Обзоры конструкторов, используемых в робототехнике. Плюсы и минусы различных платформ

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 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. LEGO Education WeDo 2.0 Это вторая версия конструктора LEGO Education WeDo, которая была впервые представлена на выставке CES 2016. Конструктор также адаптирован для детей в возрасте от 7 лет. Но, в отличие от первой версии, здесь уже можно собирать автономных роботов, ведь готовый робот работает на двух батарейках AAA, а взаимодействие с ПК происходит по Bluetooth. Микрокомпьютера здесь как такового нет. Вместо него здесь есть СмартХаб, который играет роль связующего звена между ПК/планшетом и электроникой робота. Т.е. все программы, которые вы напишите, будут работать на ПК или планшете. У СмартХаба здесь всего два порта для подключения датчиков и моторов, один индикатор и всего одна кнопка - кнопка питания. Программирование здесь визуальное. Вы просто соединяете друг с другом нужные блоки-действия и таким образом составляете программу. LEGO Education SPIKE Prime Новое образовательное STEAM-решение для средней школы. Помогает ученикам развить уверенность в своих знаниях и умениях в ходе изучения предметов естественно-научного и технического циклов. SPIKE Prime сочетает в себе кубики LEGO, язык программирования Scratch, программируемый хаб с подключаемыми датчиками и моторами. Набор Spike Prime — практико-ориентированное образовательное решение для STEAM-обучения. Конструктор содержит более 500 пластмассовых элементов LEGO Technic и программируется с помощью созданного на основе Scratch приложения. Набор ориентирован на школьников 5-7 классов. В наборе три двигателя, три датчика и блок Smart Hub с шестью портами, динамиком, световой матрицей 5×5, 6-осевым гироскопом, аккумулятором. Связь Smart Hub с приложением через Bluetooth. Приложение SPIKE, использующее язык программирования Scratch, предлагает учебные курсы, которые отвечают требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов РФ. При этом большинство проектов из этих курсов могут выполняться за 45 минут, что позволит учителям с легкостью использовать SPIKE Prime на занятиях в классе в рамках ежедневной учебной деятельности. Образовательный комплекс решений LEGO Education, который теперь включает и SPIKE Prime, специально разработан таким образом, чтобы ученики погружались в выполнение практических проектов в рамках классных или внеурочных занятий, мотивирующих критически и креативно мыслить, учиться решать задачи и эффективно взаимодействовать друг с другом. 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. Составлено на основе обзора: Шевцовой Алисы Николаевны, инженераконструктора по робототехнике. (https://pedsovet.su/robotics/6603_obzor_platform_dlya_robototechniki) Дополнительные источники: http://www.proghouse.ru/article-box/26#roborobo https://kurets.ru/zanudnye-obzory/112-obzor-robototexnicheskix-platform-dlya-obrazovaniya Видеообзоры: https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=WGoLTDFqDiY&feature=emb_logo https://www.youtube.com/watch?time_continue=7&v=gpouxRjSHFQ&feature=emb_logo