Компания
58,90
рейтинг
3 марта 2015 в 12:49

Разное → Обзор железок для занятий робототехникой с детьми — 2

Под катом мы попытались как-то обобщить и систематизировать наш опыт по выбору платформы для занятий с детьми. Если вы организуете кружок робототехники, возможно, вам это будет полезно.
К прошлой серии было много справедливых замечаний, по такому случаю я полностью переработал материал.

Введение


Платформы для создания роботов, как правило, включают в себя следующие компоненты:
  1. механика;
  2. периферийная электроника;
  3. управляющий модуль;
  4. софт (среда разработки).

Платформы бывают закрытыми (Lego, Fischertechnik) и открытыми (Arduino, Multiplo), можно так же выделить промежуточные варианты (Huna). Свойством закрытых является то, что их компоненты плохо совместимы с другими платформами, и очень редко находятся любители, например, подцеплять к Лего какие-то отдельные датчики; поэтому закрытые платформы имеет смысл рассматривать целиком, для открытых мы каждый из четырех перечисленных выше компонентов рассмотрим отдельно.

Лего


Сначала лирическое отступление.
В свое время я был одним из самых счастливых детей в Екатеринбурге, потому что отец привез мне из Германии целый чемодан Лего (тогда в России его еще совсем мало было). И я думаю, это очень здорово повлияло на мое умственное развитие — мелкая моторика, пространственное мышление. Однако у людей есть такое свойство: взрослея они иногда начинают нелюбить ту среду, из которой вышли, так и меня часто упрекают в предвзятости к Лего. Сейчас я все-таки попытаюсь это преодолеть.

image

Итак, главное достоинство леговской механики — это скорость сборки. Наверно, раз в десять выше, чем на винтах, раза в два выше, чем на заклепках. По большому счету главный соединительный элемент Lego Technic — это та же заклепка, которую не нужно зажимать, раскрывается сама за счет упругости:
image

Второй элемент — ось с крестообразным сечением:
image

По сути это заменитель винта, только “гайки” на ней не закручиваются, а держатся за счет продольного трения.
Плюс к этому в Лего есть специальные детали для сборки некоторых специфичных узлов, например, дифференциала. Все это позволяет быстро собирать очень сложные механизмы, и для детей это действительно здорово. Жаль только, что не навсегда мы остаемся детьми, и вот тогда возникает проблема: во взрослой жизни такие соединения нигде не используются, и плавный переход с Лего на что-то другое, насколько мне известно, еще никому не удавалось реализовать. Кроме того, возникает еще одна неприятность, с которой я сам при взрослении столкнулся: в Лего все из коробки подогнано идеально, до микронов, ребенок к этому привыкает, принимает как данность. В реальности для такой точности нужно прикладывать огромные усилия, и я этому уже в студенчестве долго учился, кажется, до сих пор толком не научился.

Управляющий модуль у Лего скучный.

image

С одной стороны, он очень прочный, почти не ломается, с другой имеет всего 8 разъемов и туда не влезает ничего, кроме кроме фирменных леговских проводов (кстати, насколько я знаю, самая ломкая часть). Разумеется, штатно с ним работают только леговские датчики и моторы.
С точки зрения преподавателя Леговская электроника самая малохлопотная: все легко подключается, почти никогда ничего не ломается, однако и простора для творчества очень мало.

Поскольку Лего — это большая компания, об инфраструктуре она позаботилась: подавляющее число соревнований по робототехнике имеют ограничение — только Лего.

image

Кроме того проводится множество разных конференций и мероприятий для преподавателей.

Резюме следующее: вещь невероятно классная, это действительно так, однако, как и для всех игрушек, чем раньше ребенок с нее соскочит, тем лучше, по нашему опыту седьмой класс — в самый раз. Так же Лего — единственный конструктор, который не требует от преподавателя серьезной технической подготовки. Ну а еще по идеологии своей он очень похож на Майкрософт, некоторые Майкрософт не любят.

Fischertechnik


habrahabr.ru/company/neuronspace/blog/243929
image
Если я правильно понимаю, история с этим конструктором произошла следующая: Лего очень удачно запатентовало свои соединения и Алану Артуру Фишеру не оставалось ничего, кроме как использовать какое-то не слишком подходящее для этих целей соединение (кажется, “ласточкин хвост” оно называется).
image

По этой причине какие-то простые механизмы на Fischertechnik делать не очень удобно, но зато там есть множество специальных элементов, с которыми можно делать совершенно невероятные вещи: пневмоприводы, хемотроника, ионисторы, электрохимические суперконденсаторы и др. (подробнее см. ссылку выше). Кроме того, есть специализированные наборы, моделирующие то или иное производство.
В целом идеология Fischertechnik повторяет идеологию Лего, все-таки это игрушка, но очень технически продвинутая.

Кроссплатформенные управляющие модули


Сначала немного терминологии. Вся переферийная электроника для взрослой робототехники имеет стандартные разъемы, работает по стандартным протоколам. Fischertechnik, Лего и другие закрытые продукты создает искусственные препятствия для подключения через эти разъемы и протоколы. Продукты по-проще, например, Raspberry, хотя и не являются опенсорсными, но все стандарты поддерживают. Вообще по нашему опыту в данном случае опенсорсность железа не имеет столь большого значения: все разъемы стандартны, среды разработки тоже стандартны и, как правило, опенсорсны, и железная прокладка между ними существенной роли не играет, переход на другую железку никаких проблем не вызовет. Здесь еще можно по-рассуждать о нашей миссии по развитию опенсорсного железа, но для краткости опустим это, к теме не очень относится.

Итак, управляющие модули можно разделить на 2 категории: ардуино-подобные (с простым контроллером) и Rapberry-подобные (с полноценным Линуксом на борту).
Преимущества ардуино:
  1. Низкая цена.
  2. Быстрый старт: воткнул USB-провод, открыл среду разработки, загрузил пример, поехали. С Raspberry придется еще помучиться: образ на карточку загрузить, подключиться, настроить автозапуск скриптов и т.д.
  3. Большее удобство подключение периферии (например, на плате уже есть аналоговые входы, к Raspberry АЦП подключить сложно), большое количество разнообразных шилдов.
  4. Низкое энергопотребление.

Преимущество Raspberry в том, что это полноценный Линукс, благодаря этому поддерживаются все популярные языки программирования, можно пускать параллельные процессы, запускать их по крону, подключать разные девайсы по USB, запускать разные софтины, например, для обработки изображение, есть веб-сервер, короче, полный комплект радости ИТшника из коробки. Отдельно отмечу поддержку языка Python. Это наиболее перспективный учебный язык программирования, на западе учебные заведения постепенно переводят на него свои учебные программы, C++ в образовании — это прошлый век.

По сравнению со своими аналогами Raspberry является самой распространенной и дешевой, по характеристикам последняя ее версия аналогам ничем особо не уступает, поэтому мы работаем с ней.
image

Среди ардуин мы выбрали Uno, поскольку, опять же, самая распространенная и дешевая (в Китае стоит порядка 30 юаней или ~ 300 рублей). Характеристики у нее не самые, но нам вроде хватает.
image

Направление, над которым мы сейчас работаем — это совмещение Raspberry и Ардуины, нам оно кажется наиболее перспективным.Существуют следующие варианты:
  1. Интегрирование разъемов арудино в плату, аналогичную Raspberry (например). Таким образом Raspberry лишается своего недостатка неудобства подключения внешних устройств.
  2. Подключение к оригинальной Raspberry специального переходника с разъемами ардуино (например). Это дает те же преимущества, что и в предыдущем пункте, плюс к этому появляется дополнительная гибкость: можно отцепить этот переходник и использовать оригинальные разъемы Raspberry (редко, но с ними тоже бывает удобнее). Кроме того, если одна плата сгорит, это не помешает продолжить использовать другую.
  3. Интегрирование в одну плату процессора Raspberry, процессора и разъемов ардуино (http://www.udoo.org/). Помимо преимуществ из предыдущих пунктов такая схема дает преимущества двухпроцессорной схемы, некоторые вещи на ней делать гораздо удобнее.
  4. Специальная плата ардуино, имеющая разъем для подключения к Raspberry (например, Arduberry). Помимо преимуществ предыдущего пункта это дает гибкость.
  5. Подключение ардуины к Raspberry через USB. Не так удобно, как предыдущий вариант, скорость передачи данных ниже, зато гораздо дешевле. Собственно это то, над чем мы сейчас работаем.

Отдельно упомянем контроллер Трик:
image
Вроде как единственная отечественная разработка. В него уже встроены драйверы моторов, и разные сенсоры. Штука классная, но уж очень дорогая.

Конструкторы


Можно выделить три основных направления работы детей в сфере робототехники:
  1. Сборка электрических схем с микроконтроллером. Соответствующие комплекты поставляет, например Амперка: wiki.amperka.ru
  2. Сборка и программирование простейших машинок, типа такой: amperka.ru/product/turtle-chassis. В основном эти машинки занимаются тем, что ездят по нарисованной линии (лайнфоловеры).
  3. Сборка более сложных механизмов из конструкторов, о них далее и пойдет речь.

Мы работаем с Multiplo.
image
Во-первых, он, кажется, единственный опенсорсный. Во-вторых, дешевый. В-третьих, основные детали можно самому вырезать с помощью лобзика и дрели.

Из других конструкторов наиболее популярен Huna (кстати, вроде бы отчасти российская разработка):
image

Трик предлагает неплохой конструктор, но, опять же, уж очень дорогой.
image

Общий принцип у всех конструкторов примерно один и тот же: плоские детали и уголки соединяемые винтами, по сути старый советский железный конструктор. При этом у каждого свои особенности: в Мультипло основные детали вырезаны из трехмиллиметрового пластика + маленькие алюминиевые уголки + пластиковые заклепки; в Huna плоский металл дополняется объемными пластиковыми деталями, похожими на Лего; Трик просто очень массивен.

Заключение


Наш выбор — ардуино + Raspberry + Multiplo. Цена самая низкая, простор для творчества самый большой. В то же время от преподавателя требуется очень высокая квалификация.
Вообще мы работаем с детьми с третьего класса, но это скорей исключение, все-таки до седьмого класса нужно что-то другое, типа Лего или Fischertechnik.
Автор: @ddavydov
MakeItLab
рейтинг 58,90
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Комментарии (23)

  • 0
    Про Лего — далеко от истины.
    Есть экстендеры, куча разных доп датчиков от сторонних производителей, тот же www.hitechnic.com/.
    Есть и сторонняя ось, которая может работать совместно с МатЛаб — www.lejos.org.
    • 0
      Я в общем и не утверждал обратное, просто ими редко пользуются. Полагаю, из-за того, что Лего не поощряет их развитие.
      • 0
        просто ими редко пользуются. Полагаю, из-за того, что Лего не поощряет их развитие

        Ну то, что Вы про них не знаете, не значит, что ими не пользуются :)
        Плюс в первый раз слышу, что Лего не поощряет развитие.

        Опять же MatLab — это далеко не уровень начинающих как и Simulink.
        • 0
          Самый популярный набор, совместимый с Лего — это Tetrix, и Лего его вполне поощряет, однако он еще более закрытый, там даже винты нестандартного размера.
          Лего — это самая распространенная платформа, и, конечно, энтузиастами для нее много чего понаделано, однако Лего их в свою маркетинговую политику не включает. Я знаю где-то десяток кружков на Лего, так или иначе нестандартную электронную периферию используют только в одном.
          • 0
            Плюс в первый раз слышу, что Лего не поощряет развитие.

            Лего его вполне поощряет

            Действительно не поощряет — в основной категории на соревнованиях Лего запрещено использование элементов третьих производителей. Т.е. даже кабель должен быть от Лего. Роботы должны быть построены с использованием только деталей конструкторов ЛЕГО.
          • 0
            Чёрт возьми, ощущение что никто историю Lego Mindstorms даже не почитал.
            Идеология конструктора была разработана MIT (Массачусетский технологический институт) как инструмент обучения конструированию (и программированию) различных устройств, а вовсе не только колесно-гусеничных роботов.
            Основной посыл не в том чтобы «сделать», а в том чтобы сделать «лучше всех других». Отсюда и соревнования, и исключение сложностей со сборкой-разборкой-переборкой. Главное — это «доводка» устройства и программного обеспечения. Именно так и растятся настоящие инженеры. Они должны иметь мотивацию (соревнования) и возможность быстрой проверки возникших в голове идей.
            А цена вообще не должна иметь значения. Вернее так: «Если Вы хотите подготовить кого-нибудь задёшево, то готовьте чернорабочих или дворников».
            Научить ребят экономно и рачительно работать тоже нужно. Но это уже уровень «я хочу такое для чего нет подходящих деталей — я сделаю сам, ж… у порву, но сделаю!»
            • 0
              Вот, например, простейший механизм на Мультипло — поворотное колесо:

              Я его проектировал и собирал больше часа, и возможности для доводки тут еще есть. На лего такой механизм состоит из десятка деталей и собирается за пять минут, возможностей для доводки нет. В этом особенность конструкторов на винтах — можно сформулировать простую задачу, собрать простой механизм по инструкции (пусть это даже займет раза в два больше времени, чем на Лего) и потом доводить до бесконечности.
              Если у вас управляющий модуль не на C программируется, а полноценный линукс на нем стоит, то возможностей для доводки тоже во много раз больше.
              Не знаю, как для вас, но для нас цена очень даже имеет значение, поэтому мы оборудуем достаточно продвинутые кабинеты раза в два дешевле, чем это делается обычно.
              • 0
                «Конструкции на винтах» — это уровень Тетрикса, следующей ступени после Майндстормз.
                Вот честно говоря (между нами технарями), посмотрев вашу фотографию, узла я бы поставил двойку по «промдизайну» тому, кто это проектировал и собирал. Через пару минут интенсивной настройки шестерни начнут прокручиваться, а через полчаса — они выломают вал сервопривода.
                Именно на вашем примере видно отличие «простого кулибенства» от «инженерной школы» — инженер не должен допускать такие проблемы.
                Чтобы было понятно — я не имею ничего против Мультипло, но из реальных аргументов «за» в статье — только цена.
                И, между прочим, для NXT есть специальный адаптер, который позволяет подключать любые электрические элементы так же как к ардуино. Называется СуперПро (SPR2010).
                • 0
                  В тематике объединения конструктива Lego, и открытой электроники — есть проект BrickPi.

                  На кампании kickstarter они собрали $127,537 из заявленных $1,889.

                  image

                  По сути BrickPi это arduino-шилд для RPi, который совместим с периферией Lego (сенсоры, двигатели).

                  Для сравнения: Контроллер «Микрокомпьютер EV3 (Lego 45500)», стоит 17700 руб (порядка $295).
                  Шилд BrickPi ($89.99) + RPi ($35) = $125. Разница получается порядка 10 тр.

                  Конечно открытым остаётся вопрос ПО для управления — насколько удобны в использовании альтернативы Lego ПО.
                  • 0
                    Да, я видел этот (или аналогичный) шилд, он у нас продаётся.

                    И, честно говоря, ПО Lego Next-G — полное гуано. Мы пользуемся RobotC при первой же возможности.
                • 0
                  инженер не должен допускать такие проблемы

                  Тут видите, как посмотреть — если Lego — нивелирует эти проблемы с поля зрения учащегося (ускоряя тем самым получение результата), то учащийся упускает из виду эти моменты (и их существование). А в тех конструкторах — где необходимо решить эти задачи (и человек сталкивается с проблемами) — человек понимает, с чем может столкнуться в реальной ситуации, и получает навык и опыт решения этих задач.

                  То есть Lego хорош в своих рамках, но надо очень внимательно понимать грань, когда его хорошие моменты, приводят к потере каких-либо навыков, необходимых в реальной практике.
                • 0
                  Эту штуку я собрал полгода назад, до сих пор ничего не прокручивается и не выломалось, даже несмотря на то, что серва там стоит с пластиковым редуктором, а не с железным.
                  В принципе вы правы, что для большей неубиваемости не хватает еще крышки для сервы, аргентинцы (создатели Мультипло) в своих инструкциях по сборке всегда ее предусматривают, но здесь я просто решил сэкономить время. Собственно, это как раз одна из возможностей для доводки конструкции.

                  Вообще мне кажется, у нас с вами какое-то взаимонепонимание, не слышим друг друга. Было б здорово, если б вы написали развернутую статью с обоснованием своей точки зрения, думаю, это многое прояснило бы.
                  • 0
                    Да я и сам хочу (статью написать). Про «кризис образовательной робототехники в России». Но руки не доходят.
                    • 0
                      Зря. Ваше мнение будет очень интересно. в каком направлении ему стоит развиваться, если сейчас у него кризис?
                      • 0
                        Скоро в Сколково конференция будет. Там будет круглый стол на тему образовательной робототехники. Думаю стоит до них донести конструктивные предложения.
  • +1
    И совершенно забыл про Microsoft Robotics Developer Studio 4. Опять же, совместимо с NXT и EV3.
  • 0
    Ну и для полноты картины Сенсоры для Лего
  • +1
    Вот ещё можно дополнить дополнить: www.makeblock.cc — железный набор для робо-конструктора. Стартап из Шэньчжэня.

    К примеру набор Ultimate Robot Kit-Blue ($399.99), позволяет собрать:

    image
  • 0
    Можно было бы добавить про наборы от Robotis и Vex. Все-таки они одни из самых распространенных в мире.
    • 0
      У Robotis есть дорогущий ходячий робот, в остальном эти два набора, я так понял, ничем особо от вышеперечисленных не отличаются, как и makeblock.
      • 0
        У Robotis есть много наборов: от «для самых маленьких» — Robotis Dream, Mini — маленький гуманоидный робот до дорогущего ходячего. Я бы отметил принципиальное отличие от других наборов — входящие в состав наборов сервоприводы Dynamixel, которые можно объединять в сеть. Если смотреть AX-12W (набор STEM) — самые быстрые, а AX-12A — мощные и точные — идеальный вариант для построения манипуляторов. А так же наличие линейки ИК-датчиков (которая тоже является сетевым устройством).
  • 0
    Кстати, изобретателя конструкторов FISCHERTECHNIK зовут на Алан, а Артур. Он еще жив и в этом году ему исполнится 98 лет. Про ФИШЕРТЕХНИК когда-то написал такую статью: habrahabr.ru/post/140241/.
  • 0
    Отличная статья, спасибо! :)

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное