РобоРовер М1 Education: обзор образовательного робота из Беларуси
РобоРовер М1 Education — образовательный набор для изучения программирования и робототехники школьниками и студентами. Автор проекта Максим Массальский рассказывает об особенностях набора и истории его появления.
Это не просто поделка, каких тысячи, а полноценный и готовый продукт, который разрабатывался мной с 2016 по 2017 годы, когда я учился в Белорусском национальном техническом университете.
На данный момент робот РобоРовер М1 Education внедрен в пяти высших учебных заведениях Беларуси, а также в десяти учреждениях дополнительного образования детей и молодежи.
При проектировании робота целью было создать устройство, которое бы помогало пользователю изучать программирование и робототехнику на практике. Видя, как много на российском и белорусском рынке Lego-роботов, а также откровенно слабых разработок местных компаний, которые брали не продуктом, а маркетингом, я решил, что необходимо вложить все знания и опыт в образовательного робота РобоРовер М1.
РобоРовер М1 не является конструктором. РобоРовер — полностью законченное устройство в виде миниатюрной машинки, которая оснащена набором датчиков и современным микрокомпьютером. РобоРовер М1 Education — это четырехколесный образовательный робот для практического и нескучного изучения программирования, робототехники и электроники. Робот поставляется полностью собранным и настроенным для работы. В комплекте с ним поставляется все необходимое для первого запуска: инструкция, аккумулятор, зарядное устройство, отвертка, мини-поле для движения по линии.
Робот имеет небольшие размеры, что удобно для комфортной работы учеников. Он оснащен двумя оптическими датчиками расстояния Sharp, тремя датчиками линии, одним ультразвуковым датчиком расстояния, установленным на поворотном сервоприводе.
В качестве мозга робота используется мощный микрокомпьютер Intel Curie размером с пуговицу! Микрокомпьютер установлен на отладочной плате Arduino 101. Такой микрокомпьютер не используется пока ни в одном серийном образовательном роботе. В дополнение к возможностям Arduino Uno в микрокомпьютере размером с пуговицу Intel Curie, который расположен на плате Arduino 101, содержится MEMS — 6-ти осевой акселерометр-гироскоп фирмы Bosch, Bluetooth LE, нейроморфный процессор с аппаратно реализованными 128-ю нейронами, контроллер зарядного устройства для внешнего аккумулятора и 32 битный процессор Quark SE C1000.
Главной особенностью платы Arduino 101 является наличие нейроморфного процессора в Intel Curie. В микрокомпьютере Intel Curie аппаратно реализованы 128 нейронов для построения самообучаемых алгоритмов на базе нейронных сетей.
Естественно, сам робот и его начинка – это всего лишь 10% от самого продукта, хотя многие разработчики образовательных решений по робототехнике на этом и останавливаются. Продукт должен быть комплексным — с экосистемой вокруг. И я думаю, что у меня это получилось сделать.
К роботу я разработал графическую среду программирования под названием РоверБлок. В программе используются блоки, каждый из которых отвечает за считывание показаний с определенного датчика или за действие электродвигателя или сервопривода. Программа РоверБлок работает в паре с Arduino IDE, чтобы загружать программу на плату Arduino 101. Среда программирования РоверБлок принципом работы похожа на популярную программу Scratch. Для создания блоков используется библиотека Google Blockly.
Главный плюс РоверБлок – это то, что в соседнем окне рядом с программой из блоков одновременно генерируется текстовая программа на языке Ардуино. Ученик копирует сгенерированный код в программу Arduino IDE. Т.е. ученик, создавая программу из блоков, начинает присматриваться и изучать эту же программу, но в текстовом виде, а также использует программу Ардуино при загрузке кода в робота. Такая методика уже доказала свою эффективность.
Я преподавал язык Scratch полгода для детей 10-12 лет в одном из минских кружков, после чего в следующем полугодии дети начали заниматься программированием РобоРовер М1 при помощи РоверБлок (к сожалению более старшей группы у меня не было, но дети были очень талантливые). Естественно, что я им не преподавал основы Ардуино, но блоки мы изучали на каждом занятии и программировали роботов РобоРовер. Уже на пятом занятии некоторые ученики начали находить взаимосвязь между блоками и текстовым языком Ардуино. Они начинали менять программу не в блоках, а прямо в программе Ардуино. Я не учил их Ардуино, но получилось так, что через РоверБлок дети сами стали учить язык Ардуино. Естественно, что сложные операторы ветвления или циклы дети продолжали создавать через блоки, но простые команды им стало под силу менять напрямую в коде. Программа РоверБлок работает под Windows, Mac и Linux.
Книга
К сожалению, когда я проводил занятия, у меня не было полноценной книги по изучению и программированию моего робота РобоРовер М1. Были лишь уроки. Их я совместил и создал полноценную книгу под названием «Книга Новичка 2 или освоение образовательного робота РобоРовер М1 Education». Это уже моя вторая книга. С первой книгой «Книга новичка или освоение образовательного набора по электронике и программированию Набор Роботов А1» можно ознакомиться по ссылке.
Книга родилась последней, когда стало ясно, что для внедрения робота в образовательный процесс нужно пособие как учителю (преподавателю) так и ученику (студенту). Я собрал все свои наработки и за две недели, включая изучение программы для верстки книг, написал книгу. Это было очень не просто, но я справился и могу теперь верстать журналы и книги, что тоже важно для опыта разработчика образовательных решений по робототехнике.
«Книга новичка 2» разделена на две части: теория и практика. В теоретической части рассказывается про программу РоверБлок, ее установку, подключение к Ардуино IDE, принципы построения программ в РоверБлок, взаимосвязь блоков с кодом Ардуино.
Во второй части по урокам разбито изучение робота. Получилось 8 уроков. На каждый урок в среднем тратится 3-4 академических часа.
Возьмем первый урок. В первом уроке рассказывается, как управлять движением робота, по какому принципу двигается РобоРовер М1, как поворачивать и т.д. Далее рассказывается, какие блоки отвечают за движение робота, а рядом с блоками показана их интерпретация на языке Ардуино. После чего прилагаются простые примеры программ, их блок-схемы, дополнительные знания по уроку, контрольные вопросы и домашнее задание. Так построены все 8 уроков.
При написании книги я стремился, чтобы ученик прочитал книгу дважды, сначала осваивая и программируя робота РобоРовер М1 через блоки в РоверБлок, а потом начал учиться по книге, программируя робота напрямую через Arduino IDE. Конечно же, я даже код Ардуино упростил, ученик оперирует объектами классов. Все методы скрыты от его глаз в библиотеки, т.к. все равно школьнику было бы сложно разобраться в большом количестве строк кода, он к этому придет, но чуть позже, когда станет старше.
Для студентов есть все программы к роботу, где ничего не скрыто и можно докапываться до самого низкого уровня программирования робота РобоРовер М1 и переписывать все что угодно, начиная от принципа обработки данных с инфракрасных датчиков и заканчивая построением самообучающихся алгоритмов на базе нейроморфного процессора в Intel Curie, в котором реализовано аппаратно 128 нейронов. Также студенты могут использовать 6-ти осевой акселерометр-гироскоп для создания инерциальной навигации робота. Возможности робота получились впечатляющие!
Соревнования
Я создал соревнования для роботов в виде гонок по замкнутой кольцевой трассе, в которых могли бы участвовать только роботы РобоРовер М1. Цель — и роботов разрекламировать, и дать возможность всем желающим попробовать свои силы в написании программы для мобильного робота. Соревнования получили название CodeWheels!
CodeWheels –это гонки беспилотных роботов-автомоделей по кольцевому треку. Участники-игроки учатся программировать беспилотники. Все участники программируют одинаковых роботов РобоРовер М1, которые выдает компания МРобот перед началом соревнований каждой команде. Робот, который в финальном заезде наберет больше кругов, выигрывает соревнования.
Проект находится в программе Intel Software Innovator Program по ссылке. Участники соревнований и все желающие должны кликнуть Follow и Join Project, чтобы поддержать развитие данных соревнований-игр CodeWheels! Буду очень признателен, если вы так поступите.
Миссия CodeWheels – привлечь программистов, студентов, школьников, инженеров, энтузиастов и мейкеров к программированию беспилотных транспортных средств, используя для этого колесных мини-роботов, которые управляются процессорами Intel. Через соревнования CodeWheels ИТ-компании и крупные автомобилестроительные концерны могут находить новых и перспективных сотрудников. Преимущество соревнований CodeWheels – 99% кода и 1% техники. Участникам не надо покупать и разрабатывать роботов. Каждый участник получает перед соревнованиями робота РобоРовер М1 и все необходимое ПО для разработки кода. Только код решает!
Дебют соревнований состоялся на фестивале по робототехнике РобоФест-Беларусь 2016.
На удивление мы смогли найти 11 команд студентов и 1 команду из ИТ-компании. Отчет про первые соревнования вы можете прочесть здесь. С сентября 2016 года мы провели 5 таких соревнований CodeWheels и таким образом сделали уникальное событие для Беларуси. Пока все программируют иностранных лего-роботов, мы продвигаем свое отечественное решение и не собираемся останавливаться на достигнутом.
Я вижу, что сейчас образовательная робототехника как никогда на пике, и важно создавать качественные продукты, чтобы, если не конкурировать с решениями от ЛЕГО, то хотя бы создавать альтернативу тому развитию, которое навязывает датская компания.
Разрабатывая этот проект, я получил богатый опыт и горжусь, что смог вывести свое собственное решение на рынок образовательных решений по робототехнике Беларуси, а на следующей неделе первые партии роботов отправятся в Россию.
За мной и моей командой не стояло никаких денег и инвесторов, мы хотели сделать альтернативный отечественный продукт, дать рынку и потребителям свое видение развития образовательной робототехники для школьников с 14 лет и студентов вузов. Уже полгода более 50 роботов используются в Беларуси в учреждениях образования и можно с гордостью и уверенностью сказать, что продукт действительно получился качественным и конкурентоспособным в своей нише. Мы получили массу опыта, который сейчас используем для создания робототехнического образовательного устройства, которое возможно вывести на мировой рынок.
Приятным бонусом стало то, что образовательный робот РобоРовер М1 являлся моей дипломной работой в университете, которую я защитил на 10 и отлично окончил университет. У меня есть команда, которая помогает мне (это 3 человека), но само проектирование робота, разработка ПО, написание книги, разработка упаковки для робота, рекламные тексты и листовки полностью легла на мои плечи. Вот что может сделать обычный студент, когда есть огромное желание создать устройство, чтобы повлиять на состояние отечественной робототехники и не только!
