Обзор робототехнических наборов от Курец Дениса

"Всем привет, дорогие друзья. С вами Денис Курец и в этом материале мы поговорим о наиболее популярных робототехнических конструкторах. В наш век прогресса, роботы уже не кажутся чем-то заоблачным и фантастическим. Все современные образовательные учреждения (школы, техникумы и ВУЗы) стараются включить в образовательный процесс элементы робототехники. Чаще всего роботов собирают и программируют ребята, занимающиеся в соответствующих кружках. Участники таких кружков не только регулярно соревнуются друг с другом на своей базе, но также принимают участие в соревнованиях против команд из других учебных заведений.

В нашем техникуме уже несколько месяцев функционирует Республиканская инновационная площадка развития образовательной робототехники. Студенты активно занимаются изучением наборов конструкторов и разрабатывают практические задания, чтобы вновь пришедшие члены кружка могли как можно быстрее разобраться в базовых вопросах. К сожалению, материальная база пока не позволяет поработать со всеми существующими на рынке платформами.

А ведь помимо популярных конструкторов от Lego, есть множество классных наборов, которые ничуть не хуже продукции именитых брендов позволяют развить творческое мышление у юных инженеров. Сегодня мы пристально рассмотрим самые распространённые робототехнические комплексы, применяемые в школах, колледжах и ВУЗах по всему миру.

LEGO Mindstorms (EV3 и NXT)

Начнём с самой узнаваемой версии конструктора от именитого бренда Lego. Легендарный Mindstorms EV3 (по нашему ИВИ 3) появился в продаже в далёком 2013 году. Буквально за несколько лет он стал самым популярным робототехническим набором в учебных заведениях. Базовая версия набора конструктора состоит из элементов, с помощью которых можно создавать простенькие механизмы. Для тех, кто хочет заниматься серьёзными проектами и участвовать в соревнованиях разработчики выпустили ресурсный набор, содержащий вспомогательные элементы.

По опыту могу сказать, что для занятий в кружке к двум базовым наборам вполне достаточно докупить один ресурсный. К тому же можно дополнительно заказать фирменные датчики от Lego или расширить набор компонентов за счёт оборудования сторонних вендеров, таких как SmartBricks и HiTechnic. Что касается среды написания программ для Mindstorms, то тут вариантов хоть отбавляй. Для тех кто ранее не сталкивался с программированием подойдут графические среды EV3-G, Scratch и Robolab, а профессионалы легко смогут найти общий язык с платформой на Python'е и Java.

Стоимость одного базового набора Lego Mindstorms EV3 Education на сегодняшний день (09.06.2017) варьируется в районе 28000 рублей. Дополнительный ресурсный комплект с элементами обойдётся вам в 9000 рублей. Такое вот не дешёвое развлечение эти роботы от лего. Однако, невзирая на высокую стоимость, данный набор можно по праву назвать идеальным инструментом для обучения основам робототехники и программирования. Его с успехом можно рекомендовать к освоению не только школьникам и студентам, но и взрослым людям интересующимся инновациями.

LEGO WeDo

Не обделило вниманием Lego и совсем юные дарования. Наборы WeDo в первую очередь направлены на контингент начальной школы. С помощью базового комплекта учащиеся могут экспериментировать с созданием своих первых моделей, практиковаться в написании отчётов и делиться друг с другом новыми идеями. Основной набор состоит из мотора и двух датчиков (наклона и движения). Как и в случае ИВИ3 для работы над проектами повышенной сложности разработчики вынуждают докупить ресурсный набор со вспомогательными электронными компонентами.

В версии WeDo 2.0 робот получил возможность автономной работы. До этого управление осуществлялось только с помощью USB-коммутатора. Для составления программ тут используется собственная интуитивно-понятная среда Lego WeDo. В удобной форме путём простого перемещения блоков мышью создаются хитроумные алгоритмы. Базовая методичка включает в себя 12 уроков. Для расширения возможностей можно программировать в среде Scratch. Именно с её помощью на платформе WeDo реализуются самые интересные и запоминающиеся творческие проекты.

Что же касается ценника, то тут всё чуточку побюджетней чем с Mindstorms. 10000 рублей за первую версию базового набора + 5000 рублей за ресурсный комплект. Программное обеспечение с графической средой и книжка с разработанными заданиями обойдутся ещё в 8000 рублей. Хотя можно немного сэкономить и купить WeDo 2.0 за 15000. В его состав уже входит программное обеспечение, правда с ограниченным функционалом. Для сложных проектов данная платформа совсем не годится. Мало возможностей. Однако при избытке ресурсов её можно с успехом использовать как промежуточный этап перед переходом на EV3.

TETRIX/MATRIX

Третий участник нашего списка это робототехнические наборы конструкторов Tetrix и Matrix. Оба этих набора позволяют значительно расширить возможности роботов построенных на микроконтроллере от LEGO Mindstorms, однако собственный контроллер в них отсутствует. С помощью элементов от конструкторов Tetrix и Matrix учащиеся освоившие базовые наборы от LEGO могут попробовать свои силы в создании моделей из металла. Базовый комплект Tetrix’а, как правило, включает в себя различные соединительные балки, колёса, моторы и другие необходимые элементы.

Программируются обе платформы аналогично Lego Mindstorms'у. Удобнее всего использовать для написания программ такие языки программирования как NXT-G, LabVIEW и C. Что касается цен на наборы то они мягко говоря кусаются. Базовый набор Tetrix по распродаже сейчас можно приобрести за 64000 рублей, а ресурсный обойдётся вам в 20000. Не каждое учебное заведение может себе позволить даже одно рабочее место, не говоря уже о полноценных закупках комплектов для робототехнического кружка.

Arduino/Raspberry Pi

Последнее время среди маленьких любителей роботов становятся популярны конструкторы на базе одноплатных компьютеров Arduino и Raspberry Pi. Данные платы обладают собственным слабеньким процессором и памятью. К ним с лёгкостью можно подключать различные компоненты: лампочки, моторчики, датчики. А при желании даже магнитный замок, электрический чайник и кофеварку. Правда, для того, чтобы использовать все возможности робототехнических механизмов нужно как минимум разбираться в базовых вопросах микроэлектроники.

В настоящее время комплексные наборы для робототехнических кружков на базе Arduino и Raspberry Pi явление редкое. Гораздо чаще конструкторы самостоятельно формируют наборы из отдельных электронных компонентов, приобретаемых в доступном магазине радиоэлектроники. Обычно такой минимальный набор состоит из элементной базы, датчиков, макетной платы, шасси и проводов для соединения. Дополнительные элементы при желании можно изготовить при помощи фрезерного оборудования или распечатать на 3D принтере.

России самым популярным обучающим набором на платформе Arduino является «Амперка». С его помощью учащиеся могут собрать мобильного робота без использования паяльника. В комплекте помимо базовых компонентов (резисторов, светодиодов, транзисторов и т.д.) прилагается учебное пособие. Учебник содержит 17 параграфов, каждый из которых рассчитан на 45 минутный урок. Этот материал является хорошим подспорьем в обучении прикладному программированию, а также помогает закрепить навыки работы с микроконтроллерами. По данным с официального сайта, стоимость одного образовательного набора «Амперка» на сегодняшний день составляет 16000 рублей.

HUNA Kicky

Вернёмся за школьные парты. Групповая проектная деятельность уже стала привычным явлением для младшего звена. Наборы HUNA Kicky отлично подходят для школьников и дошколят. С их помощью ребята в раннем возрасте знакомятся с основными элементами робототехники. Серия Kicky подразделяется на три уровня сложности: базовый (Basic), средний (Junior) и продвинутый (Senior). Различаются они только количеством роботов и моделей. Все блоки конструктора выполнены из яркого разноцветного пластика и имеют возможность соединяться друг с другом с шести сторон.

Каждый из наборов помимо моделей комплектуется методическими пособиями с мануалами по сборке. Всё это конечно хорошо. Однако с виду готовые модели напоминают роботов очень отдалённо. HUNA Kicky скорее продвинутый детский конструктор, нежели серьёзная робототехническая база. При этом ценник на продукцию у наборов вполне себе взрослый. 12000 рублей за базовую версию и 15000 за продвинутую. Спорная инвестиция, если учесть, что возможности Kicky сильно ограничены. Тот же LEGO WeDo гораздо интереснее во всех отношениях.

HUNA Class

Следующая категория наборов HUNA для начального образования это серия CLASS. Обновлённая в 2014 году коробочка содержит 2 платы, одну из которых можно самостоятельно перепрошить. Помимо этого в наборе имеется 2 двигателя, 2 серво-двигателя, различные датчики, детальки и что самое главное подробные методички с рекомендациями по сборке и программированию. Да-да, в ветке HUNA знакомство с программированием начинается с серии Class. Программная среда поддерживает как визуальный вариант, так и язык C++. Правда за всю эту прелесть создатели хотят ни много ни мало 43000 рублей. Не удивительно, что платформа с трудом конкурирует на рынке робототехнических конструкторов.

HUNA Top/Arduino

А вот серии, рассчитанные на учащихся старших классов (Top и Arduino), получились у HUNA более чем достойные. Детали конструктора добротные, алюминиевые. Разработчики не поскупились и вложили самые современные датчики, электродвигатели постоянного тока и модернизированный вариант материнской платы. Сборка одной модели занимает при лучшем раскладе 3-4 часа. Получившихся роботов уже нельзя назвать детсадовскими игрушками. Они отлично подходят для участия в соревнованиях международного уровня. Цена за полный TOP комплект в наиболее популярных интернет-магазинах варьируется в районе 40000 рублей.

RoboRobo Kids/Kit

Перейдём к робототехническим набором RoboRobo. В основную плату представителей данного сегмента интегрирован современный контроллер AT Mega. Несомненным плюсом этих конструкторов является простой принцип сборки. Все компоненты сделаны из добротных текстолитовых блоков, которые между собой соединяются при помощи винтиков. На сегодняшний день на рынке представлено шесть различных комплектов серии RoboKit и два RoboKids. Условно все они делятся по уровню сложности. Одни можно использоваться, начиная детского сада, другие отлично подойдут для студентов техникумов и даже ВУЗов.

Также как и у Lеgo к каждому из комплектов можно дополнительно приобрести ресурсный набор. Малая же распространённость RoboRobo в РФ обусловлена тем, что разработчики не русифицировали свою программную среду Smart Rogic, а энтузиасты из народа ленятся пополнять методическую базу в глобальной сети. В связи с этим многие преподаватели сталкиваются со сложностями при внедрении данных робототехнических наборов в образовательный процесс. С актуальными ценами комплектов на момент написания статьи вы можете ознакомиться в таблице.

Robotis DREAM (ранее Robotis OLLO)

Далее по списку у нас поистине роботы мечты. Серия Robotis DREAM специально заточена под среднюю школу. К сожалению, простота сборки моделей и скудный набор элементной базы ограничивает использование конструктора в старших классах. Для них лучше подойдут BIOLOID’ы, но о них чуть позже. Линейка DREAM включает в себя 4 набора с моделями различной сложности. Классной фишкой всех конструкторов от данного бренда является то, что добрая часть деталей и заклепок, которые используются при сборке - универсальные. Таким образом, наборы разных уровней при необходимости легко объединяются между собой.

Так как комплектация коробочки каждого нового уровня достаточно сильно отличается от предыдущего, то подробно останавливаться на списке деталей смысла не вижу. Отмечу лишь, что наборы комплектуются качественными учебниками с пошаговыми уроками, в процессе которых вы можете с нуля осуществить сборку двенадцати моделей. Среда программирования для роботов весьма непривычная. Она не графическая и не текстовая, скорее смешанная. Пользователю предлагается список с готовыми конструкциями языка, перетягивая их, он формирует тело программы, которое по итогу отображается в простом текстовом редакторе.

Robotis BIOLOID

Оставим серию DREAM и рассмотрим следующее семейство в линейке от Robotis. Конструкторы BIOLOID предназначены для эффективного обучения в области проектирования и тестирования робототехнических систем высокого уровня. Опытные робототехники оценят возможность конструирования человекоподобных моделей. Различают два возможных варианта комплектации. Первый это STEM. Он включает в себя стандартный набор элементов (standart), и при желании с лёгкостью расширяется дополнительным комплектом (expansion).

Второй вариант - Premium. По мне так это самый суровый набор из всех. При ценнике в 120000 руб. он позволяет конструировать шагающих роботов для соревнований. Круче него только профессиональный BIOLOID GP с облегчённым каркасом. ДЖИПИ способен играть в футбол, отважно сражаться в боях с другими роботами и даже танцевать брейк-данс. Модели, созданные с помощью элементной базы GP можно увидеть на ежегодном всероссийском робототехническом фестивале «Робофест».

Для базового программирования в основном используется стандартная текстовая среда RoboPlus. Те, кто дорастает до серьёзных проектов, переходят на редактор движений RoboPlus Motion. С его помощью можно задавать сложные движения, например танцы, в среде напоминающей программу для видеомонтажа. Всё просто. Каждое движение робота - это отдельный кадр. Чем больше кадров, тем соответственно больше действий совершает наша модель. Помимо пакета программ в комплект входит руководство по программированию. Актуальные цены на продукцию линейки Robotis наглядно представлены в таблице. Кусаются, не правда ли?

Fishertechnik

Перейдём к последней линейке роботов из официальной таблицы российской ассоциации образовательной робототехники. Fishertechnik - это наборы для конструирования механизмов и машин, наглядно показывающих производственные процессы. Наибольшее распространение конструктор получил в профессиональных учебных заведениях и технических ВУЗах. Наборы комплектуются фирменными контроллерами, двигателями, датчиками и блоками питания. Каждая версия конструктора содержит в коробке довольно объёмный блок-контроллер с пазами и выступом типа «ласточкин хвост».

Среда для программирования Robo Pro качественная, визуальная. Особенно придётся по вкусу тем, кто, как и я не особо фанатеет от текстового кодинга. В качестве интересной фишки разработчики встроили в прогу режим симуляции для тестирования алгоритма без реального робота. Готовые решения можно скидывать на флешку или напрямую в память контроллера через USB. Наборы которые можно использовать в робототехнических кружках комплектуются рабочими тетрадями с примерами собранных моделей.

Из всех наборов Fishertechnik’а мне больше всего нравится «Первооткрыватель». В комплект входит цветная видеокамера и wifi модуль для удалённого управления собранным роботом. Огорчает то, что многие хорошие наборы были сняты с производства. Например, популярный комплект ROBO TX Учебная Лаборатория. Проанализировать цены на все наборы возможным не представляется. Их реально очень много и они разные. На официальном сайте есть даже набор для сборки 3D принтера. Мы ещё в прошлом году купили для своей площадки аналогичный. Рекомендую. На таком принтере очень удобно печатать дополнительные пластиковые детали для любых конструкторов.

Vex IQ/EDR

На этом можно было бы завершить наш обзор, ведь все виды роботов из официальной таблицы российской ассоциации образовательной робототехники мы рассмотрели. Однако в последнее время на рынке с невероятной скоростью появляются новые конструкторы, и привычная табличка постепенно устаревает. Поэтому в качестве небольшого бонуса я расскажу вам ещё про парочку любопытных робоплатформ, как зарубежных, так и отечественного производства. И начнем, пожалуй, с наборов Vex.

Данный конструктор пока не получил широкого распространения в России. В первую очередь это связано с тем, что VEX’овским наборам трудно тягаться с методической базой разработанных уроков под LEGO. Однако хочу заметить, что комплекты для робототехнических классов VEX EDR являются достойными конкурентами не только для EVE3, но и для TETRIX’а. Так например серия IQ, в которой подавляющее большинство деталей выполнены из пластика, имеет уникальную систему сборки конструкций и комплектуется фирменными микроконтроллером.

Наборы VEX EDR состоят из перфорированных металлических элементов. Отличительной особенностью данной линейки является наличие в микроконтроллере портов аналогового и цифрового типа. Это позволяет использовать конструктор для изучения базовых элементов микроэлектронники. Программное обеспечение для EDR представлено в виде трёх пакетов: MPLAB, easyC и ROBOTC. На практике же в качестве основной платформы используют, как правило, только последнюю, наиболее универсальную среду ROBOTC.

Makeblock

Далее по списку у нас наборы Makeblock. Мэйкблок - это открытая платформа, которая позволяет собирать различные робототехнические модели из алюминиевых деталей. Фирменные цвета, используемые производителем для окрашивания реек – светло-голубой и золотистый. Основной фичей данного конструктора является совместимость микроконтроллера с элементной базой от LEGO и Arduino. Данный факт не может не радовать обладателей данных наборов.

Для создания программ можно выбрать наиболее подходящую вам среду. Первая - это визуальная объектно-ориентированная среда MBlock, работающая по принципу drag-and-drop. То есть просто перетаскиваете блоки в основное окно, попутно составляя алгоритм. В основном используется для изучения основ программирования в начальной школе. Вторая – интегрированная среда разработки Arduino IDE. Там уже всё намного сложнее. Никаких картинок. Команды прописываются ручками.

Российский кибернетический конструктор ТРИК

Что ж друзья. Вот мы и добрались до последней робототехнической платформы в нашем небольшом обзоре. Отечественные наборы конструктора ТРИК разрабатывались командой опытнейших инженеров из Санкт-Петербурга. Создатели утверждают, что с помощью их конструктора можно собирать модели различной сложности: от самых простеньких до человекоподобных. Сердцем ТРИК’а является уникальный микроконтроллер, способный обрабатывать аудио и видеосигнал, осуществлять управление моторчиками и анализировать показания датчиков.

Для программирования автономных моделей можно использовать любой популярный язык: С++, Java, Python и т.д. Для юных робототехников разработчики предусмотрели визуальную среду TRIK Studio. Она интуитивно понятна любому ребёнку и позволяет описывать поведение моделей при помощи логической последовательности изображений. Конструктор распространяется в различных комплектациях. Каждый сможет найти себе вариант по душе. Малый образовательный набор можно заказать в пределах 500000 рублей, тогда как ценник на лакшери вариант выходит далеко за сотню.

Можно с гордостью сказать, что на сегодняшний день отечественный ТРИК представляет собой не просто игрушку для баловства. Это солидный набор для создания прототипов роботов любого уровня, с каждый днём набирающий всё большую популярность. И не удивительно. Ведь за приемлемую цену вы получаете добротный «скелет» из металла, базовые приводы и всевозможные сенсоры. Даже базовые наборы имеют в своём составе помимо контроллера камеру и микрофон. Все эти качества позволяют создавать роботов способных наиболее эффективно взаимодействовать с внешней средой.

Заключение

На этой ноте мы завершаем обзор робототехнических платформ для использования в образовательных учреждениях. Давайте кратенько подведём итоги и сделаем выводы на основании анализа наборов популярных конструкторов.

Почему LEGO так популярен?

Из всех представленных на сегодняшний день робототехнических комплексов наибольшую известность имеет, конечно же, LEGO. Помимо маркетинговой составляющей данная платформа хороша своей систематизацией. Всё железо согласовано с программным обеспечением, по работе с которым в свою очередь разработаны качественные методическими материалами. Существует даже образовательная академия LEGO Education. На сайте представлены различные курсы и тренинги. Регулярно проводятся мастер-классы. Видно, что уровень действительно серьёзный.

Проблема импортозамещения

Да, тот же ТРИК может конкурировать с LEGO в плане железа. У отечественной разработки навороченный контроллер, двигатели и т.д. Но вот в плане программного обеспечения и согласованной с ним методической базы ТРИК пока сильно отстаёт. Опять же по уровню сложности российский конструктор ближе к уровню Arduino и Raspberry Pi. Для начинающих он плохо подходит. Почему спрашивается? Тут нужно разобраться, чем же вообще отличается та же Arduino от LEGO.

Отличия Arduino от Lego

Если кратко, то в EVE3 вы просто берёте контроллер, который уже имеет и экран и кнопки и соответствующие порты. Подключаете нужный двигатель и датчики. А затем заливаете на него программу, написанную в интуитивно понятной графической среде. Всё просто как дважды два. Открытая же платформа, например, на базе Arduino подразумевает, что вы собираете этот контроллер самостоятельно. Выбираете плату, затем экранчик, набор кнопок и т.д. Именно поэтому, основной упор в робототехнических кружках, функционирующих на базе ВУЗов и ССУЗов, делается на конструировании с использованием одноплатных компьютеров.

Площадка развития образовательной робототехники

Наша площадка не исключение. Тем, кто уже освоил базовые и ресурсные наборы от Lego, мы предлагаем попробовать свои силы в работе над серьёзными проектами в области робототехники. Так студенты старших курсов активно занимаются изучением Arduino-подобных конструкторов Йодо и Амперка. Наиболее сообразительные впоследствии выходят на уровень разработки собственных прикладных устройств без использования робототехнических конструкторов.

Например, сейчас ведётся разработка уникальной системы контроля доступа и учета рабочего времени. В её основе как раз будет микроконтроллер на базе Raspberry Pi. Про эту систему и про другие интересные проекты мы более подробно поговорим в следующих выпусках. Ну а на сегодня это всё. С вами был Денис Курец."

В своем блоге Денис затрагивает еще множество тем помимо робототехники, кому интересно - переходите по ссылке и читайте или смотрите его канал на Youtube.