Какой конструктор программируемых роботов выбрать?

Прошел уже почти век, как писатель Карл Чапек в 1921 году придумал слово «робот» для своей пьесы «Россумские универсальные роботы». С того времени роботы уже не выдумка фантастов: они накрепко укоренились в рамках образовательной программы школ и кружков дополнительного образования.

Роботы разработаны для детей, что не мешает и взрослым любителям электроники обучиться программированию и собрать собственного интерактивного робота. Чтобы хоть немного сориентировать вас в многообразии вариантов, мы оценили возможности конструкторов и популярных роботизированных платформ, разобрались в видах и ценах.

Время чтения: 22 минуты

Автор статьи — Бураков Даниил

С чего начать знакомство с робототехникой

В интересные времена живём, однако. Последние достижения в областях робототехники и компьютерных наук по-настоящему впечатляют. Беспилотники Yandex разъезжают по дорогам, Atlas из Boston Dynamics делает обратное сальто, Google хвастается квантовыми компьютерами, NASA готовится к возврату на Луну, а машины Tesla собираются роботами.

Робототехника — перспективное направление, начинать знакомство с которым можно в раннем возрасте. Существует куча наборов и S.T.E.M.-конструкторов для занятий по робототехнике, отличающиеся назначением, сложностью, интерактивностью и комплектацией.

Мы подготовили обзор 5 робототехнических платформ, чтобы облегчить непростую задачу выбора набора для знакомства с робототехникой.

Обзор платформ для разработки

BBC micro:bit

Британская компания BBC славится не только увлекательными сюжетами про природу. Встречайте BBC micro:bit — образовательную платформу, вышедшую в рамках инициативы Make It Digital. Micro:bit — это пусковая площадка в мир электроники, микроконтроллеров и IoT(Internet of Things — Интернет вещей). BBC рекомендует начинать знакомство с платой в возрасте 11-12 лет, хотя под контролем взрослых с ней разберутся и ребята помладше. Кроме того, Micro:bit подходит для занятий в школах и кружках робототехники. На сайте microbit.org можно найти готовый план обучения на 14 недель для детей 11-14 лет.

Плата снабжена 2 программируемыми кнопками, 25 светодиодами, 20 GPIO и 3 пинами типа banana connector. На плате есть термометр, акселерометр, магнитометр и Bluetooth модуль для соединения с телефоном. Такого количества начинки с лихвой хватит на десятки проектов. Можно сделать музыкальный плеер, компас, умный вентилятор, мобильного робота с управлением по Bluetooth и многое другое.

Программируется плата в облачной среде разработки Make Code на microbit.org. Новичкам можно программировать блоками Scratch, более продвинутым — на JavaScript и Python.

Makeblock

Makeblock — компания, выпускающая решения для STEM образования. В линейку продуктов входят несколько мобильных роботов, конструкторы по сборке лазерного гравера и XY-графопостроителя, и даже модульный дрон.

Наборы Makeblock ориентированы на аудиторию разных возрастов, начиная с 6 лет. Конструкторы mTiny, Codey Rocky и Neuron подойдут для знакомства с миром робототехники. Наборы мобильных роботов снабжены Arduino-подобным контроллером с коннекторами сенсоров, которые знакомы любителям Lego Mindstorms. Они подходят как для самостоятельных занятий, так и для кружков. Готовая программа обучения доступна на makeblock.com

В зависимости от поставленных задач можно выбрать набор. Наборы для знакомства с робототехникой упрощены чтобы избежать перегрузки информацией. Neuron поставляется в виде блоков, которые можно соединять. mTiny и Codey Rocky выполнены в цельном корпусе. Другие наборы более гибкие и добавляют возможность создавать более сложные проекты. Набор Ultimate 2.0, например, оснащен платой MegaPi, аналогом Raspberry Pi, которая дает максимальную свободу действий в сравнении с другими наборами Makeblock.

Программировать наборы можно как с помощью Scratch на makeblock.com, так и в Arduino IDE на C++.

Arduino

Ещё полтора десятка лет назад, чтобы помигать светодиодом с микроконтроллера, нужно было знатно потрудиться. Нужно было прочитать кучу книг, раздобыть необходимую обвязку в виде кварцевого генератора, резисторов, конденсаторов и программатора, правильно подключить все это дело и, скрестив пальцы, прошить чип. В 2005 ситуация изменилась. Массимо Банци и команда выпустили плату как помощь студентам в обучении программированию и электротехнике. Имя плате досталось в честь паба “Bar Di Re Arduino”, который Банци частенько навещал. Так и родилась Arduino.

