Обзор железок для занятий робототехникой с детьми

в 11:07, , рубрики: arduino, lego, Raspberry Pi, Блог компании MakeItLab, детское образование, Программирование робототехники, школьники, Электроника для начинающих, метки:

Сейчас мы готовим новую площадку для детских занятий. В процессе подготовки стал вопрос выбора платформы, на которой будем обучать, по такому случаю подготовили обзор имеющихся платформ с обоснованием выбора. Документ, вроде, интересный получился, решил его здесь опубликовать. Некоторые вещи изложены сильно упрощенно, поскольку текст предназначен не только для хардкорных технарей.

Lego

Самый распространенный детский конструктор роботов и самый распространенный конструктор вообще, в России >80% детей занимаются на Лего. Имеет следующие достоинства:

  1. Большая методическая база на русском языке.
  2. От преподавателя требуется не очень высокая квалификация.
  3. Конструктор очень прочный, детям редко удается что-то сломать.

Недостатки:

  1. Изначально это все-таки детский конструктор, для серьезных задач не предназначенный.
  2. Конструктор закрытый, ни с чем не совместим, производитель искусственно создает препятствия к тому, чтобы можно было цеплять к нему компоненты других конструкторов и разрабатывать собственные компоненты.
  3. Программировать можно либо в визуальных средах программирования, либо на С++.

По нашему опыту Лего хорош для детей до 7 класса, тем, кто постарше, лучше что-то другое.

Fishertechnic

http://habrahabr.ru/company/neuronspace/blog/243929/
В целом повторяет идеологию Lego. По сравнению с ним имеет ряд интересных дополнительных элементов: пневмоприводы, хемотроника, ионисторы, электрохимические суперконденсаторы и др. Есть специальные комплекты, моделирующие разного рода производство. Если Лего — это общеразвивающая игрушка, то fischertechnik больше инженерно развивающая, однако по прежнему игрушка.
Есть и другие конструкторы, основной смысл которых — демонстрировать детям какие-то отдельные интересные инженерные элементы. Они имеют достаточно узкое применение, мы их особо не изучали.
Стоимость Fishertechnic примерно соответствует стоимости Лего.

Arduino

ru.wikipedia.org/wiki/Arduino
Самая распространенная платформа для взрослой робототехники и электроники, вторая по распространённости среди детей. Разработка полностью открытая, у нее есть множество ответвлений.
Можно выделить три направления работы детей с Ардуино:

  1. Сборка электрических схем. Соответствующие комплекты поставляет 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. (Конструкторы для ардуино — это отдельная большая тема, на ней мы остановимся ниже.)

Достоинства Ардуино:

  1. Открытость и совместимость со всем на свете.
  2. Универсальность: и шестиклассники на нем могут заниматься, и взрослые выполнять серьезные проекты.
  3. Сравнительно низкая цена.

Недостатки:

  1. Сравнительная ломкость (это открытая электронная плата с небольшим уровнем защиты от неправильных подключений).
  2. Программировать можно либо в визуальных средах программирования, либо на С++. Не поддерживаются параллельные процессы, обработка изображений и прочее.

Raspberry Pi и аналоги

Raspberry Pi — это компьютер под управлением операционной системы Linux, имеющий размеры баковской карты. На нем можно запускать те же программы, делать те же вычисления, что и на настольном компьютере (есть видеовыходы, аудиовыходы, USB). Малые размеры вкупе с низким энергопотреблением позволяют устанавливать его на подвижных роботов.
Raspberry поддерживает язык программирования Python. Это наиболее перспективный учебный язык программирования, на западе учебные заведения постепенно переводят на него свои учебные программы. Поддержка этого языка по нашему мнению является главным достоинством Raspberry.
Преимущества Raspberry перед Ардуино описаны выше, недостатки следующие:

  1. По сравнению с Ардуино Raspberry имеет примерно в два раза более высокую стоимость.
  2. Подключать внешние устройства (датчики, моторчики) к ней существенно сложнее, если не использовать специальные модули расширения.

Raspberry имеет множество аналогов, среди них Raspberry самая дешевая и распрстраненная. Последняя версия Raspberry по своим характеристикам ничем особо не уступает аналогам, поэтому мы работаем с ней.

Наиболее перспективным направлением сейчас является совмещение Raspberry и ардуино. 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 (поскольку оба проекта открыты, они прекрасно взаимодействуют друг с другом). Помимо преимуществ предыдущего пункта это дает гибкость.

Стоимость первого варианта за западе — около 50$, второй вариант — 75$; третий — 100$; четвертый — 60$. (Чтобы получить стоимость в России эти цены нужно умножить примерно на 2.) При этом последний вариант предоставляет наибольшие возможности и гибкость.
Например, может быть реализован следующий сценарий использования: сначала, когда ребенок только начинает заниматься робототехникой, он работает с ардуино в графической среде программирования; далее, когда он вырастает из графической среды, подключаем к ардуине Raspberry, и ребенок начинает программировать на Python, использовать различные дополнительные возможности. Если дорогая Raspberry недоступна, ребенок может программировать имеющуюся ардуину на С++.

Механические конструкторы для Arduino и Raspberri

Наиболее известный — это Huna:
По сути это старый советский металлический конструктор на винтах.
Похожий на него конструктор предлагает Трик: blog.trikset.com/p/blog-page_6355.html

На наш взгляд наиболее перспективным является недавно появившийся конструктор Multiplo. В отличии от других конструкторов у него основные детали не металлические, а вырезаны из трехмиллиметрового пластика. Благодаря этому их можно вырезать самостоятельно на специальном станке (тем более, что 3Д-модели деталей выложены в открытый доступ, проект опенсорсный). Если специальный станок недоступен, детали можно вырезать руками с помощью лобзика и дрели.
Помимо винтов в Multiplo широко используются пластиковые заклепки, благодаря этому собирать конструктор гораздо интереснее и быстрее.

Стоимость Huna с Ардуино на борту примерно соответствует стоимости Лего. Стоимость Multiplo с ардуино на борту примерно в полтора раза ниже.

Преимущества конструкторов на винтах перед Лего:

  1. У детей развивается мелкая моторика.
  2. Нигде на производстве не используются крепления как в Лего, везде крепеж на винтах.

Недостатком является то, что на винтах сборка конструктора идет несколько медленнее и менее интересно.

Заключение

Мы остановились на варианте arduino + Raspberry Pi + конструктор Multiplo.

До седьмого класса нужно что-то другое, этот вопрос мы пока мало изучали.

Если стоит задача привить интерес к каким-то узким отраслям промышленности, то нужен Fishertechnic или аналог.

Если стоит задача научить детей самих нарезать и печатать детали, то за основу лучше брать Multiplo.

Автор: ddavydov

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля