Сравнение конструкторов HUNA TOP с LEGO Mindstorms EV3 и NXT 2.0

Сергей Косаченко, учитель Томского физико-технического лицея, сравнивает конструктор HUNA TOP с популярными образовательными наборами LEGO Mindstorms NXT2.0 и EV3. В статье преимущества и недостатки робототехнических платформ, характеристики контроллера HUNA TOP, обзор программного обеспечения MRT RUS, а также опыт экспериментальных соревнований.

Статья написана в 2015 году. Набор HUNA TOP в настоящее время не производится и не продается. Приносим извинения за некорректное упоминание бренда Роботрек в первоначальном заголовке статьи и анонсе в социальных сетях.

Сравнение HUNA TOP с LEGO Mindstorms EV3 и NXT 2.0

Наборы HUNA TOP в нашем распоряжении были уже давно, и мы их часто использовали, но как механический добротный конструктив при использовании программируемого контроллера ARDUINO. Мы с удовольствием использовали пластиковые и металлические детали и даже датчики, серводвигатели, моторы, отлично совместимые с ARDUINO, однако «родной» контроллер от HUNA TOP и систему программирования к нему откладывали в сторону.

И вот, при знакомстве с регламентами международных соревнований IYRC в 2015 году, решились предложить одной из четырех групп школьников Томской области, приехавших на занятия в ШОРТ2015, заняться изучением этого набора.

Мы сравнивали HUNA TOP с известными наборами LEGO Mindstorms NXT2.0 и EV3, выявляя плюсы и минусы обоих в сравнении друг с другом. Вот что у нас получилось:

HUNA TOP	LEGO Mindstorms NXT 2.0 и EV3
+ Детали конструктора крепятся друг к другу в шести плоскостях (!)	— Детали крепятся друг к другу только в двух плоскостях.
+ Детали из пластика и дюралюминия	— Детали только из пластика
+ В наборе есть серводвигатели и двигатели постоянного тока	— В наборе двигатели постоянного тока.
+ Датчики, серводвигатели, двигатели постоянного тока, ИК-пульт — ARDUINO-совместимы.	— Для соединения датчиков, двигателей с ARDUINO требуются специальные платы-переходники.
— Двигатели постоянного тока без энкодеров.	+ Двигатели с энкодерами.
— Нет датчика цвета.	± В образовательной версии NXT набора датчика цвета нет, в коммерческой версии набора датчик цвета имеется. (Примечание: версия EV3 укомплектована датчиками цвета).

О контроллере робототехнического набора HUNA TOP

Контроллер HUNA TOP познается в сравнении с LEGO и … в чем-то выигрывает.

Программируемый контроллер в наборе HUNA TOP создан на основе микросхемы ATMega 32A. Плата не скрывается за глухим неразборным корпусом, что делает ее доступной для рассмотрения и изучения любознательными учениками.

Что же предлагает нам контроллер HUNA TOP?

Характеристики контроллера HUNA TOP:

• 8 портов ВВОДА для подключения датчиков и сенсоров! Для сравнения у LEGO 4 порта;
• 4 порта для подключения DC-моторов (У LEGO Mindstorms NXT2.0 портов для двигателей — 3, у LEGO EV3 — 4 порта);
• 8 портов ВЫВОДА для подключения светодиодов, сервомоторов, пищалки и пр. (у LEGO таких портов вообще нет);
• отдельный порт для подключения инфракрасного приемника для получения управляющих сигналов с пульта дистанционного управления (LEGO EV3 имеет ИК пульт и ИК-приемник, но занимающий один порт для датчиков, в NXT — нет). Рядом на плате HUNA TOP расположены три микропереключателя для настройки уникального номера канала. На выбор имеется 8 каналов, что делает возможным одновременное управление восемью роботами, без помех друг другу. Рядом с переключателями для удобства нарисована таблица с подсказкой, как настроить нужный номер канала;
• выключатель, позволяющий полностью обесточить контроллер;
• разъем для подключения внешнего программатора USB-serial (у LEGO внешнего программатора нет — он интегрирован на плату контроллера).

В пользу LEGO должен отметить, что у контроллера HUNA TOP нет дисплея, на который можно было бы выводить текстовую и графическую информацию.

Как видите, контроллер HUNA TOP имеет определенные достоинства. И хоть набор HUNA TOP уже не поставляется (а жаль) и заменен на более современный HUNA Class MRT 3 (уточнение: конструктор HUNA TOP заменен на более новый набор MRT 5), он хорош не только для конструирования роботов с датчиками, актуаторами и программирования, но и для изучения ребятами электроники. По моему разумению, это очень важно, и этого так сильно не хватает робототехническим наборам LEGO Mindstorms NXT2.0 и EV3.

Робототехника — технология интеграции технологий: механики, электроники, программирования (+проектирования и изготовления деталей).

По мне, главный минус LEGO наборов — закрытость электрических схем (под корпусами), поэтому невозможно с этими наборами изучать составление электрических схем.

В фейсбуке про контроллер HUNA TOP прокомментировали, что этот контроллер — очередной Arduino, а педагогам пора самим контроллеры делать и паять. Что-то в этом есть, хотя я полагаю, что учитель должен учить, а не контроллеры разрабатывать. Однако, если учесть, что контроллер Arduino на основе ATMega несложный, то разработку «собственных» контроллеров для роботов можно было бы предложить старшеклассникам, которые успешно прошли сначала уровень LEGO, потом уровень Arduino.

С чем познакомятся ребята, создавая свой собственный контроллер:

• составление электрической схемы (фильтр питания, согласование уровня сигналов, возможность подключения датчиков, актуаторов, модулей связи и т.п.),
• разводка платы контроллера с учетом размера деталей, коннекторов, мест креплений и т.п.,
• ЛУТ для вытравливания платы контроллера или фрезеровка (у кого есть доступ к ФабЛабовскому оборудованию),
• пайка деталей на плате,
• тестирование полученной схемы контроллера,
• мелкосерийное производство?!

Среда программирования MRT RUS для роботов HUNA TOP

Среда программирования MRT RUS для роботов HUNA TOP проста для новичков и дружелюбна при переходе на «взрослое» программирование на Си.

Руссифицированная среда программирования MRT RUS для набора HUNA TOP разработана в ООО Брейн Девелопмент из Санкт-Петербурга. Скачать программу MRT RUS и инструкцию к ней можно по ссылке http://hunarobo.ru/mrt-rus-programma.html.

Перед установкой ПО MRT RUS сначала потребуется убедиться, что в Windows уже установлен пакет .NET Framework 3.5. Если это не так, то его следует скачать с официального сайта Microsoft и установить.

Установка ПО MRT RUS происходит очень просто и трудностей не вызывает, поэтому данный процесс не будем рассматривать. Замечу лишь, что в процессе установки ПО нужно согласиться с установкой драйверов. После установки ПО MRT RUS перезагрузите компьютер.

Среда программирования выглядит следующим образом:

Слева палитра с устройствами ввода, устройствами вывода и функциями (базовыми алгоритмическими конструкциями), справа программа для робота. Программа для робота выполняется в бесконечном цикле, хотя на экране выглядит как линейный алгоритм. Колонка № помечает номер строки команды. Это мне напомнило написание программ на языке программирования BASIC, в котором строки тоже пронумерованы, но номер ставится в начале каждой строки. Последняя колонка для комментариев.

Чтобы разобраться в новой для меня среде программирования, я решил написать простейшую программу для управления роботом с пульта дистанционного управления (ПДУ): если на ПДУ нажата кнопка вперед, то включаются моторы левый и правый, и робот движется вперед; если ни одна кнопка на пульте не нажата, то моторы останавливаются, и робот останавливается.

1. Выбираем «Устройства ввода» — ПДУ (пульт дистанционного управления), кстати, пульт ребятам во время занятий очень понравился, т.к. удобен и напоминает пульты от игровых консолей:

Выбираем на открывшемся изображении ПДУ кнопку «^», которая символизирует «вперед», и кликаем «Ок».

2. Теперь запрограммируем реакцию на событие «на ПДУ нажата кнопка вперед», а именно: выберем «Устройства вывода» — «Двигатель»:

В открывшемся окне «Двигатель», выбираем галочками «Двигатель 1 левый» и «Двигатель 1 правый» и устанавливаем для них скорость 10. Нажимаем «Ок».

Примечание: двигатели у HUNA TOP очень быстрые и робот получится таким шустрым, что оператор не будет успевать реагировать на его перемещения при управлении, поэтому в дальнейшем, экспериментируя, скорее всего придется убавить скорость до разумных значений.

3. Чтобы при отпускании кнопки вперед на ПДУ робот останавливался, еще раз откроем «Устройства ввода» — ПДУ и выберем «Нет нажатия», затем настроим реакцию на событие: всем двигателям выставим скорость в значение 0, что означает «Стоп».

Программа готова.
Теперь перед загрузкой в контроллер ее нужно собрать. Для этого в меню программы нажимаем кнопку «Собрать» и следим за сообщениями о компиляции и сборке программы в окне Вывод:


-------- begin --------
avr-gcc (WinAVR 20081205) 4.3.2
Copyright (C) 2008 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.Compiling C: main.c
avr-gcc -c -mmcu=atmega32 -I. -gdwarf-2 -DF_CPU=16000000UL -Os -funsigned-char -funsigned-bitfields -fpack-struct -fshort-enums -Wall -Wstrict-prototypes -Wa,-adhlns=./main.lst  -*=gnu99 -MMD -MP -MF .dep/main.o.d main.c -o main.o
main.c:6: warning: function declaration isn't a prototype
main.c: In function 'main':
main.c:12: warning: label 'Label_0' defined but not usedLinking: main.elf
avr-gcc -mmcu=atmega32 -I. -gdwarf-2 -DF_CPU=16000000UL -Os -funsigned-char -funsigned-bitfields -fpack-struct -fshort-enums -Wall -Wstrict-prototypes -Wa,-adhlns=main.o  -*=gnu99 -MMD -MP -MF .dep/main.elf.d main.o --output main.elf -Wl,-Map=main.map,--cref     -lm -le_robot -lhuna  -L"C:\MRT\."
Creating load file for Flash: main.hex
avr-objcopy -O ihex -R .eeprom -R .fuse -R .lock main.elf main.hex
Creating load file for EEPROM: main.eep
avr-objcopy -j .eeprom --set-section-flags=.eeprom="alloc,load" \
--change-section-lma .eeprom=0 --no-change-warnings -O ihex main.elf main.eep || exit 0
Creating Extended Listing: main.lss
avr-objdump -h -S -z main.elf > main.lss
Creating Symbol Table: main.sym
avr-nm -n main.elf > main.sym
Size after:
AVR Memory Usage
----------------
Device: atmega32
Program:   14136 bytes (43.1% Full)
(.text + .data + .bootloader)
Data:        564 bytes (27.5% Full)
(.data + .bss + .noinit)
-------- end --------


В первой же строчке вывода мы видим сообщение, что запущен компилятор GCC для контроллеров AVR, который компилирует программу из файла main.c, но откуда же он взялся? Мы же составляли программу в графическом режиме.

Оказывается, ПО MRT RUS составленную нами программу для робота в графической среде автоматически транслирует в программу на языке Си. Подобно тому, как это делает Ardublock для Arduino IDE.

Сам по себе компилятор avr-gcc — это «взрослое», правильное промышленное решение с точки зрения работы с программируемыми контроллерами ATMega. В его открытом применении в этом наборе я вижу большой задел на будущее, когда ребятам, по мере обучения и приобретения опыта, захочется программировать контроллеры не посредством данной графической среды, а напрямую на языке программирования Си.

Очень понравилось, что на Си можно программировать сразу из среды MRT RUS, для этого достаточно лишь переключиться с вкладки «Программа» и кликнуть по вкладке «Код», и мы увидим нашу программу, но уже на языке программирования Си!!!
Понравилось это прежде всего потому, что позволит ребятам легко начать изучение Си без смены среды программирования. Очень дружелюбный переход на более сложный уровень.

Кто понимает Си, увидит на рисунке, что программа работает в бесконечном цикле, события нажатия кнопок на ПДУ определяются с помощью функции rc(), а управление двигателями осуществляется с помощью подпрограммы dc_motor().

Теперь нужно «прошить» программу (загрузить откомпилированную программу) в контроллер HUNA TOP.

Для этого нужно подключить к компьютеру модуль USB-Serial (соединенный шлейфом с контроллером HUNA TOP), выбрать в программе «правильный» COM-порт (его лучше подсмотреть в Мой компьютер — Свойства — Диспетчер устройств). Обычно COM1 — занят мышкой, но к компьютеру могут быть подключены и другие устройства (Bluetooth, Arduino и пр.), занимающие последовательный порт (в Windows обозначаемый COM и порядковым номером). Затем включить питание на контроллере HUNA TOP и нажать в меню кнопку «Загрузить», после чего откроется окно с инструкциями, где советуется выключить и включить питание контроллера затем нажать кнопку Reset, после чего процесс загрузки начнется.

При изучении логов я разобрался, что откомпилированная в машинные кода программа (файл main.hex) загружается в контроллер программой AVRDUDE.

Вывод:

Среда программирования MRT RUS для робототехнического набора HUNA TOP обладает простотой для начинающих робототехников, для этого имеется графический режим программирования (подобно Ardublock), в котором программа составляется линейно, но при этом имеет большой потенциал для простого и дружелюбного перехода на «взрослый» язык программирования Си.

Азартные соревнования с робототами из HUNA TOP

На профильной смене «Школа образовательной робототехники» ШОРТ2015 одной из четырех групп школьников Томской области, приехавших на занятия, было предложено заняться изучением набора HUNA TOP.

Здесь нужно уточнить, что участники ШОРТ2015 — юные робототехники, но все они уже с определенным опытом участия в робототехнических соревнованиях, выставках, создания проектов роботов. Поэтому занятия с необычным набором строились с опорой на имеющийся опыт ребят.

Группа HUNA TOP состояла из 10 ребят. Занимались мы с ними в помещении, где находилось 5 стационарных персональных компьютеров, к тому же в нашем распоряжении было пять наборов HUNA TOP, поэтому в группе мы разбились по парам.

Занимались мы только с 9:00 до 13:30, после чего ребята шли на обед, а потом у них начиналась богатая культурная программа.

День первый

Сначала мы просмотрели и обсудили видеозаписи с соревнований IYRC2014 и IYRC2015. В отличие от популярных у нас соревнований WRO, роботы в заданиях IYRC в основном не автономные, а с дистанционным управлением. Только в старшей группе имеется задание для автономных роботов.

Первый час мы сравнивали HUNA TOP с известными наборами LEGO Mindstorms NXT2.0 и EV3 (сравнение выше).

В качестве задания с особенностями соединений деталей было предложено собрать модель гоночного автомобиля.

К концу первого дня все пары уже собрали робота и управляли им с инфракрасного пульта ДУ. Программа в контроллере «по-умолчанию» позволяла ездить вперед-назад, но без поворотов.

Установили на ПК систему программирования MRT RUS и три пары ребят изменили программу управления двигателями, добавив повороты гоночного автомобиля по кнопкам с пульта ДУ.

День второй

Сразу же соревнования между парами. Задача стояла так: используя собранные модели гоночных автомобилей, изменить программу робота и конструкцию так, чтобы управляя роботом через пульт ДУ, расставить за наименьшее время 4 предмета (банки 0,3л из-под газировки) из центрального круга по углам поля. Поле мы использовали от WRO2014 «Спутник». Потом добавили еще два бонусных предмета — кубики. Баллы считали так: 25 баллов за стоящую в углу банку, 10 баллов за лежащую в углу банку, 50 баллов за кубик, точно поставленный в перекрестье линий и за экономию времени баллы = 120 — затраченные секунды. В последнем случае при выполнении долше двух минут получался даже штраф. Предоставлялось три попытки для каждой команды, а лучшая шла в зачет.

Ребята справились все, но конечно, появились и лидеры. Соревнования безусловно подпитывали мотивацию, поэтому все остальные дни заканчивались соревнованиями.

День третий

Чтобы ребята разобрались с программным управлением серводвигателями мы изменили правила так, что теперь предметы нужно было из углов собрать в центральный круг. Но без манипуляторов захватить предметы из углов мешали бортики поля, поэтому ребята быстро изменили конструкцию роботов, установив манипуляторы с серводвигателями и запрограммировав их повороты с дополнительных клавиш на пульте ДУ. Кстати, система программирования MRT RUS оказалась очень удобной, т.к. легко позволяет программировать в двух режимах: графическом и текстовом на языке Си,- переключаясь между ними одним кликом. Об этом нужно будет рассказать подробнее в отдельном посте.

День четвертый

Решили играть в РобоФутбол с дистанционным управлением роботов. Выяснили, что инфракрасные пульты ДУ и контроллеры HUNA TOP могут настраиваться на 8 независимых каналов, что позволяло «развести» одновременное управление разными роботами.

Мяч для футбола взяли пластиковый от LEGO-набора, а поле использовали стандартное от РобоФутбола WRO GEN II.

Ребята слегка модернизировали своих роботов, удалив манипуляторы, чтобы соблюсти правило «робот может захватывать мяч своими деталями не более чем на 2 см», но сделав выступы, чтобы удобнее удерживать мяч во время игры, и круговую защиту-броню, РобоФутбол ведь спорт контактный и неизбежны столкновения.

Играли альянсами, с ротацией команд, то есть — каждый раз в альянсе команды менялись и соперники прошлой игры могли стать союзниками в следующей.

Игра РобоФутбол очень азартная, поэтому день пролетел незаметно. Все получили колоссальное удовольствие.

День пятый

Приступили к подготовке роботов к новой игре «Захват флага». Возможно, коллеги знают, что в компьютерных играх Quake и Open Arena есть командный режим Team Fortes, в котором выигрывает команда с более слаженными действиями, сумевшая захватить и принести больше флагов соперников, защищая от захвата свой флаг. Ребятам идея игры понравилась. В качестве флагов мы использовали цилиндры синего и красного цветов. Здесь для успеха парам потребовались и манипуляторы, и пульты ДУ. К тому же одна из групп ШОРТ2015, занимающихся на LEGO захотела поиграть в эту же игру с группой HUNA TOP.

Играли альянсами по три робота, причем смешанными: на одной базе могли быть роботы и из HUNA TOP и из LEGO NXT2.0. Соревнования контактные, роботы могут нападать друг на друга и стараться вытолкнуть соперника с поля, чтобы беспрепятственно захватить флаг и доставить на свою базу — квадрат 40х40см, где расположен собственный флаг. Игры проходили не менее азартно, чем в РобоФутбол, более того, борьба на поле, накал страстей, возгласы болельщиков из числа вожатых и участников других групп, заглянувших к нам «на шумок», подсказали нам идею провести «чистые бои» «HUNA TOP vs LEGO», которые мы запланировали на следующий день.

День шестой

Половину учебного дня мы выясняли, кто же сильнее: роботы HUNA TOP или роботы LEGO? Преимущество роботов NUNA TOP заключалось в более высокой маневренности и скорости передвижений, но двигатели их слабее, а значит в силовой борьбе роботы LEGO имели фору. Тем не менее итоговая победа команды «HUNA TOP» над «LEGO» со счетом 7:4, хоть и незначительно, но показала некоторое преимущество данных роботов.

Остаток дня мы посвятили проблеме автономного программирования роботов HUNA для классической задачи — движению по черной линии. Три пары из пяти успешно справились с этой задачей.

День седьмой

Итоговые соревнования, которые в ШОРТ стали традиционными, позволяют ребятам продемонстрировать свои успехи, сравнить свои достижения со сверстниками. В группе HUNA TOP мы использовали упрощенное задание из регламента «Hello, Robot! ARDUINO Биатлон». Робот, двигаясь по черной линии, зарабатывает бонусные баллы за сбитые банки и доставку одной банки на финиш. Из четырех пар ребят (одна пара закончила пребывание в ШОРТ на день раньше других) две успешно справились с заданием и боролись между собой за секунды. Одна пара добилась движения робота по линии, но робот сходил с трассы на поворотах. Четвертая пара не успела доработать алгоритм, отвлекаясь на общение со сверстниками через интернет.

Фотоальбом группы HUNATOP на ШОРТ2015.

Источник: edugalaxy.intel.ru, edugalaxy.intel.ru, edugalaxy.intel.ru.

Читайте также:

• Обзор наборов HUNA-MRT (Роботорек).
• Почему LEGO доминирует.
• LEGO: больше чем конструктор.
• Результаты сравнительного анализа и обзора робототехнических конструкторов, который провел Центр педагогического мастерства Москвы. В обзор вошли наборы от таких производителей как LEGO, Fischertechnik, VEX, ТРИК, ScratchDuino, Huna-MRT, RoboRobo и Амперки.

Теги: headline, huna-mrt, материалы Образовательной галактики Интел, обзор, сравнение