Arduino — это платформа для обучения и прототипирования устройств. Главное достоинство Arduino — связка аппаратного и программного обеспечения, которая позволяет легко воплощать идеи в жизнь. Знакомство с Arduino стоит начать в средней школе. На сайте arduino.cc можно узнать больше об образовательных программах на Arduino.

Линейка плат Arduino содержит платы разных мощностей, назначения и размеров. Платы расширения, по-другому Шилды, и бесчисленное количество разных датчиков от кнопок до сканеров отпечатка пальца добавляют дополнительный функционал. Самая популярная плата, Arduino UNO, оснащена 14 цифровыми и 6 аналоговыми пинами, 32 КБ Flash памяти и 1 КБ EEPROM.

Arduino славится количеством проектов, которые были реализованы на её основе. Начать можно с проектов попроще, постепенно наращивая сложность. Кстати, на сайте Arduino есть раздел Project Hub, где собраны тысячи проектов со всего мира.

Программировать Arduino можно на C++ используя десктоп или веб-версию Arduino IDE. Ещё есть возможность использовать Scratch через ScratchX или S4A и Python через pyFirmata.

Raspberry Pi

Переходим к тяжелой артиллерии. Raspberry Pi — это полноценный одноплатный компьютер, на котором можно запустить операционные системы Raspbian, Ubuntu Core, Windows 10 IoT Core и ещё кучу всяких интересностей. Raspberry Pi подойдет ребятам старших классов. На сайте raspberrypi.org есть учебный план, который разбит на 4 уровня сложности.

Чтобы решить задачи каждого покупателя, в линейке плат Raspberry Pi есть платы разного форм-фактора и мощности. На недавно вышедшей Raspberry Pi 4B, например, установлено 4 USB порта, 2 из которых USB 3.0, гигабитный Ethernet, 2 micro HDMI порта с поддержкой 4К видео, WiFi, Bluetooth 5.0 и 40 GPIO пинов.

Потенциал платы ограничен только воображением. Можно создать свою медиасистему для просмотра фильмов в 4К, можно превратить Raspberry Pi в эмулятор игр и спасти принцессу Пич, можно даже сделать систему безопасности с возможностью распознавания лиц.

Программировать Raspberry Pi можно разными способами. Если подключить монитор, клавиатуру и мышь и запустить графический интерфейс, получится полноценный персональный компьютер. Тут есть где разгуляться. Программировать можно на Python, C, C++, Java, Html5 и других языках. Настоящие хакеры пользуются SSH соединением и управляют Raspberry Pi удаленно через Bash. Этот навык пригодится будущим системным администраторам.

STM32

Микроконтроллеры STM32 для тех, кто намерен влиться в мир промышленных микроконтроллеров. Здесь все серьёзно — регистры, шестнадцатеричная система счисления, язык программирования C. Начинать освоение STM32 лучше в старших классах. Повозиться придётся, но старания окупятся — специалисты по программированию встраиваемых систем ценятся на рынке труда.

Все проекты на Arduino, реализуемы и на платах STM32. Основное отличие в том, что проекты, выполненные на STM32 потребуют больше времени, а взамен дадут кристальное понимание всех систем. Микропроцессоры STM32 на голову превосходят микропроцессоры Arduino по техническим показателям при схожей цене. Вот небольшое сравнение чипа Arduino UNO и похожего чипа STM32.

Программировать STM можно и в Arduino IDE, но чтобы полностью использовать возможности платы придется перейти на чистый C в STM32Cube IDE, например.

Сравнение платформ

Все ещё не знаете что выбрать? Вот таблица, которая сможет облегчить задачу.

Обзор современных робототехнических конструкторов

Роботы на BBC micro:bit

Решили остановиться на BBC micro:bit, вот несколько наборов, на которые стоит обратить внимание.

Черепаха Yahboom micro:bit Smart Robot Car

С этим набором можно собрать мобильного робота своими руками. Робот оснащён ультразвуковым дальномером, ИК датчиком, двумя датчиками езды по линии, пьезопищалкой и светодиодами. Все детали, включая отвертку и поле для езды по линии включены в комплект. Конструктор пригодится для изучения азов робототехники таких как управление моторами, езда по линии, беспроводная ИК и Bluetooth связь.

	Самоход Hiwonder LOBOT micro:bit Qtruck Нужен вездеход? Qtruck спешит на помощь. Робот оснащён манипулятором, с помощью которого можно захватывать различные предметы, ультразвуковым дальномером для обнаружения препятствий и датчиками для езды по линии. Управлять роботом можно через приложение на телефоне.
	Рука-робот Hiwonder LOBOT micro:bit uHandbit Механическая робо-рука на платформе BBC micro:bit точно сможет заинтересовать юного робототехника. Рука умеет показывать жесты, считать на пальцах и реагировать на звуки. В комплекте идут датчик цвета и звуковой дальномер, которые можно использовать для активации движений руки. Робо-рука может использоваться как развлечение для вечеринок и мероприятий. Можно, например, сделать робота, который будет приветствовать всех входящих людей каким-нибудь жестом.
	STEM конструктор Hiwonder LOBOT micro:bit DaDa Этот набор придётся по вкусу любителям Lego и начинающим робототехникам. Используя детали конструктора можно собрать 20 моделей роботов. В набор входят ультразвуковой датчик, датчик света, датчик цвета, ИК датчик препятствий, 4-сегментный дисплей, сервопривод и пропеллер. Роботы на Makeblock Роботы Makeblock – хороший выбор для кружков и школ. Ниже представлены несколько наборов, с которых можно начать изучение робототехники. Машинка Makeblock mBot v1.1 Этот конструктор поможет сделать первые шаги в мире робототехники. Простота сборки, понятный язык программирования Scratch и куча обучающих материалов помогут на первых порах. Далее можно переходить к более серьезным проектам и программированию в Arduino IDE. В комплекте присутствуют ультразвуковой дальномер, датчики линии, ИК приёмник и ИК излучатель, датчик света, пьезопищалка и светодиоды. На базе этого набора можно сделать робота, объезжающего препятствия, робота-гонщика, робота, который может пройти лабиринт и много чего ещё. Когда захочется чего-то большего — смотрите на наборы дополнения. Дополнение Interactive Light and Sound, например, добавляет датчики освещённости, звука и светодиодный модуль. Они позволять создать робота-насекомого, который будет двигаться на свет или звук или робота-сортировщика, который может распознавать цвета грузов и сортировать их. Есть две комплектации робота, отличающиеся способом удалённого управления роботом. В одной комплектации идёт Bluetooth для управления с телефона, в другой — радиомодуль 2.4 ГГц для управления с пульта. А ещё можно выбрать цвет робота, розовый или синий. STEM-комплект 3 в 1 Makeblock mBot Ranger Если предыдущего конструктора оказалось недостаточно — приглядитесь к Makeblock mBot Ranger. Используя детали этого конструктора можно построить три модели роботов с различными функциями. Первая модель — робот-танк. Этот робот для езды по пересечённой местности. Пригодится для исследования пещер и покорения скалистых вершин. Вторая модель — робот-гонщик. Собрав его, вы сможете показать кто самый быстрый ездок по линии на Диком Западе. Третья модель — балансирующий робот. Робот способен балансировать на двух колёсах с помощью гироскопа. Дрон Makeblock Airblock Что-то летающее — это уже классно, а летающий конструктор выводит обучение на новый уровень. Особенность этого набора — модульная структура на магнитных креплениях. Моторы можно подсоединять в разном количестве и под разными углами, а прикрепив моторы на базу для катера можно собрать судно на воздушной подушке. Встроенный гироскоп позволяет удерживать заданное положение в пространстве, барометр помогает определить высоту полёта, а ультразвуковой дальномер снизу предупреждает о столкновении с землёй. Изучив этот набор, вы разберётесь с влиянием количества моторов на грузоподъёмность дрона, узнаете, как атмосферное давление зависит от высоты подъёма, отрегулируете ПИД-алгоритм для удерживания заданного положения и запрограммируете дрона на удержание заданной высоты над землёй. Роботы на Arduino Заинтересовались проектами на Arduino? Обратите внимание на эти наборы. Машинка, управляемая через Bluetooth Yahboom Arduino Robot Car Этот набор хорош для знакомства с Arduino и электротехникой. В комплекте идут платформа с припаянными датчиками линии, ИК детекторами препятствий и драйвером моторов, ультразвуковой датчик на вращающейся башне, две макетные схемы и куча рассыпухи в виде резисторов, датчиков и светодиодов. Особенностью этого конструктора являются макетные схемы. Они позволяют собирать электронные схемы без флюса и припоя. В процессе изучения набора вы узнаете кто такие Ом, Ампер, и что за напряжение возникло в их отношениях, как решить проблему нехватки пинов Arduino, подключите ЖК дисплей и поймёте как свет влияет на сопротивление фоторезистора. Автомобиль, проезжающий не только лабиринты Arduino Robot Car Wi-Fi Хотите чего-то более продвинутого, чем просто мобильный робот? В этот набор, помимо мобильной платформы с датчиками, входит камера на вращающейся башне и Wi-Fi модуль, при помощи которого можно транслировать видео на телефон и управлять роботом в одно и то же время. Если разобраться с тем, как работает Wi-Fi модуль, можно передавать видео на компьютер, обрабатывать его алгоритмами компьютерного зрения и посылать команды движения, основываясь на результатах. Пишущий робот Arduino Plotclock Хотите произвести впечатление своей пунктуальностью? Робот-часы поможет. Изучив этот набор вы поймете, почему важно иметь запасную батарейку, разберётесь с прямой и обратной кинематикой в плоскости и узнаете что такое сплайны. Кстати, если разобраться, как работает робот, его можно переквалифицировать в робота-художника, который сможет рисовать картины по запросу. Робоманипулятор ZYMiniArm Чтобы разобраться, как работают промышленные манипуляторы, нужно перелопатить горы литературы и потратить несколько лет на обучение. Однако, если познакомиться с манипуляторами в раннем возрасте, то обучение в будущем будет намного понятнее. Начать можно с этого набора. Манипулятор обладает 4 степенями свободы, что даёт ему достаточную гибкость без усложнения конструкции и теоретических расчётов. В процессе изучения этого набора вы разберётесь с прямой и обратной кинематикой, поймете, что такое рабочее пространство манипулятора и запрограммируете удалённое управление по Bluetooth. Манипулятор Hiwonder LOBOT LeArm Single Robot Этот манипулятор приближен к реальным манипуляторам, которые используются на производстве. Манипулятор обладает 6 степенями свободы, что позволяет подойти к цели с разных сторон. Этот набор является продолжением ZYMiniArm с большим количеством возможностей и управлением через джойстик. Манипулятор на шасси MeArm Если совместить мобильного робота и манипулятор, получится, как ни странно, мобильный манипулятор. Набор объединяет в себе знания, которые можно получить, собрав ZYMiniArm и Arduino Robot Car. Управлять роботом можно с джойстика, а можно запрограммировать на автономное перемещение. Балансирующий робот на двух колесах Yahboom Arduino Balance Robot Есть чувство баланса? Ну, тогда этот робот точно для вас. Когда робот научится балансировать, его можно переквалифицировать в робота-официанта, который будет доставлять напитки на платформе сверху. В состав набора входят моторы с энкодерами, акселерометр и гироскоп и Bluetooth модуль для управления. В процессе изучения набора вы поймете, где лучше всего разместить центр тяжести устройства, отрегулируете коэффициенты ПИД-регулятора и разберётесь с передачей данных по Bluetooth. Гусеничная машина Keywish Panther Tank Главная особенность этого робота — это гусеничное шасси внушительных размеров. Мощные моторы в связке с гусеницами дают возможность проехать там, где колёсные роботы застревают. Этот набор подойдёт путешественникам и будущим покорителям Марса. Контролировать робота можно по Bluetooth и ИК каналам, а ультразвуковой дальномер на вращающейся опоре поможет водителю избежать ненужных столкновений. Бионическая перчатка Hiwonder LOBOT Надоели пульты управления и джойстики? Бионическая перчатка решит проблему. В печатку встроены энкодеры для считывания положения пальцев и датчик движения. С помощью неё можно управлять роботами и бытовой техникой жестами и движениями руки. Танк Xiao-r TH Robot Car Этот набор укомплектован по-полной. Платформа на гусеницах, Arduino Mega и Wi-Fi модуль, HD камера на поворотном креплении, манипулятор, ультразвуковой дальномер и датчики линии. Робот точно пригодится в спецоперациях по обнаружению и уничтожению конфет в доме. В процессе сборки и программирования вы научитесь удалённому управлению роботом, передаче видео по Wi-Fi, контролю манипулятора и много чему ещё. Роботы на Raspberry Pi Заинтересовала Raspberry Pi? Отлично, у нас есть несколько малиновых экспонатов. Робот на трех колесах Yahboom Raspberry Pi 3 B+ TrikeBot car Трёхколёсные велосипеды уже не так популярны как раньше, а вот трёхколёсные роботы — другое дело. Робот оснащён сервомотором, который отвечает за поворот ведущего колеса, камерой, ультразвуковым дальномером, тремя датчиками линии и светодиодами для подсветки. Набор подойдёт начинающим робототехникам. Шагающий робот Hiwonder LOBOT AlienPi Есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно: как горит огонь, как течет вода, и как передвигаются шагающие роботы. Шагающие роботы могут пройти там, где застрянет колёсный робот, и перелезть через преграды, неподвластные гусеничным платформам. С этим набором вы изучите особенности движения шагающих роботов и примените алгоритмы машинного зрения на практике. На робота установлена камера, с которой можно получать видео по Wi-Fi. Видео можно использовать как помощь в управлении роботом, а можно подавать на вход алгоритмов распознавания объектов, цветов и линий. Робопаук Hiwonder LOBOT SpiderPi Питер Паркер один не справится. Робот-паук поможет следить за порядком. На роботе установлена камера, видео с которой можно транслировать по беспроводной сети, а внушающий образ робота заставляет дважды подумать, прежде чем нарушить закон. Изучив этот набор, вы разберётесь с кинематикой роботов с большим количеством степеней свобод, научитесь следить и следовать за объектом, распознавать цвета и держать равновесие на наклонной поверхности. Конструкторы STM32 STM32 — серьёзный выбор серьёзно настроенных людей. Вот три набора, изучив которые, можно получить знания, необходимые в индустрии. Робот-автомобиль 4WD Этот набор подходит для знакомства с STM32. В комплекте вы найдёте всё необходимое, чтобы собрать своего первого управляемого робота. Робот оснащён ультразвуковым дальномером на вращающейся опоре, тремя датчиками линии, двумя ИК датчиками препятствий, ИК приёмником и вольтметром. Балансер Xiao-r Roly Robot Balance Car Хотите впечатлить публику? Робот, который может балансировать на двух колёсах, точно не останется незамеченным. Кроме этого, робот отлично подходит для изучения продвинутых концепций робототехники и электротехники. В процессе сборки и программирования робота вы поймете, где лучше разместить центр тяжести, подберёте параметры ПИД-регулятора, разберётесь с тонкостями работы с беспроводными сетями и познакомитесь с алгоритмами машинного зрения. Автомобиль с колёсами Илона Xiao-r XR MASTER Основной особенностью этого робота являются колёса Илона. Нет, не Илона Маска, а Бенгта Илона. Конструкция колеса позволяет роботу двигаться с места в любом направлении, а шаговые моторы позволяют совершать высокоточные движения. На основе этого набора можно построить автономного робота-кладовщика, который сможет самостоятельно доставлять грузы с желаемой точки склада. В процессе занятий с набором вы разберетесь, как рассчитать кинематику робота, как следовать линии, объезжая препятствия и как удалённо управлять роботом. Дополнительные наборы Если робототехническая плата уже есть, но хочется чего-то большего, то стоит обратить внимание на раздел платформ для сборки роботов. В этом разделе сайта вы найдёте шасси для мобильных роботов разных размеров, цветов и возможностей, а также механические части для сборки манипуляторов. Для раскрытия творческого потенциала ребёнка и его знакомства с робототехникой подойдет любой из описанных выше наборов. Поэтому предлагаем не медлить и начать исполнять мечты детей. Ведь есть из чего выбирать! Читайте также:  Bmw m4 f82 тест драйв Оцените статью Вам также может понравиться Общие проблемы безнаддувных двигателей Есть ли проблемы с двигателями без наддува? Поперечный и продольный двигатель Тот, кто любит водить машину и имеет машину в гараже Как понять, что заправился плохим топливом и что делать Горючее в баке автомобиля должно соответствовать предусмотренному Как определить наличие присадок в масле двигателя? Присадки для двигателя помогают «оживить» устаревший Как определить, что стучит в двигателе Стук в двигателе обычно является признаком проблем Как в двигателе определить подсос воздуха Если во время работы двигателя возникают странные моменты Что делать, если вода попала в двигатель, и чем это может грозить? Система работающего двигателя достаточно защищена от Сломался термостат: чем это опасно для двигателя, и как определить причину неисправности? Работу двигателя обеспечивают сразу несколько важнейших Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты