Шаг 2. платформа для робота

Основной строительный материал

Например, изготовление робота из картона. Некоторые из самых основных строительных материалов могут быть использованы для создания отличных каркасов. Одним из самых дешевых и наиболее доступных материалов является картон. Вы часто можете найти картон бесплатно, и его можно легко вырезать, согнуть, склеить и сложить.

Может быть вы можете создать усиленную картонную коробку, которая выглядит намного более красиво. И она соответствует размеру вашего робота. Затем вы можете нанести эпоксидную смолу или клей, чтобы сделать ее более долговечной. В заключение дополнительно можно разукрасить ее.

Плоский материал для конструкции

Один из наиболее распространенных способов сделать раму – это использовать стандартные материалы, такие как лист фанеры, пластика или металла. И просверлить отверстия для подключения всех исполнительных механизмов и электроники. Прочный кусок фанеры может быть довольно толстым и тяжелы. В то самое время как тонкий лист металла может быть слишком гибким.

Например, доску или фанеру из плотной древесины можно легко разрезать с помощью пилы, просверлить (не опасаясь разрушения), покрасить, отшлифовать и т.д. Следовательно вы можете устанавливать устройства с двух сторон. Например, подключить двигатели и колесики колес к нижней части, а электронику и аккумулятор к верхней части. При этом древесина останется неподвижной и твердой.

Лазерная резка, изогнутый пластик или металл

Если вы находитесь на том этапе, когда вам необходим внешний блок, то лучшим вариантом будет высокоточная резка деталей лазером. Любая ошибка в расчетах будет дорогостоящей и приведет к порче материалов. Для изготовления робота нужна собственная мастерская. Возможно нужно найти компанию, производящую такой тип роботов. Может быть она предлагает множество других услуг, включая работы с металлом и покраску.

3D-печать

3D принтер, печатающий раму или каркас, редко бывает наиболее обоснованным решением (потому что он печатает послойно). В результате этого процесса можно создавать очень сложные формы. Такие формы было бы невозможно (или очень сложно) изготовить другими способами.

Отдельная трехмерная печатная деталь может содержать все необходимые монтажные точки для всех электрических и механических компонентов. При этом способе изготовления каркаса сохраняется незначительный вес изделия. Изготовление робота потребует дополнительной обработки и шлифовки.

Поскольку 3D-печать становится более популярной, цена на детали также снижается. Дополнительно преимуществом 3D-печати является не только то, что ваш дизайн легко воспроизводить, но и им легко делиться. При помощи нескольких кликов мышки можно получить все инструкции по дизайну и файлы САПР.

Полиморф

При комнатной температуре полиморф является твердым пластиком. При нагревании (например, в горячей воде) он становится податливым и может быть сформирован в сложные детали. Затем они охлаждаются и затвердевают в прочные пластмассовые детали.

Обычно пластиковые детали требуют высоких температур и необходимы различные формы для изготовления. Изготовление робота таким способом делает их недоступными для большинства любителей. Например, вы можете комбинировать различные формы (цилиндры, плоские листы и т.д.).

Так формируются сложные пластмассовые структуры, которые выглядят как сделанные промышленным способом. Вы также можете экспериментировать с различными формами и  достичь с помощью этого материала многого.

Образовательный набор двухколёсная робот-платформа с управлением через Wi-Fi

Если юный инженер любит что-то мастерить и придумывать, то особенно ему понравится конструировать мобильного робота, которого он сможет не только собрать, но и «оживить». Машинка-робот – это умное устройство, способное преодолевать препятствия, встречающиеся на его пути и следовать определенной траектории, ориентироваться в пространстве и выполнять все ваши команды.

Программируемый конструктор создан на базе микроконтроллера Uno и включает в себя все необходимое для сборки: электронные компоненты, двигатели, два больших колеса и одного поворотного колеса на кронштейне, ультразвуковой дальномер, зуммер, светодиоды, дисплей, ИК-передатчик, детали каркаса и крепежные элементы. Машинку можно гибко настроить и запрограммировать на автоматическое выполнение различного вида движения, а также в будущем модернизировать и дорабатывать ее, добавляя различные новые датчики, сенсоры и другие модули.

Robot Car способен выполнять важнейшие задачи:

• Движение по заданной траектории или линии. В заданном режиме машинка-робот передвигается по заранее сформированному пути благодаря существованию датчиков линии. Robot Car умеет двигаться вперед, назад, вправо и влево, он легко проезжает как плавные повороты, так и трудные участки маршрута, например, в форме восьмерки.
• Преодоление препятствий. Робоплатформа оснащена ультразвуковым датчиком расстояний, который используется для нахождения преград на пути робота. Посредством особого алгоритма передвижения роботу удается объезжать препятствия и не застревать в углу.
• Нахождение выхода из лабиринта. Благодаря наличию датчика измерения расстояния, робоплатформа определяет расстояние от своего местоположения до стены, останавливается, определяет направление, продолжает движение и проходит лабиринт.
• Движение за объектом. Робот фиксирует свой взгляд на конкретном предмете, например, на кубике и следовать за ним. 
• Выполнение команд дистанционно. Готовый робот исполняет команды с пульта дистанционного управления не хуже игрушечной радиоуправляемой машинки. Также можно осуществлять управление автомобилем посредством Wi-Fi прямо из мобильного приложения на вашем телефоне.

Программируемый конструктор соответствует современным концепциям обучения в школе и отлично подойдет как для использования в классе на уроках физики, так и на кружке робототехники. Также, это увлекательный и эффективный дидактический инструмент для учителей информатики, ведь с помощью этой робоплатформы можно обучить детей основам программирования контроллеров. Робототехнический набор поставляется в удобной коробке и может послужить полезным и презентабельным подарком для пытливых умов в возрасте от 10 лет.

Видеообзоры:

Робототехника для детей как опережающее обучение

Как показывает практика, юноши и девушки, которые с детства занимаются робототехникой, гораздо быстрее и легче усваивают новые знания в области математики, информатики, программирования. Помимо этого, работа в таких кружках позволяет малышам попутно учить английский язык.

Да и вообще, роботы настолько стремительно проникают во все сферы нашей жизни, что уже совсем скоро без них будет сложно представить жизнь современного человека. Детская робототехника в нашей стране уже давно перешагнула уровень местечковых кружков и стала полноценным общероссийским движением.

Соревнования по робототехнике для детей

Ежегодно в самых разных регионах России проводятся различные межрегиональные и международные олимпиады и фестивали по робототехнике. Это позволяет детям из разных городов и стран общаться и передавать друг другу накопленный уникальный опыт.

Для тех родителей, которые предпочитают, чтобы их дети занимались дома, существуют варианты с приобретением наборов робототехники для домашнего использования. Так как робототехника для детей развивается во всем мире, то сегодня можно приобрести конструкторы для любого возраста.

Однако, психологи рекомендуют все же отдавать детей именно в секции. Не имея друзей по интересам, ребенок может вырасти замкнутым и нелюдимым. На конкурсы и соревнования формируются, как правило, команды.

А это значит происходит совместное творчество и поэтому повышается коммуникабельность. Также необходимо выступать перед большой аудиторией. При этом повышается устойчивость к стрессу, увеличивается вера в свои силы.

RoboCup Soccer Simulation League: симулятор футбола роботов

Соревнования роботов по футболу — еще одна из областей, в которых используются симуляторы. Для этого можно взять любой из описанных универсальных пакетов симуляции, но лучше воспользоваться специализированным. Это даст тебе возможность посоревноваться с другими любителями футбола роботов. Соревнования виртуальных роботов проводятся ежегодно с 1993 года в двух лигах: соревнования 2D-роботов и соревнования 3D-роботов. Информацию ищи на www.robocup.org.

В программное обеспечение симулятора футбола входит несколько компонентов:

• сервер симуляции (simulation server) — основной компонент симулятора, запускает сам процесс симуляции; клиенты взаимодействуют с сервером по протоколу UDP, отправляя команды и получая сенсорную информацию;
• монитор симуляции (simulation monitor) — используется для наблюдения за процессом симуляции (после подключения к серверу) или для просмотра записанной игры (после подключения к плееру лога симуляции);
• плеер лога симуляции (simulation log player) — используется для проигрывания игры, записанной сервером симулятора; плеер используется для управлением проигрыванием лога, а монитор отображает симуляцию.

Лига 2D-роботов. В лиге двумерных роботов соревнуются две команды по 11 игроков в каждой. Каждый игрок представлен автономной программой (агентом). Игра выполняется на двумерной плоскости (стадионе), который предоставляет сервер симуляции. Сервер знает все об игре: положение игроков, мяча и так далее. Игра основана на взаимодействии сервера и агентов. Игрок получает данные с его виртуальных сенсоров (визуального, акустического и физического) и должен на основе этих данных принять решение: удар по мячу, перемещение по полю или разворот.

Соревнования 2D-роботов
Другие статьи в выпуске:

Хакер #181. Вся власть роботам!

• Содержание выпуска
• Подписка на «Хакер»

Лига 3D-роботов. В лиге трехмерных роботов по сравнению с 2D возрастает сложность в связи с более высоким реализмом: добавляется еще одна размерность и усложняется физика игры. Цель игры в данной лиге — не разработать сложную стратегию, а организовать движение роботов: движение по полю, поворот, удар по мячу, вставание робота после падения (конечно же, это связано именно с «молодостью» данной лиги).

Соревнования 3D-роботов

Также существует еще большое количество программ для моделирования промышленных роботов, которые я не рассматривал, так как они по большей части специализированные.

Симулятор футбола без проблем может запускаться под Windows, Linux и OS X.

Вообще, симуляторов роботов огромное количество. Если тебе не понравились те, о которых мы рассказали, можно посмотреть в сторону Webots (платный, доступна 30-дневная бесплатная версия) или V-REP (бесплатный для некоммерческого использования). Оба проекта регулярно обновляются.

WWW

• Англоязычный кладезь информации о том, как собрать своего реального робота:www.societyofrobots.com
• Конструкции роботов и их обсуждение: roboforum.ru

Основная часть

Тут мы возвращаемся к началу поста. К тому времени, когда мимо проехал робот-пылесос, мне хотелось сделать простое функционирующее приложение или устройство с использованием машинного зрения. Так появилась идея, дать пылесосу еще один канал связи с внешним миром.
Если прикрутить к нему небольшую камеру, можно использовать готовые модели или натренировать свою. Возможностей применения полно. От точечной очистки загрязнений до преследования пса. Можно придумать какую-нибудь игру в физическом пространстве с использованием GAN или поиграться с NLP моделями и научить его разговаривать на манер голосового помощника. Короче, время обучить собственного домашнего робота.

Начинать конечно нужно с простых вещей. Например, поискать на Хабре, что уже сделано до нас. Оказывается «у ней внутре» Ubuntu 14.04, а значит, при наличии рута, можно, например,управлять с джойстка. Если дернуть данные лидара, то под рукой окажется не много ни мало, прототип беспилотного авто.
Выбор начинается уже на этом этапе. Взять готовую камеру с вайфаем и акуумулятором или плату для inference вроде Jetson Nano? А может собрать камеру, вайфай и аккум на Raspberry Pi? Каждый подход по своему интересен, но я старался держаться основной цели: сделать простое функционирующее устройство с использованием машинного обучения, поэтому выбрал первый вариант.

Пока камера была в пути, рутнул пылесос и покатался на нем. Работает отлично, еще осталось время пофантазировать. Допустим Гектор притащил с улицы палку и дербанит ее, лежа на своем любимом коврике. Камера, подвешенная достаточно высоко, фиксирует загрязнение (тут вспомнился челендж про грязные тарелки ) и отправляет координаты пылесосу. С охотой на пса все еще проще. Достаточно разместить камеру на самом пылесосе и запускать движение вперед при обнаружении пса, затем полный круг и возвращение на базу.

Но это планы на будущее. Сейчас сделаем кое-что совсем простое. Пусть пылесос издает разные звуки в зависимости от объекта, попавшего в поле зрения камеры. Для этого нам понадобятся два потока, связанные общей очередью.

• Модель (я использовал одну из готовых моделей TensorFlow model zoo) распознает объект и кладет его название в очередь.
• Другой поток забирает название объекта из очереди и формирует URL к звуковому файлу.
• Путь передается пылесосу, а тот стучится по полученному адресу за файлом по ftp или http.
• В папке каждого объекта несколько файлов для разнообразия. Файл выбирается случайным образом. Кроме того, есть параметр вероятности воспроизведения звука, чтобы пылесос, фиксируя Гектора на скорости 10 fps, не верещал как сумасшедший, а сообщал что-нибудь убедительно и с достоинством.

На схеме выглядит вот так:

Вот так работает:

Создание каркаса

Нет никакого «идеального» способа создания каркаса. Почти всегда требуется компромисс. Возможно, вам нужен легкий каркас. Но может потребоваться использование дорогостоящих материалов или слишком хрупких материалов.

Вы можете захотеть сделать надежное или большое шасси. Хоты вы понимаете, что это будет дорого, тяжело или сложно в производстве. Ваш «идеальный» каркас или рама может быть очень сложным.Изготовление каркаса робота может потребовать слишком много времени для разработки и создания.

При этом простой каркас может быть не менее хорошим. Идеальная форма встречается редко, но некоторые проекты могут выглядеть более элегантно из-за своей простоты

Возможно другие проекты могут привлечь внимание из-за их сложности

1.Физические эксперименты

Наиболее полным и простым решением является применение решений робототехники Lego для выполнения лабораторных работ по физике. На официальном сайте Лего существует часть «Физические эксперименты» с использованием базового набора Lego EV3. Это 14 экспериментальных проектов, где можно изучать различные области физики.

К ним относятся:

1. виды работы и энергии
2. термодинамика
3. механика и оптика

Дается учебный план занятий. Проведение экспериментов рассчитаны на занятия 45 или 90 минут. В это время также входит обязательная теоретическая составляющая урока. В экспериментах применены модели Lego EV3 в которых не требуется большое количества времени для сборки конструкции и последующего программирования.

Какое оборудование и материалы нужно использовать

Комплект заданий «Физические эксперименты EV3» применяется для работы с базовым набором Lego EV3 и его программным обеспечением.

Также необходим набор «Возобновляемые источники энергии».

Для каждого базового набора EV3 требуется один набор и один датчик температуры NXT. Программное обеспечение можно бесплатно скачать на официальном сайте Лего. После установки на компьютер по приведенным схемам собирается роботизированная платформа по интересующей теме.

Есть объяснение темы, рабочая программа для загрузки, рекомендации по использованию модели, непосредственно сам опыт с измерениями, анализ, выводы и т.д. Все шаги можно документировать непосредственно в среде программирования LabVIEW.

1.      Энергия2.      Сила и движение3.      Свет4.      Теплота и температура

Также есть много информации для изучения в виде PDF файлов.

Программирование EV3 при помощи Scratch

Scratch является графической средой программирования. Программировать EV3 при помощи Scratch можно если установить нужное программное обеспечение и настроить его. Программное обеспечение можно установить на любые операционные системы. Для примера выберем операционную систему Windows.

Как и в случае с программированием на Python, потребуется карта памяти с такими же параметрами. Карту памяти нужно отформатировать в файловой системе FAT32. На компьютер надо установить виртуальную Java-машину под названием leJOS.

Затем устанавливаем виртуальную машину на компьютер со всеми компонентами.

После этого устанавливаем образ на карту памяти. В дальнейшем при включении микрокомпьютера EV3 с картой памяти будет загружаться leJOS EV3. Без карты памяти будет происходить загрузка стандартного программного обеспечения Lego EV3.

Также на компьютере должна быть установлена свежая версия Adobe AIR. Затем можно установить редактор Scratch.

Установка редактора не занимает много времени.

Следующим шагом является установка ev3-scratch-helper-app. Это приложение служит для связи редактора Scratch и микроконтроллера EV3. Также в редакторе можно в настойках установить русский язык и нужно добавить блоки EV3 в редактор Scratch. После добавления блоков можно приступать к написанию программ.

В статье приведены не все возможные варианты программирования EV3, а только наиболее простые и не требующие каких-либо специальных знаний. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. Остается только выбрать что больше всего подходит в каждом конкретном случае.

Fischertechnik Robotics 544624 TXT Умный дом

Fischertechnik Robotics Smart Home — это настоящая система умного дома, но только для детей. Из 220 деталей можно собрать 6 разных сенсорных станций с движущейся камерой (которая может делать снимки), мониторингом окружающей среды и датчиками для измерения температуры, давления, качества, влажности воздуха и т. д.

Fischertechnik Robotics Smart Home — это настоящий умный дом в детском варианте

Конструктор программируется и контролируется с помощью программы ROBO Pro и контроллера ROBOTICS TXT. Он подключается к сети Wi-Fi, так что камерой можно управлять на расстоянии. Кроме того, контроллер подключается к облачному серверу, на котором сохраняются данные датчиков. Таким образом, можно постоянно контролировать данные и управлять движением камеры из любой точки мира.

Шаг 1

Первый шаг в начало робототехники — это определить, что ваш робот должен делать (т.е. какова его цель в жизни). Роботы могут быть использованы практически в любой ситуации, и в первую очередь предназначены для того, чтобы помочь людям в некотором роде. Если Вы пока не определились какого робота и для каких целей Вы хотите сделать, то вот некоторые идеи:

Знания и Обучение

Заказать Lego Mindstorms EV3 для создания все более сложных роботов. Большинство профессионалов и любителей использует знания, которые они приобрели при создании предыдущих роботов. Вместо создания одного робота, вы сможете научиться использовать отдельные компоненты. В результате у вас появиться собственная “библиотека знаний”. Дополнительно вы сможете её использовать, чтобы собрать более сложные конструкции в будущем.

Развлечения и Общение

Например, гуманоидный робот-игрушка, который предназначен для развлечения пользователя WowWee MiP. Он может передвигаться по дому самостоятельно, ориентируется в пространстве, узнает человека. Настраивается робот со смартфона и может использоваться как личный помощник. При необходимости сообщает последние новости, может проверять почту пользователя, озвучивать прогноз погоды и многое другое.

Робототехника включает в себя аспекты многих наук.  В том числе инженерных (механических, электрических, компьютерных). Также точных наук (математики и физики) и искусства (эстетика). При этом пользователи могут свободно использовать свое воображение. Забавляя окружающих своими творениями (особенно если они являются удобной и интерактивной) помогает другим, чтобы и их заинтересовать этим  увлекательным видом деятельности.

Соревнования и Конкурсы

Различные типы роботов для большого множества соревнований, которые проводятся на различных уровнях. Например, соревнования по футболу для роботов андроидов. Многие соревнования проводятся специально для студентов и школьников как начало робототехники. Так существуют и открытые конкурсы, где взрослые и профессионалы смогут конкурировать друг с другом.

Автономная форма жизни

Это малые автономные роботы, предназначенные для выполнения простой работы.При необходимости могут объединяться в общую систему и создавать одного большого робота, управляемым объединенным мозгом. Как только пропадает необходимость в одном из роботов, он тут же покидает общую группу. Затем этот робот продолжает работать по своему прямому назначению.

Следующим большим нововведением станет создание полностью автономной формой жизни.В начале развития робототехники сложно сказать какой будет эта жизнь. Возможно не уступающей или превосходящей нас в способностях и может быть в творчестве. Эта цель по-прежнему совершается мелкими шагами физических лиц, научно-исследовательских организаций и специалистов.

Бытовые или профессиональные задачи

Самые распространенные бытовые роботы, которых можно купить практически в любом торговом центре – это роботы пылесосы различных марок и видов. Бытовые и профессиональные  роботы помогают освободить человека от неприятных или опасных задач.

Они дают людям больше свободы и  безопасности. Профессиональные и сервисные роботы используются в различных областях применения на работе. Прежде всего в общественных местах, в опасных средах, в таких местах, как глубоководные, зараженные местности и так далее.

В дополнение к таким областям как уборка, видеонаблюдение, осмотр и техническое обслуживание, мы используем этих роботов там, где ручное выполнение задач опасно, невозможно или недопустимо. Профессиональные и сервисные роботов более функциональны, прочны и часто дороже, чем бытовые роботы.

При этом они идеально подходят для профессионального и/или коммерческого использования. Часто мобильные роботы используются, чтобы рисковать в местах, куда люди не должны или не могут пойти. Роботы различных размеров (с дистанционным управлением, полуавтономные или полностью автономные) являются идеальным выбором для этих задач.

Роботы

Подумай!

• Что такое робот и когда он появился?
• Что тебе известно о роботах?
• Рассмотри рисунок 1. Расскажи, в каких отраслях задействованы роботы?

Рис.1

   Робот создается максимально похожим на живой  организм и получает информацию об окружающем мире через разные датчики (сенсоры). Робот – это автоматическое устройство. Он действует согласно программе, которая была в него заранее загружена. Впервые слово «робот» было использовано чешскими писателями братьями Карелом и Йозефом Чапеками в 1920 году в пьесе «Россумские универсальные роботы». Робот происходит от чешского слова robot или robota и понимается как «подневольный труд». В наши дни на телепередачах на казахском языке робота еще называют «құлтемір» (дословный перевод на русский язык – «железный раб»).

   Зачем нужны роботы? Роботы необходимы для замены людей при выполнении тяжелой производственной и опасной работы (например, разминирование). Робот представляет собой модель человека. При создании любого робота копируют структуру живых органов и органы чувств человека или животного. То есть к роботу применяют принципы прикладной науки таких, как бионика. Роботы могут работать самостоятельно или под наблюдением человека (оператора), который будет давать им команды. Роботы, похожие на людей, называются андроидами. Они часто используются как игрушки или как помощники по дому.  

   Робот – исполнительный механизм, программируемый по двум или более ступеням подвижности. Он  обладает  определенной степенью автономности и способен  перемещаться во внешней среде с целью выполнения заданных задач по назначению.

   У​стройство можно назвать роботом при условии одновременного соблюдения трех условий. Что это за условия? ​   SENSE (ЧУВСТВО, ОЩУЩЕНИЕ): робот обладает способностью воспринимать окружающий мир с помощью сенсоров. Такими сенсорами могут быть микрофоны, камеры, различные электромеханические сенсоры и прочее.   ​ACT (ДЕЙСТВИЕ): в результате принятого решения выполнить некоторое действие. Оказание определенного влияния на внешний мир.​   THINK (МЫСЛИТЬ): понимание или размышление об информации или команде, полученной из внешнего мира. Планирование и принятие решений в результате понимания и размышления (рис.2).​   

Рис.2

Какие виды роботов существуют ​в настоящее время?

производственный робот — өндірістік робот — production robot​медицинский робот — медициналық робот — medical robot

   Основные виды роботов

   Промышленные роботы – это автоматические машины. Они часто используются в промышленности вместо людей для выполнения отдельных технологических задач. К ним относятся роботизированные станки, производственные линии (конвейеры) и манипуляторы.   ​Медицинский робот используется для выполнения хирургических операций, введения инъекций в вены, массажа и других медицинских услуг. Самый известный хирургический робот – da Vinci. С его помощью несколько операторов -хирургов выполняют высокоточные операции. Для выполнения более точечных операций на органах человека используют очень маленьких нано-роботов.

   Бытовые роботы облегчают жизнь человеку и играют роль помощника по дому. Эти роботы выполняют секретарские функции, убирают комнаты, играют роль животных. Например, робот-собачка, который может выполнять некоторые команды, робот-пылесос и другие.   ​Боевые роботы обычно предназначены для замены людей в труднодоступных и особо опасных боевых ситуациях. К этим роботам относятся роботы-минеры, роботы-саперы, роботы-разведчики, роботы-танки, роботы-санитары и многое другое.

   Учитель-робот может читать вслух, общаться на разных языках и задавать задания. Но, пока роботы не распознают человеческие эмоции, они не могут мыслить, как человек. Они не могут выполнять такие задачи, как мотивация учащихся, управление классом.

   Вышеперечисленные виды роботов нельзя считать завер­шенными продуктами. Причина в том, что эта отрасль только начала развиваться. В будущем могут появится роботы, выполняющие некоторые функции человека в повседневной жизни.

Это интересно!

   Первый робот был создан американским инженером Д.Уэксли  для Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1927 году. Этот робот имел простую структуру, но мог  исполнять ряд команд, рассчитанных на выполнение простейших действий. А также воспроизводить, определенные фразы по команде человека.