дополнительные возможности. Если дорогая Raspberry недоступна, ребенок может программировать имеющуюся ардуину на С++.

Механические конструкторы для Arduino и Raspberri

На наш взгляд, наиболее перспективным является недавно появившийся конструктор Multiplo. В отличии от других конструкторов у него основные детали не металлические, а вырезаны из трехмиллиметрового пластика. Благодаря этому их можно вырезать самостоятельно на специальном станке (тем более, что 3Д-модели деталей выложены в открытый доступ, проект опенсорсный). Если специальный станок недоступен, детали можно вырезать руками с помощью лобзика и дрели.
Помимо винтов в Multiplo широко используются пластиковые заклепки, благодаря этому собирать конструктор гораздо интереснее и быстрее.

Стоимость Huna с Ардуино на борту примерно соответствует стоимости Лего. Стоимость Multiplo с Ардуино на борту примерно в полтора раза ниже.

У детей развивается мелкая моторика;
Нигде на производстве не используются крепления как в Лего, везде крепеж на винтах.

Заключение

Мы остановились на варианте arduino + Raspberry Pi + конструктор Multiplo.

До седьмого класса нужно что-то другое, этот вопрос мы пока мало изучали.

Если стоит задача привить интерес к каким-то узким отраслям промышленности, то нужен Fishertechnic или аналог.

Если стоит задача научить детей самих нарезать и печатать детали, то за основу лучше брать Multiplo.

В настоящее время, пожалуй, ни одна из научных и инженерных дисциплин, кроме робототехники, не вызывает такого повышенного интереса среди специалистов, пользователей и простых обывателей. Существует множество споров на темы: что такое робот?, можно ли считать роботом промышленный станок или кухонный комбайн?, должен ли робот быть похожим на человека или нет? и т.п. Причиной этому, отчасти, является междисциплинарность робототехники, выражающаяся в сочетании передовых достижений различных областей науки и техники, а также интерес общества, подогреваемый научной фантастикой и кинематографом. В результате помимо различных промышленных реализаций, робототехнические решения находят все больше применений в повседневной жизни человека, в сфере бизнеса, науки и образования.

Уже ни для кого не секрет, что робототехника является одной из наиболее удачных форм вовлечения учащихся в исследовательскую и проектную деятельность, направленную на формирование интереса к естественнонаучным дисциплинам и мотивации к последующему получению технического образования.

В мире существует множество образовательных робототехнических конструкторов, учебных комплексов и методических программ, предназначенных для изучения робототехники учащимися различного возраста в школах, ВУЗах, исследовательских лабораториях и применяемых в специализированных соревнованиях. Большинство этих конструкторов сильно схожи друг с другом по функциональным возможностям, в связи с этим они очень часто применяются однообразно в учебной деятельности. Однако среди ряда наиболее популярных решений можно выделить продукцию, обладающую уникальными особенностями и характеристиками, качественно отличающими ее от аналогичной продукции потенциальных конкурентов. К ряду таких решений, бесспорно, можно отнести продукцию южно-корейской компании ROBOTIS, снискавшую славу и международное признание в первую очередь благодаря конструкторам человекоподобных роботов BIOLOID и сервоприводам Dynamixel.

История южно-корейской компании ROBOTIS начинается в 90-х годы прошлого века с формирования научно-исследовательской группы энтузиастов для участия в различных профессиональных соревнованиях по робототехнике, в первую очередь в соревнованиях Micromouse (соревнования мобильных роботов по прохождению лабиринта) и FIRA (многоборье и футбол человекоподобных роботов). Первое официальное упоминание о компании ROBOTIS датируется 1999 годом, в тот год была официально основана компания ROBOTIS Co., Ltd. и исследовательская лаборатория при ней. Основная цель компании ROBOTIS сформулирована в ее названии – предоставить человеку возможность сформировать собственное мнение и самостоятельно ответить на вопрос Что такое робот? … What is a robot? … ROBOT IS ?. С тех самых пор команда ROBOTIS воплощает свой научный и инженерно-технический потенциал в продукции, позволяющей детям, учащимся, начинающим и профессиональным разработчикам реализовывать креативные идеи и создавать новые технические решения и разработки, способные изменить будущее робототехники и человечества.

Первой коммерческой разработкой компании ROBOTIS, выпущенной на рынок в 2001 году, был комплект программируемых роботов DiDi и TiTi, которые могли функционировать в качестве простейших учебных роботов или интерактивных игрушек, способных взаимодействовать с окружающим миром.

Рободинамика на сервоприводах Dynamixel

В течение следующих нескольких лет компания ROBOTIS представила ряд разработок, которые так и не вышли за пределы корейского рынка, а в 2003 году была презентована линейка сервоприводов Dynamixel. Это было значимое событие в истории компании, предопределившее стратегию ее дальнейшего развития на многие годы вперед.

Изначально была выпущена модель сервопривода Dynamixel AX-12A, которая по сей день применяется в презентованных в 2005 году образовательных робототехнических конструкторах BIOLOID.

На сегодняшний день модельный ряд сервоприводов Dynamixel насчитывает более десятка моделей различной мощности и с различными коммуникационными интерфейсами.

Сервоприводы Dynamixel получили массовое распространение не только в учебных и исследовательских продуктах, но и во множестве коммерческих проектов. Все это способствовало большему распространению сервоприводов Dynamixel и учебных робототехнических конструкторов BIOLOID в мире, а также внесло значимый вклад в развитие робототехнической отрасли в Южной Корее.

За свои достижения в 2009 году компания ROBOTIS получила национальную президентскую премию в области робототехники President’s Best Robot Technology Award, премию IP Star Business (KIPO), а впоследствии сервопривода Dynamixel были включены в перечень перспективной экспортной продукции “World-class product”.

Главный офис компании ROBOTIS находится в Южной Корее в городе Сеул, там же по соседству расположена исследовательская лаборатория и сервисный центр компании. В 2009 году компания ROBOTIS открыла дополнительный офис в США в Калифорнии, а после в Китае и Японии. Помимо собственных офисов компания имеет сеть представительств в различных странах. В Российской Федерации продукцию компании ROBOTIS представляет компания ООО «Прикладная робототехника» и ряд сертифицированных партнеров.

Линейка конструкторов ROBOTIS

На сегодняшний день компания ROBOTIS представляет широкую линейку продукции для образовательного процесса, позволяющую осуществлять непрерывность образования, начиная с игровой формы для учащихся ранних лет и постепенно усложняясь вплоть до исследовательской деятельности в ВУЗе.

Всего в линейки ROBOTIS можно выделить четыре основных продуктовых семейства.

Для дошкольного возраста разработана линейка робототехнических конструкторов ROBOTIS IDEAS, позволяющая конструировать различные подвижные модели механизмов и животных, приводимых в движение с помощью электропривода.

В начальной школе и частично в средней школе рекомендуется линейка ROBOTIS DREAM, представляющая собой четырехуровневую систему для ранней профориентации учащихся в различных аспектах инженерной деятельности посредством робототехники.

Наборы ROBOTIS DREAM позволяют конструировать различные программируемые подвижные модели машин и механизмов с использованием различных датчиков, устройств управления и беспроводной связи. Благодаря применению данных наборов, учащиеся могут познакомиться с основами конструирования и программирования роботов, выполнения типовых задач соревновательной робототехники.

В средней и старшей школе рекомендуется линейка робототехнических наборов на базе сервомодулей Dynamixel – наборы ROBOTIS STEM и ROBOTIS Premium, ранее именуемые как Bioloid. Наборы ROBOTIS STEM предназначены для изучения принципов проектирования сложных робототехнических систем, а также для конструирования моделей роботов для типовых робототехнических соревнований.

Набор ROBOTIS Premium, известный большинству по флагманской модели человекоподобного робота, представляет собой трехуровневую образовательную систему для изучения принципов проектирования сложных робототехнических систем, в том числе систем со сложной кинематикой. Как правило, наборы ROBOTIS Premium применяются в старшей школе, техникумах и университетах в качестве платформы для углубленного изучения робототехники и профориентации в области кинематики, теории машин и механизмов, основ теории управления, методов конечно-автоматного управления и т.п. Благодаря множеству различных способов применения и широким функциональным возможностям, ROBOTIS Premium является одной из лучших программно-аппаратных платформ при переходе от школьных задач к ВУЗовским.

В отличие от школы, при изучении робототехники в ВУЗе основной акцент делается на разработку и моделирование алгоритмов управления и в меньшей степени на конструирование механизмов. Поэтому самая старшая линейка ROBOTIS-OP представлена моделями человекоподобного робота и модульного манипулятора на базе сервомодулей Dynamixel. С помощью данных комплектов студенты технических ВУЗов могут изучать основные аспекты робототехники – управление мобильными и манипуляционными роботами, теорию управления, методы сбора и анализа информации, автономная навигация роботов и многое другое.

Сообщество робототехников, использующих продукцию ROBOTIS, с каждым годом непрерывно растет. Одна из причин – это возможность применять полученные навыки в профессиональной деятельности. Так, например, учащиеся, использующие сервомодули Dynamixel в инженерно-техническом творчестве, приобретают навыки управления промышленным сервоприводом, а так же навыки конструирования манипуляционных роботов и роботов со сложной кинематикой под управлением различных программных средств, таких как – MatLab, LabVIEW, ROS и т.п. А участие в типичных для школы и ВУЗа робототехнических соревнованиях мотивируют учащихся к совершенствованию своих достижений, профессиональному росту и переходу к профессиональным категориям в рамках соревнований RoboCUP и DARPA.

Благодаря удобству использования и программирования сервомодулей Dynamixel, а также простоте программного обеспечения R+ Motion, управление движениями человекоподобных роботов ROBOTIS стало доступно даже начинающим робототехникам. Результатом стало массовое использование моделей Bioloid в школьных и ВУЗовских проектах, а также участие роботов в спортивных дисциплинах типа танцев роботов и в робофутболе.

Компания ООО «Прикладная робототехника» занимается внедрением робототехники в сферах образования, науки и бизнеса. Данная публикация является вводной для цикла статей о продукции ROBOTIS, совместных разработках с южно-корейским производителем, разработке и внедрении коммерческих проектов по робототехнике и множестве интересных проектов и событий в мире робототехники.

ROBOTIS DREAM помогает понять принципы движения, ускорения и силы, принципы работы рычага, упругости и инерции.

ROBOTIS DREAM — это творчество

Строительные конструкторы и фигурки могут быть скучными. Используйте ROBOTIS DREAM для создания уникальных моделей роботов.

ROBOTIS DREAM — это разнообразие

Наскучило создание колёсных роботов? ROBOTIS DREAM позволяет создавать двуногих, четвероногих роботов-животных, роботов-насекомых и многое другое.
С помощью различных датчиков и сервомоторов базовые модели расширяются в более сложные интерактивные модели с возможностями управления и программирования.

ROBOTIS DREAM — это захватывающая игра

Вы будете удивлены, на сколько дети внимательны и целенаправленны, играя с ROBOTIS DREAM.
ROBOTIS DREAM помогает развить у детей творческий потенциал и научное мышление.

ROBOTIS DREAM — это логика

Попробуйте самостоятельно запрограммировать своего робота, в удобной среде разработки RoboPlus. Это программное обеспечение используется также для работы с Bioloid, Dynamixel и другими устройствами компании ROBOTIS.

ROBOTIS DREAM — это дизайн

ROBOTIS DREAM ломает стереотипы. Кто говорит, что роботы — это скучно и неинтересно? ROBOTIS DREAM позволяет реализовать идеи, находя творческие и нестандартные решения.

ROBOTIS DREAM — это сила

ROBOTIS DREAM использует Li-Ion аккумулятор, для лёгкой и удобной эксплуатации робота.

ROBOTIS DREAM — это безопасно

ROBOTIS DREAM не требует пайки или каких-то опасных инструментов для сборки робота. Помимо этого, электрические цепи закрыты корпусом.

Контактные данные

ООО «Прикладная робототехника» (Applied Robotics Ltd.) является эксклюзивным представителем ROBOTIS Ltd. в России и официальным представителем международного движения STEAM CUP.

Считаете, что детские кружки робототехники делятся на два противоборствующих лагеря: те, где обучение ведется при помощи конструкторов, и те, где не применяют готовые наборы? «Занимательная робототехника» узнала у экспертов, чем отличаются эти методики, какие есть положительные и отрицательные стороны обучения без конструкторов, но с применением ручного труда.

Конструкторы развивают техническое творчество

Эксперты, считающие, что конструкторы при изучении робототехники необходимы, уверены, что благодаря им дети развивают способности к техническому творчеству.

Сергей Мун, специалист по подводной робототехнике, считает, что для определенных исследовательских или соревновательных проектов, где необходимо использовать разные комплектующие, и где желательно не ограничивать детей в выборе материалов и средств, жесткое использование определенных конструкторов или наборов будет вредно.

Конструктор подводных роботов MUR, разработанный во Владивостоке

Андрей Гурьев, федеральный эксперт по образовательной робототехнике и высоким технологиям, дает на вопрос однозначный ответ: робототехника не может быть без конструкторов. Он предостерегает тех, кто путает научную робототехнику с образовательной робототехникой.

Одна из них – область науки и промышленности, где ключевой объект – это робот, а цель – получение выгоды. В образовательной робототехнике объектом является ребенок, субъектом – педагог, основная цель – развитие компетенций у детей – можно сказать hard skills и soft skills. Поэтому без конструкторов обучать именно робототехнике довольно сложно. Конструкторы при обучении детей – один из неотъемлемых атрибутов, конструкторы используются в нашей пирамиде (см. слайд презентации, прим. редакции) – это два первых уровня – пользователь и продвинутый пользователь. Когда ребенок может получить соответствующие знания в игровой форме, собирая модели из конструкторов. Это низкий порог входа в робототехнику, когда ребенок может быстро освоить фундаментальные вещи – что такое детали, способы их соединения, свойства конструкций.

Слайд презентации Андрея Гурьева

Алексей Волков, представитель Школы Цифровых Технологий в г. Пермь поясняет, что во время обучения в Школе дети получают навыки, позволяющие им, в первую очередь, пользоваться инструментом. Он уверен, что даже если ребенок в будущем не выбирает инженерную специальность, он будет применять их в жизни.

Но для нашей школы основной целью является профориентация на инженерную специальность, — говорит Алексей. — Эти навыки помогают углубиться и вникнуть в профессию, чтобы потом поступить в профильный ВУЗ. Мы начинаем обучение не на базе конструкторов (например, LEGO). На занятиях по робототехнике с применением конструкторов ребенок очень ограничен в творчестве, так как сборка робота на базе заготовленных заранее элементов и зачастую по инструкции лишает детей многих творческих возможностей – делать изобретения, реализовать собственные проекты с нуля, а конструкторы в этом случае ограничивают такие возможности – там просто есть детали, которые нужно собрать. После этого придумать что-то большее ребенку сложно.

При этом конструкторы ограничены в выборе деталей, поэтому требуются дополнительные умения.

Мастер-класс в пермской Школе цифровых технологий

Алексей Волков уверен, что без умения паять невозможно собрать собственный конструктор «с нуля», поэтому все дети в Школе цифровых технологий изучают пайку.

Многие годы проработав инженером, я абсолютно убежден, что теоретик, который может рисовать только на бумаге, не может создать ничего реально полезного, так как он не видит свой проект в физической оболочке. Такие проектировщики допускают массу ошибок, они работают «в стол» — проектируют то, что не производится потом. А те инженеры, которые хоть раз собрали что-то по своему проекту – в дальнейшем работают грамотно. Конечно, если взять, к примеру, тот же Ардуино – мы не разрабатываем микроконтроллеры – можно сказать, это готовая деталь конструктора. Все наше обучение – это формирование общего взгляда на инженерию – кто-то из наших ребят, возможно, будет программировать процессоры или разработает свой микроконтроллер. И даже если кто-то будет собирать что-то из готовых плат – ему необходимы знания – как это правильно скомпоновать, припаять и подключить.

Обучение в любом случае происходит на основе готовых наборов

Алексей Волков рассказывает, как в Школе цифровых технологий проводится обучение. В ней предпочитают не пользоваться конструкторами, а предлагают детям собирать роботов полностью самостоятельно:

У нас обучение детей начинается с механики и окружающего мира, затем с изучения чертежей – как они строятся, как переносятся на заготовки. Ребята также учатся работать с ручным инструментом – напильником, ножовкой, гаечными ключами, молотком, отверткой. То есть с помощью каких инструментов можно собрать их первый проект — древобота – деревянного робота. Для его сборки используются и саморезы, и гаечные ключи, есть возможность выпилить нужные элементы ножовкой. Этот робот ребята собирают по чертежам, то есть они учатся работать с чертежами и ручным инструментом. Следующим этапом они изучают материаловедение – свойства фанеры, дерева, пластика – с каждым материалом они учатся работать. Затем начинается обучение электронике – я имею в виду пайку, схемы, элементную базу. Это крупный модуль, на котором дети учатся делать свои первые электронные устройства, например, один из таких проектов – жук-светофил – с датчиками — который ходит за светом. И только после этого дети переходят к робототехнике, к микроконтроллерам на базе ардуино и начинают учиться программировать. Здесь мы подключаем к образовательному процессу компьютеры и ребята могут создавать свои первые роботизированные устройства. Затем мы погружаем ребят в последний по нашей структуре модуль, он связан с программированием — когда чертежи переносятся в двух- или трехмерную плоскость — и потом ученики выводят их на плоттер либо 3D – принтер. То есть задача первого года нашего кружка «инженеры» — научить детей создавать роботов «с нуля», без заготовок, чтобы они смогли разработать проект и распечатать его на 3D-принтере или вырезать лазерным станком.

Модель робота из дерева. Школа цифровых технологий в Перми

Сергей Мун поясняет:

Как только мы разработаем методические материалы к кружку с описанием знаний и навыков, которые должен освоить ученик, мы приходим к перечню комплектующих, инструментов и оборудования. В общем мы и получаем конструктор. Поэтому, так или иначе, в образовании почти всегда используются наборы или конструкторы.

Создавать свой конструктор для обучения — затратно

Андрей Гурьев убежден, что конструктор облегчает работу и преподавателям, и детям. Но разработка своих деталей также тратит ресурсы – например, требуется закупить дерево, оборудование для его обработки. Он отмечает, что создание своего конструктора своими силами по собственной методологии – серьезная работа со стороны Школы цифровых технологий.

Детали для конструирования в Школе цифровых технологий г. Перми

Конструкторы подходят не для всех возрастов

Алексей Волков уверен, что конструкторы – это неплохой способ начать занятия и понять – нравится ли сам принцип робототехники или нет. Но для продолжения обучения они не подходят, так как через несколько месяцев ребенку становится тесно в рамках конструкторов, и он хочет чего-то большего. С самого начала и до конца весь обучающий модуль в Школе проходит без конструкторов.

Николай Пак, создатель федеральной сети кружков робототехники «Лига роботов» считает, что для использования конструкторов есть возрастной предел:

Это вопрос времени — когда именно переходить на свободное проектирование. Естественно, даже про «Лигу Роботов» ходит много мифов, что мы только на LEGO обучаем. Нет конечно. Но действительно, систематическое обучение с монотонным повышением скилла возможно только с хорошим материалом, наглядным. Ребята должны видеть пример (конструктор, механику, преподавателя и прочее) и у них автоматически начинают нарабатываться нужные схемы в голове. Потом уже можно переходить на свободное проектирование. Сразу школьнику лет десяти сказать: «вот, строй велосипед или ракету», а у него пустой стол. Это не методологично и не сработает. А когда именно, это уже вопрос сложный.

Андрей Гурьев поясняет, что в Школе цифровых технологий и аналогичных центрах не занимаются робототехникой как таковой, там происходит обучение детей компетенциям в инженерно-технических навыках, например, пайке. Он отмечает, что есть ограничение по возрасту, требованиям санПина к площадке и другие. В возрасте 6-7 лет, на пике их исследовательского интереса к познанию мира, детей нужно вводить в инженерное русло. Но этот возраст не подходит для начала обучения пайке.

Обучить педагогов работе с конструкторами проще, так как есть много наработок

Педагоги в Школе цифровых тенологий – преподаватели высокого уровня, у них есть определенная методология, — говорит Андрей Гурьев. — Можно шестилетнему ребенку предложить паять, но это определенные риски. Поэтому конструкторы – неотъемлемый атрибут обучения. Конструктор – это область конструирования. И в Школе цифровых технологий также используется конструирование, только вместо готовых конструкторов собственные разработанные детали и методология, а прививаемые навыки схожи с навыками при использовании конструкторов.

Эксперт говорит, что ему не важно, с каким конструктором работать, у него есть собственная методология, свой учебно-методический план.

С любым конструктором я создаю детям представление — начиная от понятия детали и до конца. Проблематика использования конструкторов такова: принцип ЛЕГО — сборка по инструкции, отсутствие творчества. У нас на сегодняшний день уровень образовательной робототехники в России – это уровень сборщика.

Андрей говорит, что в данном случае наиболее важной фигурой является педагог, а конструктор в таком случае становится лишь инструментом. От педагогического таланта напрямую зависит успех. Важно учитывать, говорит эксперт, уровень подготовленности ребенка и предлагать каждому уровню свой конструктор. К примеру, можно учить детей полутора лет соединять мягкие кубики LEGO SOFT, и это будет педагогически оправдано.

Основная проблема некачественного преподавания робототехники – «застревание» детей при работе с конструктором на уровне сборщика, — уверен Андрей. — Но это не вопрос конструктора, а вопрос педагога. На следующем уровне нужно предлагать более продвинутые знания – электронику. Если ребенок хочет развиваться в этом направлении, ему нужно изобрести собственный конструктор. После того, как он научился программировать, в ход идет электроника – по сути, то же конструирование, но электронных программ. При этом понятие конструктора – обширное. Он может содержать детали, конструкционные блоки и детали из подручных материалов, купленных в строительном магазине и обработанных ребенком или напечатанных на 3D-принтере. У меня был проект «квантобот», который содержал: и литье силиконом, и изготовление печатных плат, и лазерная 3D-печать, и перечень ручных инструментов (распилить, попаять) и изготовление «хэнд-мэйд»-деталей. Это подходит только для тех детей, которые освоили предыдущие этапы. В опыте моей трудовой деятельности была практика работы моих учеников в организации моего партнера по сборке роботов на выставку. Дети получили колоссальный опыт. Один ученик в 15 лет уже нанимает сотрудников, занимаясь в области 3D-печати. В общем-то, цель образовательной робототехники – помочь ребенку определиться с выбором будущей профессии и быть счастливым человеком.

Какое оборудование и какой бюджет потребуются для создания Центра молодежного инновационного творчества (ЦМИТ)? Знакомьтесь с опытом Юрия Васильева, руководителя сети кружков «Школа Цифровых Технологий» и нескольких ЦМИТов в Томске.

Какие конструкторы используют в образовательной робототехнике?

Платформа Lego — лидер образовательной робототехники. Наборами Lego Mindstorms оснащены кружки робототехники во многих странах мира. На лидирующих позициях Lego Mindstorms и в российских секциях робототехники. Также популярна открытая платформа Arduino, на основе которой создается множество образовательных наборов.

Не все рады доминированию конструкторов на рынке. «Что такое сейчас образовательная робототехника? Примерно Lego, Arduino», — констатирует Дмитрий Польский, папа юного инженера. Есть ли альтернативы по функционалу? В общем, да. На рынке множество робототехнических конструкторов: Fischertechnik, VEX, ТРИК, ScratchDuino (РОББО), Роботрек, RoboRobo, Амперка и другие.

, который провел Центр педагогического мастерства Москвы. В обзор вошли наборы от таких производителей как LEGO, Fischertechnik, VEX, ТРИК, ScratchDuino, Huna-MRT, RoboRobo и Амперки. . .

Могут ли конструкторы быть вредны в образовательном процессе, читайте в следующей части.

Одним из направлений робототехники стали интеллектуальные игрушки для обучения детей творчеству, основам наук и программированию. Порой такие детские роботы уже обладают элементами искусственного интеллекта (ИИ) и способны самообучаться в процессе общения. Воплотить в жизнь самые оригинальные идеи из детской игровой робототехники помогают небольшим стартапам платформы Кикстартер и Индигого. Из представленных на этих краудфандинговых платформах проектов мы сформировали подборку наиболее востребованных идей, получивших финансирование для дальнейшего развития проекта.

Clicbot – обучающий робот-игрушка

Clicbot – универсальный программируемый робот-игрушка. Благодаря модульной конструкции робот можно собрать в виде гуманоида, двух и четырех колесной тележки, манипулятора, напоминающего формой и движениями промышленные роботы-автоматы. Имеется 50 предварительно запрограммированных забавных конструкций и множество других вариантов для самостоятельного творчества.

Интерактивный Clicbot способен слушать собеседника и реагировать на его действия. Хотя, он и не предназначен для использования в качестве полностью автономного робота-компаньона, но его поведение может легко программироваться. У Clicbot более 1000 настроек и каждая имеет свои под варианты. Он может ходить, ползать, танцевать, ездить, участвовать в гонках или даже подавать утренний кофе, увлекая детей занятиями по робототехнике и программированию.

Головной блок управления включает акселерометр, гироскоп, датчик расстояния, микрофон, динамик, модуль Wi-Fi. Видеокамера позволяет распознавать лица и образы, команды управления, поддерживает технологию FPV (First-Person View) для телеприсутствия и удаленного наблюдения. Для программирования Clicbot можно использовать графический редактор Google Blockly или язык Python

Bittle – программируемый роботизированный кот

Bittle – это игрушечный аналог роботов от Boston Dynamic. Он чем-то напоминает и другого робота-собаку – Sony Aibo. Но при этом Bittle продается по цене роботизированной игрушки в виде конструктора для самостоятельной сборки.

Bittle умеет ловко преодолевать препятствия, двигаясь на четырех лапах как настоящие животные. Он может запоминать десятки шаблонных движений, выполнять причудливые трюки по командам с пульта управления. А в случае потери равновесия и опрокидывания робот способен вернуться в исходное положение и продолжить движение к цели.

Bittle создан на основе доработанной платы Arduino, для сложных движений использует различные датчики и внешние устройства. Плата управления включает процессор Atmega328P/16 МГц, 2 КБ памяти SRAM и 32 КБ флэш-памяти. Кроме того есть инерциальный измерительный модуль, блок ШИМ для 12 сервоприводов, инфракрасный приемник и зуммер. Есть 4 разъема для модулей расширения.

Bittle – это открытая платформа, позволяющая объединить гаджеты разных производителей в единую систему. Добавить роботу возможности ИИ можно подключением микрокомпьютера Raspberry Pi. Написанная на Python программа может запускаться на Raspberry Pi и других поддерживаемых процессорах, управляя Bittle через проводное или беспроводное соединение.

Для упрощенного программирования есть фреймворк OpenCat. Он определяет минимальную структуру данных и алгоритмы движений для четвероногих роботов. Вы сможете научить Bittle новым навыкам и трюкам, чтобы выигрывать призы в соревнованиях международного сообщества OpenCat.

MOSS – универсальный инструмент для обучения программированию

Комплекты MOSS от компании Modular Robotics – это оригинальный конструктор для создания роботов. Разнообразные по назначению, программируемые кубики (Cubelets) легко комбинируются и позволяют собирать сотни разнообразных роботов.

Подбор кубиков в процессе сборки робота имитирует процесс простейшего программирования. Программирование с помощью графического редактора Blockly и MOSS Scratch задает алгоритмы контроля датчиков и управления исполнительными механизмами для движения, поворотов, подачи световых и звуковых сигналов.

Программировать и управлять роботом можно через Bluetooth с помощью смартфона или планшета с клавиатуры или пульта дистанционного управления.

При первоначальной цели на Кикстартер в $100 000 для финансирования проекта удалось собрать $361 293.

Makeblock Neuron – платформа электронных строительных блоков

Makeblock Neuron – это удобная для сборки программируемая платформа с использованием электронных строительных блоков. Более 30 типов блоков в виде кнопок, джойстиков, сенсоров и датчиков звука, освещенности, температуры, влажности и других параметров позволяют создавать множество оригинальных гаджетов.

Для соединения блоков между собой предусмотрены подпружиненные разъемы с магнитами. Помогает при этом интуитивно понятная система программирования. Каждый блок уже имеет предварительно запрограммированную функцию. Программировать новые функции можно в приложении Neuron или в редакторе mBlock 5. Для беспроводной передачи сигналов управления используются технологии Bluetooth и Wi-Fi.

Проект Neuron от китайской компании Makeblock получил на Кикстартер одобрение 1464 спонсоров, вложивших в развитие этой идеи $367 129.

Thimble: новая электронная игрушка каждый месяц

Электронные наборы компании Thimble предназначены для любознательных детей и взрослых. Они помогают в увлекательной форме изучать основы электроники, робототехники, мехатроники и программного обеспечения. Новые наборы деталей для создания высылаются по подписке ежемесячно.

Среди наборов Thimble представлены комплекты для сборки игровых контроллеров, музыкальных синтезаторов, устройств для Умного дома. Можно заняться сборкой более сложных программируемых роботов на микроконтроллере Arduino с управлением через Wi-Fi.

Для начинающих предназначены более простые наборы: различные световые и музыкальные игрушки, термометры, таймеры, дверные звонки. Приложение Thimble включает пошаговые руководства по сборке и позволяет обмениваться опытом и знаниями с другими сборщиками каждой игрушки.

Для развития проекта Thimble через Кикстартер собрано $295 760 от 1776 заинтересованных заказчиков.

thimble.io

MarsCat – домашний робот-кот

Полностью автономный, интерактивный MarsCat – идеальный робот-игрушка с программируемыми возможностями. Он может выражать эмоции мяуканьем, движениями тела и глаз. Сделать поведение MarsCat натуральным и выразительным помогают 16 серводвигателей.

Программируемый микроконтроллер ATMega2560 позволяет реализовать 6 программируемых шаблонов поведения, MarsCat может быть восторженным или задумчивым, энергичным или ленивым, общительным или застенчивым.

Моделировать поведение настоящего животного помогают алгоритмы ИИ, реализуемые миникомпьютером Raspberry PI. Приобретенные одним роботом навыки и шаблоны поведения хранятся в отдельном модуле памяти и могут быть легко воспроизведены в другом роботе простой заменой памяти. Программировать поведение робота MarsCat помогает специальный комплект разработчика.

Реализовать проект MarsCat в жизнь помогли 227 спонсоров, вложивших в эту идею через Кикстартер $213 198.

Робот-автомобиль Zumi

Роботизированный автомобиль Zumi помогает детям изучать основы сложных наук, писать программы с использованием блочного кодирования и языка Python. Более опытные программисты смогут создавать программы для уникальных экспериментов с беспилотными автомобилями, научатся проектировать собственные нейронные сети, чтобы обучить Zumi классифицировать объекты и распознавать лица и жесты людей.

В процессе передвижения по трассе Zumi использует Tensor Flow и Open CV – это те же самые программные инструменты, что есть и у настоящих беспилотных автомобилей.

Прототип Zumi был удостоен награды «Лучшая инновация» в категории «Роботы и дроны» на выставке CES 2019

Реализовать проект Zumi в жизнь помогли 888 спонсоров, вложивших в эту идею через $150 091

ROYBI – портативный робот-компаньон с ИИ

ROYBI взаимодействует с повсеместно доступной онлайн-платформой для обучения детей и взрослых. Контролировать и оценивать занятия помогают формируемые роботом отчеты с рекомендациями по улучшению процесса обучения.

ROYBI был включен в США по версии CNBC в список 100 наиболее перспективных стартапов в 2019 году.

Запущенный на платформе Индигого проект ROYBI привлек $120 538

Заботливый Kiki

Kiki – это робот-компаньон для детей и взрослых. Он распознает эмоции и действия собеседника, способен реагировать на них. Робот развивает свои уникальные способности в зависимости от особенностей взаимодействия с окружающим миром, при этом меняется и его поведение.

Высокопроизводительный встроенный процессор позволяет Kiki запускать модели глубокого обучения, чтобы распознавать лицо и адекватно воспринимать реакции собеседника. Несколько сенсорных датчиков в разных частях корпуса помогают воспринимать поглаживания, а всенаправленные микрофоны позволяют искать человека даже вне поля обзора камеры.

Реалистичное поведение этого робота базируется на исследованиях ведущих психологов о личностных особенностях человека. Действия в соответствии с заложенными моделями поведения и обучения обеспечивают некую осмысленность и логичность поступков Kiki.

Самообучающийся робот Kiki собрал на платформе Кикстартер $105 611.

kiki.ai

Smartipresence – простой робот телеприсутствия

Конструктор Smartipresence поможет создавать собственных недорогих роботов телеприсутствия на основе любого смартфона.

Запущенное на смартфоне приложение поддерживает режим ИИ и позволяет распознавать образы с помощью облачного сервиса. По команде пользователя Smartipresence в сеансе видеосвязи будет сопровождать человека или даже домашнее животное, чтобы его лучше видел удаленный собеседник. Режим действий Smartipresence задается через приложение на смартфоне. Smartipresence можно визуально программировать в среде Scratch, либо с помощью Espruino на основе языка JavaScript.

Этот проект английского инженера Росса Аткина уже поддержали на Кикстартер 186 спонсоров, собравших для запуска проекта $17329.

В этой подборке мы собрали наиболее интересные и перспективные модели детских роботов-игрушек, включающие технологии телеприсутствия, распознавания речи и голоса, автономность действий и поведения на основе ИИ и машинного обучения, которые еще недавно были доступны лишь «взрослым роботам».

Напишите в комментарии, а какие на ваш взгляд наиболее перспективные роботы-игрушки есть на рынке или уже у вас дома?

Нам было интересно сделать такой обзор, чтобы проанализировать какие технологии внедряются в роботов для детей, как решаются задачи human interaction для самой маленькой по возрасту аудитории. Мы в Dragon Tree Labs работаем над системами взаимодействия роботов и людей, интерфейсами в широком смысле, создавая интуитивно-понятные принципы коммуникаций. Это откроет новые возможности для работы, обучения, развлечений и общения, без оглядки на возраст, расстояние, мобильность и физические ограничения пользователей. Читай наш блог и следи за нашими разработками и достижениями.

Читайте также: