19Май

Как сделать простого робота своими руками: Как сделать робота своими руками в домашних условиях

Содержание

Как сделать робота своими руками в домашних условиях?

Компания Google осуществила детскую мечту многих людей и создала конструктор, из которого можно самостоятельно собрать робота. Причем речь идет не о безделушке с мотором и парой лампочек, потому что при должном старании конструктор будет обладать чем-то вроде искусственного интеллекта. Корпус робота можно сделать из бумаги, причем схема доступна бесплатно и ее нужно просто распечатать, вырезать и собрать. На начальном этапе программировать тоже не нужно, потому что исходный код тоже можно скачать. Правда для робота нужно будет купить «мозг» и специальное устройство, чтобы он мог обучаться новым командам. Выглядит так, что сборка робота займет много времени, но компания позиционирует свой конструктор как нечто простое и быстрое в освоении. Давайте изучим новую идею Google и выясним, насколько это правда?

Робот ALTO, которого можно собрать самому

Робот с искусственным интеллектом своими руками

Конструктор был представлен подразделением Google Creative Lab. Робот называется ALTO, что является сокращением от «A Little Teachable Object» (маленький обучаемый объект). Проект создан для того, чтобы люди смогли собрать робота на дому и получили базовые знания о машинном обучении. Машинным обучением называется умение искусственного интеллекта самостоятельно вырабатывать навыки выполнения новых задач. В ходе сборки робота ALTO, люди должны понять, как научить робота самостоятельно понимать и выполнять задачи. По крайней мере, компания Google на это надеется.




Интересный факт: ученые уверены, что в будущем большую часть ручного труда будут выполнять роботы. Чтобы не остаться без работы, людям необходимо уже сейчас изучать программирование, ведь роботами должен кто-то управлять. Так что знать, что такое машинное обучение и как оно работает, важно всем. И робот ALTO, возможно, сможет быстро ознакомить людей с этой темой.

Схема для создания корпуса робота из бумаги и исходный код программы для его работы можно найти на сайте Experiments with Google (кнопка Get the code). Но это еще не все, потому что для создания робота нужна электроника, которую нужно купить:

  • Coral USB Accelerator — это устройство, которое включает в себя процессор Edge TPU. Он нужен для того, чтобы робот обладал способностью к машинному обучению. Его можно купить на Aliexpress;
  • Raspberry Pi 4 — небольшой компьютер размером с банковскую карту. К нему можно будет подключить камеру, динамики и прочее оборудование, нужное для робота. Он тоже есть на Aliexpress.

Coral USB Accelerator и Raspberry Pi 4

Знаете ли вы, что роботов можно создавать даже изо льда? Посмотреть на такого робота можно по этой ссылке.

Программирование робота

Для обучения робота нужно будет использовать платформу TensorFlow, которая включает в себя инструменты для тренировки нейронных сетей (можно сказать, для создания искусственного интеллекта). Звучит сложно, да и цена устройства Coral USB Accelerator и компьютера Raspberry Pi 4 может озадачить. Но ведь речь идет о достаточно серьезном устройстве, в ходе создания которого человек получает навыки, которые могут пригодиться ему в высокотехнологичном будущем. Знание английского тоже обязательно, потому что инструкция по сборке робота ALTO и его настройке выложены на GitHub и не переведены на русский.

Робот ALTO может распознавать предметы и многое другое — главное, научить его этому

Представители Google считают, что робота можно научить выполнению самых разных задач. Самая простая из них — распознавание предметов. Если перед камерой робота поставить яблоко, он может поднять левую руку. А если поставить банан — правую. Это только самые банальные примеры, а на деле, полученные в ходе сборки робота знания, должны помочь в создании более навороченных устройств. Глядишь, кто-нибудь сможет даже разработать собственный робот-пылесос или создать охранную систему с распознаванием лиц.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Многие люди ассоциируют будущее именно с роботами. Считается, что когда-нибудь они смогут ходить по улицам наравне с людьми и это будет вполне привычным явлением. На данный момент на улицах можно встретить разве что роботов-курьеров, и то редко. Одного из самых интересных роботов для доставки посылок недавно представила компания Hyundai. Он стал очень обсуждаемым — в чем заключается его главная особенность, можно почитать в этом материале.

Делаем самого простого робота своими руками

Сделать самый простой робот под силу даже тем, кто только взял в руки паяльник.

Преимущественно наш робот (в зависимости от конструкции) будет бегать на свет либо наоборот убегать от него, бежать вперед в поисках луча света или же пятиться как крот назад.

Для нашего будущего «искусственного интеллекта» понадобятся:

  1. Микросхема L293D
  2. Маленький электромотор М1 (его можно вытащить из игрушечных автомобилей)
  3. Фототранзистор  и резистор с номиналом 200 Ом.
  4. Провода, батарейка и, конечно же, сама платформа, где это все будет размещаться.

Если в конструкцию добавить еще парочку ярких светодиодов, то легко можно добиться, того, что робот просто будет бегать за рукой или даже  следовать по светлой или темной линии. Наше создание будет типичным представителем роботов класса BEAM. Принцип поведения таких роботов заключается на «фоторецепции», то есть свет, в данном случае, будет выступать в качестве источника информации.

Наш робот будет двигаться вперед, при попадании на него луча света. Такое поведение устройства называется «фотокинезисом» – ненаправленное увеличение или уменьшение подвижности в ответ на изменение уровня освещенности.

В нашем устройстве, как было сказано выше, использовался фототранзистор n-p-n структуры – PTR-1 в качестве фотосенсора. Здесь можно использовать не только фототранзистор, но и фоторезистор или фотодиод, так как принцип работы у всех элементов одинаковый.

На рисунке сразу приведена монтажная схема робота. Если Вы еще не достаточно хорошо знакомы с техническими условными обозначениями, то, здесь исходя из этой схемы, несложно будет понять принципы обозначения и подсоединения элементов друг к другу.

GND. Провода, соединяющие различные элементы схемы с «землей» (отрицательный полюс источника питания), обычно на схемах не отображают полностью. Вместо этого рисуют маленькую черточку, обозначающую соединение с «землей». Иногда, рядом с черточкой пишут «GND» – от анг. слова «ground» – земля.

Vcc. Данное обозначение показывает, что через эту часть схема соединена с источником питания – Положительный полюс! Иногда на схемах вместо этих букв часто пишут номинал тока. В данном случае +5V.

Принцип действия робота.

При попадании на фототранзистор (на схеме он указан как PRT1) луча света, на выходе микросхемы INPUT1 появляется положительный сигнал, который заставляет мотор М1 – работать. И наоборот, когда луч света перестает освещать фототранзистор – сигнал на выходе микросхемы INPUT1 исчезает, следовательно, и мотор останавливается.

Резистор R1 в данной схеме предназначен компенсации, проходящего тока через фототранзистор. Номинал резистора 200 Ом – конечно можно сюда припаять   резисторы и  с другими показателями номиналов, но следует помнить, что от номинала будет зависеть чувствительность фототранзистора, а значит и работоспособность самого робота.

Если номинал резистора будет большим, то робот станет реагировать только на очень яркий луч света, а если небольшим – то и чувствительность будет намного выше.

Коротко говоря – не следует использовать в данной схеме резисторы с сопротивлением менее 100 Ом, иначе фототранзистор может просто-напросто перегреться и выйти из строя.

В общем, пища для размышления вам дана. Обратите внимание на схему самой микросхемы. Здесь четко изображены все входы и выходы сигналов. Комбинируя способы подключения моторчика и фоторезистора, вы легко можете изменять поведение этого робота. Более подробно о роботах можно узнать у нашего друга modelist-konstruktor.com


Как сделать самого простого робота

Этот раздел сайта посвящен пошаговым инструкциям с фото и видео по созданию простых роботов их подручных материалов в домашних условиях. Как сделать простейшего beam робота или виброробота своими руками, схемы роботов для начинающих робототехников, основы и уроки робототехники для начинающих. Самый простой робот своими руками, как сделать простого робота в домашних условиях, поэтапные пошаговые схемы по сборке простейших beam бим и вибро роботов. Создание простого робота для детей или начинающих робототехников. Уроки робототехники для начинающих о том, как сделать очень простого робота дома в домашних условиях:. В этой инструкции показано как сделать подводный дрон из пвх труб с управлением с помощью пульта и с видеокамерой на борту.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как сделать простого робота в домашних условиях, даже без батарейки

Как сделать домашнего робота своими руками


Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер. В гостях у Самоделкина! Роботом, следующим по линии или выполняющим иной несложный алгоритм, давно никого не удивишь. Если, конечно, он не настолько миниатюрен, как эти три самоделки автора Hackaday.

Здравствуйте, уважаемые читатели и самоделкины! Конечно, многие из Вас интересуются робототехникой. Приветствую всех читателей. Немного о том зачем нужен этот. Многим детям нравятся всякие бегающие и двигающиеся игрушки. Доставка новых самоделок на почту Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи! Всем доброго времени суток дорогие друзья! В сегодняшней статье я бы вам хотел показать довольно интересную идею самоделки, которую сможет сделать практически любой, кто хоть немного занимался.

Я вас приветствую читатели и самоделкины. Сегодня автор Instructables под ником Techgenie рассказал о втором варианте своей робозмеи , где электроника есть. И привёл ссылку на первый, в котором её нет — только электрика. Он элегантнее, о нём. В сегодняшней статье я бы вам хотел показать и рассказать об довольно занятной идее самоделки.

Данная самоделка неплохо подходит для дома, гаража с гладкими. Vadim Chubarov Роботы , 20 Рейтинг: 9. Механический таракан — это конструкция, которая весьма популярна среди любителей мастерить своими руками. Такие механические тараканы — прекрасный способ вызвать интерес к творчеству среди. Добрый день, продолжаем изготавливать роботов и игрушки.

Сегодня на очереди модификация моей модели танчика. Инструкцию по изготовлению, которого можно прочитать здесь Суть модификации — в изменении. Tankist Роботы , 12 Рейтинг: 8. The Wrench собрал простого шагающего робота-игрушку. Сейчас посмотрим как он это сделал.

Для того чтобы сделать робота нам понадобится: 1. Фанера 2. Стальная проволока 3. Автор Instructables под ником droiddexter сделал довольно сложную самодвижущуюся модель. Это робот, которым можно управлять с ноутбука. Для управления перемещением платформы используется клавиатура,.

Добрый день, на этот раз я хочу поделится инструкцией по изготовления модели тяжелого погрузчика из Lego. Электрификация как обычно — Arduino. Приветствую, Самоделкины! Сегодня мы с вами сделаем маленькую машинку на радиоуправлении причем не просто машинку, а самый настоящий шпионский девайс. Автором данной самоделки является AlexGyver. Загрузить еще. Товары для самоделок. Цена: Выжигатель по дереву AliExpress. Тонкая и недорогая светодиодная трубка длиной 10 м AliExpress. Удобные зажимы-клиппсы для измерительных приборов AliExpress.

Набор проводов в силиконовой изоляции AliExpress. Привет, Гость! Зарегистрируйтесь Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы Войти Добавьте самоделку Добавьте тему. Онлайн чат Открыть чат. Популярные самоделки. Простое в изготовлении приспособление для гибки металлических изделий. Печь Булерьян своими руками. Разметочный рейсмус-циркуль. Последние комментарии Все комментарии. Новые самоделки на почту.


Делаем самого простого робота своими руками

Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер. В гостях у Самоделкина!

Для того,чтобы сделать такого простого робота своими руками Советуем начинать с изготовления самого наипростейшего робота.

ПРОСТЕЙШИЙ РОБОТ НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ

Для самого простого робота будет достаточно конструктора Lego. Здесь нет ничего смешного при должной усидчивости, можно собрать очень не плохой экземпляр. Для роботизированной техники, уровня японской собаки Айбо, понадобится не мало знаний и железо, пластик, микросхемы, провода, пара лампочек и динамик, а также шарниры и навыки управления с паяльником, чтобы собрать все это воедино и заставить работать. Для образца, который стоит на обложке вопроса, понадобится программа 3Ds max, так как других вариантов производства, такого образца я не вижу. Для начала нужно определить, что такое «робот». Потом определиться с термином «простой» понятный, недорогой, простой в изготовлении. Многие простые вещи сделать сложнее, чем сложные. Моя лента Новые Топ. Поиск Задать вопрос Войти.

Как сделать робота из ЛЕГО?

Многие из тех, кто имеет дело с вычислительной техникой, мечтают собрать своего робота. Хотят, чтобы это устройство выполняло какие-то обязанности по дому, к примеру: приносило пиво. И сразу берутся за создание наисложнейшего робота, однако зачастую быстро разочаровываются в результатах. Своего первого робота, который должен был делать уйму всего, мы так и не довели до ума. Поэтому лучше начинать с простого, постепенно усложняя своего зверя.

Вашему вниманию представлены удивительные Видео и Интересные фото, Интересные статьи, развлекательная рубрика Сегодня пятница, разделы Оптические иллюзии и Игры головоломки. Навалилась апатия или стресс?

Простой робот из подручных средств

Такие механические тараканы — прекрасный способ вызвать интерес к творчеству среди подрастающего поколения. Его походка очень схожа с настоящим тараканом. При ходьбе немного раскачивается шагая уверенно вперед. Таракан имеет минимум сложных деталей и очень прост в изготовлении. Просмотров: Дата: Идея сборки этого робота возникла давно, стандартная модель робота использует для передвижения от двух моторов и более.

«Я хочу сделать робота, который сможет кормить моего кота»

Эти роботы дадут тебе возможность в полной мере познакомиться с серией EV3. В комплекте идут инструкция по сборке, задания для программирования и инструмент программирования, собранные в новом приложении EV3 Programmer. Новичкам в создании роботов рекомендуется начинать с этой. Как хранить наборы Лего и готовые поделки?. Далее мы расскажем и покажем вам как из подручных материалов можно сделать настоящих это не шутка роботов. Мы дадим вам наглядные примеры, посмотрев на которые вы сможете в дальнейшем создавать и свои , более грандиозные проекты. Ну что, поехали.

Как сделать робота в домашних условиях. робототехники и электроники, так как позволяет вести освоение шаг за шагом, от простого к сложному.

Как сделать простого робота для езды по линии

Ребенок мечтает сделать робота из ЛЕГО? Когда речь заходит о том, чтобы самостоятельно построить робота из ЛЕГО, помните об ожиданиях. В интернете множество видео с роботами из LEGO. Конечно дело не в размере и количестве использованных ЛЕГО-кирпичиков.

Делаем самого простого робота своими руками

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК Я СОЗДАЛ БОЛЕЕ 30 РОБОТОВ — Творчество PollmixaN, Часть 1

Сделать самый простой робот под силу даже тем, кто только взял в руки паяльник. Преимущественно наш робот в зависимости от конструкции будет бегать на свет либо наоборот убегать от него, бежать вперед в поисках луча света или же пятиться как крот назад. Провода, батарейка и, конечно же, сама платформа, где это все будет размещаться. Наше создание будет типичным представителем роботов класса BEAM. Наш робот будет двигаться вперед, при попадании на него луча света. В нашем устройстве, как было сказано выше, использовался фототранзистор n-p-n структуры — PTR-1 в качестве фотосенсора.

Сделать робота можно, используя лишь одну микросхему драйвера моторов и пару фотоэлементов.

Как сделать простейшего робота — Vibrobot

Как сделать робота своими руками и может ли с этой работой справиться новичок? Не для кого не секрет,что ежегодно увеличивается количество инвестиций в сферу робототехники,создаются много новых поколений роботов,с развитием технологий производства появляются новые возможности создания и применения роботов,а талантливые мастера-самоучки продолжают удивлять мир своими новыми изобретениями в сфере робототехники. Но как сделать робота своими руками,если нет абсолютно никакого опыта в сфере робототехники? Сегодня не трудно найти в интернете схемы с подробным описанием этапов изготовления мини-роботов,умеющих реагировать на источники освещения и препятствия. Встроенные фотосенсоры реагируют на свет и направляются к источнику,а датчики распознают препятствие на пути и робот меняет направление движения.

Один робот добывает для полярников питьевую воду, другой выращивает растения без земли. Вероятно, искусственный интеллект сможет заменить переводчиков, водителей, работников кадровых агентств. Появится больше компаний, разрабатывающих программное обеспечение. Так что это может пригодиться любому современному школьнику.


Хочу стать инженером и собрать робота. У меня получится? — Нож

Что мне потребуется?

В первую очередь — микроконтроллер. Он станет мозгом будущего робота. Можно сказать, что микроконтроллер — это крошечный компьютер, размещенный на одной микросхеме. У него есть процессор, оперативная и постоянная память и даже периферийные устройства: интерфейсы ввода и вывода данных, различные таймеры, передатчики, приспособления, которые инициируют работу двигателей. Набор устройств зависит от конкретной модели. Именно микроконтроллер будет получать информацию от внешнего мира через датчики движения, фотокамеры и прочие приспособления, анализировать ее и побуждать робота совершать в ответ какие-то действия.

Микроконтроллер нужно будет установить на печатную плату, запитать его, подсоединить все необходимые устройства (датчики, лампочки, двигатели), а еще собрать из подручных материалов корпус робота. Все детали, которые для этого нужны, можно купить в любом магазине радиотехники.

Если у вас нет профильного образования или опытного наставника, который подробно объяснит, что именно и в какой последовательности устанавливать (и как пользоваться паяльником!), готовьтесь к долгой и кропотливой работе: придется перерыть интернет вдоль и поперек и испортить множество деталей.

Я в ужасе и собираюсь передумать. Нельзя попроще?

Можно. Специально для тех, кто никогда не держал в руках паяльник, но очень хочет попробовать себя в робототехнике, существуют специальные наборы-конструкторы, позволяющие сделать всё то же самое, но быстрее. Самый известный и популярный — Arduino. Его главное преимущество в том, что это не просто игрушка, а целая экосистема: множество обучающих материалов и инструкций, видеокурсы, огромное пользовательское комьюнити — можно задать любой вопрос от новичкового до самого продвинутого. Есть и другие платформы — например, совсем простой конструктор Mindstorms от Lego.

Составы наборов могут быть очень разными, но в каждом есть готовая печатная плата с уже установленным микроконтроллером и всеми дополнительными деталями, которые нужны для решения простых типовых задач. Обычно плату можно напрямую подключить к компьютеру через USB. А дальше среда разработки от производителя поможет сразу же сделать первые шаги в программировании роботов. Например, заставить мигать лампочку на плате.

Теперь всё зависит от вас. Можно, используя готовую плату, реализовать собственный несложный проект: например, сделать машинку, которая движется и останавливается по команде, или гирлянду для новогодней елки. Можно купить набор, уже включающий в себя всё, что нужно для постройки робота определенного типа, и потренироваться на нем. Плюс этого варианта: все детали в наборе подготовлены так, чтобы вы могли соединить их без паяльника или других инструментов.

Участники программы «Робототехника», которую поддерживает фонд Олега Дерипаски «Вольное дело», уже через несколько лет обучения могут создавать куда более сложные проекты и придумывают инженерные решения для самых разных задач. Например, разрабатывают системы для автоматической сортировки мусора. Если вам кажется, что всё это очень сложно, вы правы, но научиться этому может каждый.

У меня в школе была двойка по физике, и вообще я гуманитарий. Мне нужно что-то выучить, прежде чем приступать?

Штурмовать учебники необязательно. Конечно, школьная физика пригодилась бы, но если вы ее забыли, не переживайте — вспомните по ходу дела. Для начала просто погуглите, что такое ток, сопротивление, закон Ома, конденсатор, транзистор — пара десятков статей дадут вам базовые представления о радиотехнике, и этого хватит на первое время. Позже вы легко найдете в сети всю информацию, которая вам понадобится. И усвоите ее на практике — гораздо лучше, чем из учебника.

А программировать надо уметь?

Если умеете, создание первого робота окажется, возможно, даже слишком легким делом. Если не умеете — отличный повод научиться. Дело в том, что программирование робота — штука очень наглядная: вот вы написали код и сразу же загорелась лампочка. Вам нужно, чтобы ваш робот разворачивался, когда до стены осталось меньше 5 см, значит, в программе надо прописать такое условие, всё логично. Именно поэтому детей часто начинают учить программированию на примере робототехники: здесь вместо скучных абстракций сразу получается осязаемый результат в реальном мире. На этом принципе строится обучение по программе «Робототехника». Все участники сразу же могут применить полученные знания на практике.

Перед первой попыткой написать программу для робота достаточно разобраться, что такое цикл и условный оператор. Для тех, кому и это кажется слишком сложным, производители конструкторов часто предусматривают визуальные редакторы: там код вообще не нужно писать, всё настраивается перетаскиванием блоков мышкой. Конечно, никакого сложного функционала так не напрограммируешь, но это уже начало. Позже, если захотите заниматься робототехникой углубленно, полезно будет освоить язык С, который чаще всего используется в этой сфере.

Меня случайно не убьет током?

Нет. Если, конечно, вы не собираетесь начать сразу с постройки огромных промышленных роботов. Пока речь идет о небольших игрушках, сила тока и напряжение настолько малы, что даже если вас и ударит, то вы ничего не почувствуете. Самое страшное, что можно сотворить, конструируя маленького робота, — небольшой взрыв на столе. Но это случится, только если вы перепутаете «плюс» с «минусом» во время работы с электролитическим конденсатором.

Самая вероятная неприятность — некоторое количество испорченных деталей, которые вы попытаетесь подсоединить не так и не туда. Но переживать не стоит: все необходимые расходники недороги, а их поломка тоже важная часть обучения.

Мой робот сможет защитить меня от врагов? Ну или хотя бы тапочки принести?

Самый первый — вряд ли. Точнее, нет ничего невозможного, но для начала лучше поставить перед собой цель попроще. Например, на базе того же Arduino можно собрать самых разных движущихся роботов: они могут ездить просто вперед-назад, по сложной заданной траектории или по нарисованной линии. Робот, который самостоятельно объезжает препятствия или как-то еще меняет свое поведение при приближении к разным объектам, тоже посильная задача. Еще первый робот вполне сможет включать и выключать что-нибудь, ориентируясь на уровень освещенности, совершать какие-то действия в определенный момент, заданный таймером, или по нажатию кнопки.

Ну а в будущем, если продолжите заниматься робототехникой, сможете сделать и робота-помощника, и робота-охранника, который умеет стрелять. Еще можно собрать робот-пылесос собственной модели. В России и в мире постоянно проводятся соревнования по робототехнике, на которых роботы-участники сражаются, играют в футбол, участвуют в гонках и просто демонстрируют свои выдающиеся способности. Например, на «РобоФесте», который ежегодно организует фонд «Вольное дело», можно увидеть сотни разных роботов.

Умение собирать роботов как-то пригодится мне в жизни?

Да, еще как. Вы неизбежно научитесь программировать. Причем будете в состоянии не просто писать код, который что-то как-то делает, но и понимать всю цепочку, по которой набранные вами на клавиатуре символы преобразуются в действия целого механизма. Уметь программировать в наше время почти так же полезно, как знать английский язык: пригодится, даже если вы маркетолог или продавец мороженого.

Знание робототехники при желании позволит вам здорово усовершенствовать быт и даже сделать свое жилище «умным», не покупая дорогих готовых решений. Световой будильник? Запросто. Лампы с датчиками движения? Да легко. Чайник, который начинает кипятиться, получив СМС, и передает кондиционеру сигнал охлаждать, а пылесосу пылесосить? Не так легко, но вполне реализуемо.

Где можно узнать больше о роботах?

Можно пройти один из многочисленных, в том числе совершенно бесплатных онлайн-курсов. Можно выбрать курс, посвященный Arduino, — как, например, этот от МФТИ, или начать с Lego. А можно не привязываться к конкретной платформе и учиться робототехнике в целом — например, на этом курсе от Бауманки. Ну а если вы знаете английский, буквально вся Coursera с программами по робототехнике от ведущих мировых университетов к вашим услугам.

А если мне понравится и я захочу сделать это своей профессией? Куда податься?

Самое очевидное решение — в программисты. Причем не обязательно туда, где работают непосредственно с «железом»: навыки, полученные во время занятий робототехникой, пригодятся в любой сфере — от промышленного до веб-программирования.

Если возникнет желание связать свою дальнейшую судьбу именно с роботами, придется получить соответствующее высшее образование. Специальность «Робототехника и мехатроника» уже появилась во многих технических вузах — в Москве это МГТУ имени Баумана, МИФИ, МЭИ, МИРЭА. Подойдет и факультет радиотехники: большинство нынешних специалистов по робототехнике получали именно такое образование.

Специальный проект Фонда «Вольное дело» Дерипаски и Журнала «Нож» Партнерский материалФонд «Вольное дело»

Начать заниматься роботами должно быть просто / Хабр

Введение

Это руководство в первую очередь предназначено для тех, кто хочет начать заниматься программированием и созданием роботов, но не знает куда идти дальше после мигания светодиодами на Arduino.

Руководство в первую очередь применялось в небольших классах для любопытных детей, но вполне успешно может быть опробовано в домашних условиях в силу текущих событий в мире.

Итак, предлагаю собрать несложного, но почти живого робота, который будет приятно жужжать, сам решать свои движения и, надеюсь, принесёт тележку удовольствия тем, кто его будет собирать.

Интересно? Тогда начнём.

Возраст

Изначальная предполагаемая целевая аудитория — дети примерно 7-10 лет, но уверен, что это может быть интересно и детям в возрасте до 99 лет и старше.

От себя лично могу добавить, что при определённой помощи данный процесс удалось успешно донести и повторить в классе из десяти детей в возрасте примерно 5-6 лет, пусть и с некоторыми упрощениями и абстракциями. Детям понравилось и это главное.

По ходу статьи я добавлю замечания на случай того, если кто-то будет это собирать с ребёнком. На случай у кого будет желание попробовать это с группой детей, то советую попробовать с одним студентом для начала.

Полностью с нуля со всеми деталями можно собрать это примерно за 2-3 часа. Или чуть дольше если торопиться и что-то пойдёт не так.

Идея

Для первого материала был выбран простой вариант двухколёсного робота, который должен передвигаться по линии. Сенсорами будут два инфракрасных датчика, которые будут отслеживать траекторию.

Все детали должны быть доступны для покупки онлайн с возможностью подобрать альтернативные варианты.

Пайка нужна только один раз для припаивания проводов к моторам (два мотора по два провода на каждый = четыре точки для пайки).

Для простоты повторения и дальнейших экспериментов была выбрана платформа Arduino. Она хорошо подходит для простых прототипов и общего понимания.

Так же новичкам будет легче повторить и добавить что-то своё, благо порог вхождения достаточно низок.

Теория

Для общего понимания попробуем сравнить робота с чем-то более знакомым.

Наш робот очень похож на человеческий организм. По этой причине мы можем сравнить все его компоненты с разными органами человека.

Например, у человека есть органы осязания, которые получают информацию об окружающем мире вокруг.

Информация от глаз поступает в мозг, где происходит обработка.

Мозг получает эти сигналы, решает что надо делать и отдаёт команды ногам, которые ведут нас к чему-то интересному.

Устройство робота можно свести к трём основным узлам:

Сенсоры (Sense) — это сенсоры, которыми робот «видит» окружающий мир. В нашем случае — это глаза робота, которые смотрят на дорогу.

Мозг (Plan) — это та часть робота, которая получает информацию от сенсоров, обрабатывает и передаёт команды на исполняемые части.

Исполнители (Act) — эти части робота непосредственно выполняют действия по командам, которые были получены от мозга.

Sense-Plan-Act

Sense-Plan-Act является уже устаревшей формулировкой, но в данном упрощённом варианте она вполне неплохо объясняет эти простые принципы.

Если это перевести на нашего робота, то получится такое:

Глаза робота — это сенсоры, которые «видят» происходящее перед роботом. В нашем случае глаза смотрят на дорогу.

Мозг робота — это маленький компьютер, которые получает информацию от глаз, решает как на неё реагировать и отдаёт команды мышцам.

Мышцы робота — это драйвер моторов, который получает и усиляет сигнал от мозга и крутит колёса в нужном направлении.

Ноги робота — это как раз наши колёса, которые везут робота навстречу новым приключениям.

Так как сигналы мозга слабы для подачи команды нашим ногам, у нас есть мышцы, которые принимают сигналы от мозга, усиляют их, а потом передают движение ногам.
В нашем случае «Исполнители» — это мышцы+ноги.

Упрощённо полный путь сигнала можно представить в виде: глаза -> мозг -> мышцы -> ноги.

Соединительные провода — это нервная система робота, по которой приходят сигналы к мозгу и отправляются команды другим органам. Про нервную систему детям я обычно рассказываю на моменте сборки.

Реализация

Теперь попробуем нашу теорию претворить в жизнь.

Как с любой сложной задачей надо правильно разбить её на несколько простых маленьких задачек.

Весь проект для упрощения разделим на две части: программная и железная.

При повторении проще начать с программной части. В этом случае «мозг» уже будет заранее готов для конечной сборки.

Программная часть


Алгоритм

Алгоритм до безобразия прост.

У робота впереди стоят два сенсора, которые «смотрят» на дорогу. Сенсоры могут различать светлое и тёмное по тому как отражается свет от поверхности.
Дорога выполнена в виде тёмной полосы, по которой робот едет.
Если оба сенсора видят светлое — значит, мы идём по дороге, так как наша тёмная дорога проходит ровно между сенсорами.
Когда один сенсор видит тёмное, то дорога ушла вбок и мы делаем поворот — колесо со стороны этого сенсора замедляется.
В случае когда оба сенсора видят тёмное, то это сигнал остановки.

Схематично этот процесс изображён на данном рисунке:

Черный цвет — это дорога. Зелёный цвет — наши сенсоры-глаза.
На схеме слева дорога идёт прямо и оба сенсора видят светлое отражение.
А уже на схеме справа дорога заворачивает и левый сенсор замечает тёмное отражение для подачи роботу сигнал о начале нужного манёвра, чтобы остаться на дороге.

В коде я сделал небольшой трюк с поворотом: колесо не просто замедляется, а чуть-чуть крутится назад. В этом случае робот может делать более резкие повороты.

Сам код можно посмотреть на GitHub.

Закачивание программы в «мозг»

Когда я вёл класс с 5-6-летками, то на все «мозги» предварительно была загружена нужная программа во избежании траты времени на прошивку во время класса.

Сам процесс закачивания программы в микроконтроллер не отличается от других Arduino-совместимых плат: установить плагин для ESP8266 (если ещё не установлен), подключить ESP8266 модуль по USB, открыть или скопировать скетч (файл .ino) и нажать «Upload».

Тут есть более подробная инструкция установки поддержки ESP8266 в Arduino для тех, кто с этим пока не знаком.

Железная часть

Как основа для шасси, использована двухколёсная платформа. Она легко доступна, у неё простая конструкция и с ней легко работать.

«Центром управления» был выбран популярный микроконтроллер Espressif ESP8266, реализованный в виде модуля NodeMCU.

Так же для этой платы есть удобный модуль для драйверов двигателя на L293DD. Как раз достаточно для раскачивания двух небольших моторов. Только благодаря наличию этого модуля для моторов количество соединительных проводов заметно снижается.

Схема соединений

Примерная схема соединений получается такой:

Список основных компонентов


  1. ESP8266 NodeMCU v2
  2. Motor Shield для NodeMCU v2
  3. Пара инфра-красных сенсоров
  4. Двухколёсное шасси с моторами и колёсами
  5. Соединительные провода (Dupont wires) для сенсоров
  6. Дополнительные винты/гайки/крепления для установки сенсоров и контроллера на шасси
  7. Чёрная изолента для дороги (если поверхность достаточно светлая, то можно и синюю)

Общая стоимость всех деталей обычно не превышает $20.

Немного подробнее о компонентах:

  1. ESP8266 NodeMCU v2:

    Существует несколько вариантов ESP8266 NodeMCU модулей. Они не все совместимы друг с другом как электрически, так и механически.

    В данном проекте используется ESP8266 NodeMCU «v2». Самый простой признак — этот модуль использует CP2102 для USB интерфейса. Вариант NodeMCU на базе Ch440G обычно шире физически и поэтому не подойдёт для драйвера моторов.

  2. Motor Shield для NodeMCU v2:

    Прелесть этого модуля тем, что NodeMCU плата вставляется в него и поэтому количество проводов в проекте сильно уменьшается.

    Существует только один вариант этого модуля на базе L293DD. Этой микросхемы достаточно как раз чтобы раскачать двигатели на нашем шасси.

  3. Инфракрасные сенсоры:

    Данные модули представляют из себя светодиод (излучатель) и фотодиод (приёмник). По отражению робот может определить что он видит перед собой — тёмную полосу или светлый пол.

    Я советую брать модули с подстройкой для удобного регулирования чувствительности и уменьшения ложных срабатываний при определении светлого и тёмного.

    Советую заказать больше двух — стоят они не так уж и много, но зато у них есть высокий риск сломаться при неосторожном обращении.

  4. Для шасси был выбран один из самых популярных и доступных вариантов на интернет просторах.

    В этом комплекте уже есть моторы со встроенными редукторами, колёса, держатель для трёх AA элементов и минимальный набор винтов и гаек для сборки.

    Как альтернативный вариант для питания, можно заменить держатель 3 * AA на держатель для одного литий-йоного элемента в формате 18650.

  5. Dupont провода.
    Провода надо с разъёмами мама-мама (female-female). Оптимальная длина примерно 20 см.
    Желательно чтобы провода были разных цветов во избежании путаницы при подключении.
  6. Дорога

    Это обычная тканевая клейкая лента. Клеится еле-еле, но это как раз хорошо, так как она не оставляет следа и легко изменять дорогу если нужны корректировки.

Сборка

В классе с 5-6-летками пункты 1-5 были выполнены предварительно для упрощения конечной сборки. В этом случае детям надо было только разобраться с подключением проводов для соединения ключевых органов робота друг с другом.

То есть, они как раз собирают эту соединительную сигнальную нервную систему сами. Тут по ходу можно ещё раз показать где тут глаза, мозг, мышцы, ноги и как они все взаимодействуют друг с другом.

  1. Небольшая подготовительная операция.

    a) Часто провода идут не припаянными к моторам. В этом случае надо их припаять. Это единственный момент где нужна пайка. Если нет вариантов, то можно кого-то заранее попросить припаять или попробовать самому прикрутить провода, но в случае прикручивания сложно сделать хороший контакт. Надо иметь это в виду.

    b) Модули драйвера двигателей могут идти с джампером на гребёнке с питанием (VIN-VM-NC) или без оного. В последнее время джампер не ставят, но сама гребёнка есть.
    Если есть джампер в закромах, то надо его поставить в позицию VIN-VM. У меня не было такого количества джамперов для всего класса и я просто припаял перемычку снизу платы.
    Конфигурация VIN-VM позволяет использовать один и тот же источник питания для моторов и для «мозгов».


  2. Начнём со сборки самой платформы.

    Перед установкой компонентов я советую установить шестигранные крепления для модуля драйвера двигателей и инфракрасных сенсоров.

    Теперь установим держатели для моторов и сами моторы. Колёса лучше ставить в самом конце.
    Потом надо установить держатель для AA элементов. Провода пока соединять не надо. Выключатель я не устанавливал, так как на модуле драйвера двигателя уже есть выключатель.
    Часто в комплекте есть энкодеры (круглые диски с поперечными отверстиями по кругу), но в данном проекте они не используются, поэтому устанавливать не обязательно.

  3. Вставляем «мозг» робота на «мышцы», то есть ставим модуль микроконтроллера на модуль драйвера двигателей.

    Важно соблюдать правильное направление, иначе будет «взрыв мозга» в виде белого дыма, на котором работает вся электроника в мире. Антенна на модуле микроконтроллера должна совпадать с нарисованной антенной на модуле драйвера.

  4. Привинчиваем бутерброд с «мозгами» и «мышцами» на шасси.


  5. Устанавливаем два инфракрасных сенсора так, чтобы передатчик-приёмник «смотрели» вниз.

    Можно либо установить сами модули вертикально (но я не придумал как это сделать легко), либо подогнуть передатчик-приёмник на 90 градусов. Подгинать надо не спеша, чтобы не отломать их случайно. Если есть время, то может быть проще просто перепаять как надо без риска отломать.


  6. Соединяем провода.

    На модуле драйвера есть восемь синих клемм. Достаточно ослабить их отвёрткой, чтобы внутрь пролез провод и потом закрутить винт для нормального контакта.
    Подключим питание на VIN и GND (VIN-красный, GND-чёрный). Важно соблюдать полярность и не перепутать «плюс» и «минус».

    Подсоединим оба мотора на A-/A+ для левого и b+/B+ для правого. Тут тоже надо соблюдать полярность, но при ошибке мотор будет крутиться в другую сторону и в этом случае достаточно провода поменять местами в клеммах.

    Теперь соединим «глаза». Тут я использую «Dupont wire» для удобства. Пожалуй, для детей (да и для некоторых взрослых) это самый сложный шаг. У каждого модуля сенсора есть три контакта — «плюс» (VCC), «минус» (GND) и «сигнал» (OUT). Сложность в том, что на модуле драйвера эти сигналы стоят в другом порядке и важно проверить правильное соединение.
    Левый «глаз» робота идёт на группу «5», а правый «глаз» идёт на группу «6» (группы заданы в программе робота).


Первый пуск

Ставим наше творение на относительно светлый пол (главное, не на стол или куда-то ещё откуда он может упасть) и включаем кнопкой на модуле драйвера. Кнопка находится ближе к синим клеммам и рядом с VIN-VM-NC джампером.

На пустом относительно светлом полу робот должен ехать вперёд. Он может немного заворачивать вбок из-за асимметричности моторов или сборки, но это не так важно.

Если робот крутится на месте как кот, играющийся со своим хвостом, то это означает то, что один из моторов с перевёрнутой полярностью. Провода этого мотора надо поменять местами на синих клеммах.

На случай если робот едет назад, то полярность надо поменять на двух моторах.

Бывает что один из моторов не крутится вообще, обычно достаточно проверить соединение, так как бывает что провод слишком глубоко закручен в синюю клемму и прижим приходится на изоляцию от провода, а не на сам провод.

Проверка «зрения»

Для проверки сенсоров достаточно приклеить полоску чёрной изоленты перпендикулярно движению так, чтобы оба сенсора на неё попали. Если робот остановился на полоске, то сенсоры работают и настроены правильно.

Бывает, что при слишком тонкой полоске робот может проскочить её из-за своей инерционности. В этом случае достаточно сделать полоску пошире.

Дорога

Теперь строим дорогу, экспериментируем с углами и поворотами, отмечаем остановки.

На мой взгляд, интереснее закольцевать дорогу так, чтобы робот не останавливался.

Итог

Он видит. Он едет. Сам.

Это результат одного из проведённых классов по сборке с пятилетними студентами:

А тут самое интересное — запуск и проверка:

Небольшие потери

Конечно, не обошлось и без небольших потерь когда кто-то случайно наступил на соседнего робота во время восторга:


Читать «Создаем робота-андроида своими руками» — Ловин Джон — Страница 1

Джон Ловин

Создаем робота-андроида своими руками

Введение

Создание электронных устройств является интересным и увлекательным занятием, а конструирование роботов может принести наибольшее удовлетворение. В этом случае вам придется создавать не только электронные схемы и узлы, но воспользоваться некоторыми другими технологиями. Создание робота включает решение следующих технологических проблем:

• система питания устройства

• моторы и сервомеханизмы для обеспечения движения и перемещения устройства

• системы чувствительных датчиков (сенсоров)

• элементы искусственного интеллекта

По каждой из этих проблем существует многочисленная специальная литература, и очевидно, что объем одной книги не позволит охватить все многообразие применяемых технологий. Тем не менее мы коснемся большинства из них, что позволит вам получить начальные представления о задаче и может послужить основой для дальнейшего самостоятельного экспериментирования.

Робототехника является развивающейся дисциплиной. Многие подходы известны уже сегодня, но вряд ли кто-нибудь сможет сказать, какие методы и технологии конструирования будут использоваться через сто лет. Как и биологические системы, робототехника развивается в соответствии с Дарвиновской моделью «естественного отбора».

Занявшись созданием роботов, вы не останетесь в одиночестве. Я был очень удивлен, когда узнал, что многие энтузиасты, государственные организации, частные фирмы, спортивные и технические клубы занимаются вопросами любительского конструирования роботов. Наиболее «продвинутой» программой по робототехнике из тех, которые я когда-либо видел, обладает американское космическое агентство НАСА. Большинство разработок можно найти в открытом доступе. Если у вас есть Интернет – воспользуйтесь любой поисковой системой (Yahoo, Exite и т. д.) по ключевому слову robotics. Вы найдете массу информации, посвященной робототехнике, на сайтах различных компаний, университетов, клубов, форумов и просто энтузиастов.

Благодарности

Я хотел бы выразить благодарность некоторым коллегам, оказавшим неоценимую помощь при создании этой книги: Мэтту Вагнеру, моему агенту в Waterside Productions, Скотту Грилло, помогавшему выдержать график работы, и Стефану Смиту за большую помощь в редактировании текста.

Глава 1

Начало

Некоторые историки считают, что началом робототехники можно считать времена античной Греции. Примерно в 270 году до н. э. греческий инженер Ктесибус создавал музыкальные органы и клепсидры (водяные часы), в которых имелись движущиеся фигуры.

Другие историки полагают, что робототехника началась с появлением механических кукол. Примерно в 1770 году Пьер Жаке-Дрю – швейцарский часовой мастер и изобретатель наручных часов изготовил три замечательные куклы. Одна из созданных им кукол «умела» писать, другая – играть на органе, а третья – рисовать картины. Эти удивительные механические куклы, предназначенные для развлечения королевской семьи, проявляли свое «искусство» при помощи рычажков, шестеренок и пружин.

Позднее, в 1898 году, Никола Тесла построил дистанционно управляемую «ныряющую» лодку. Для 1898 года это было немалым достижением, и лодка демонстрировалась в Мэдисон Сквер Гарден. Тесла планировал создать лодку, способную к автономному плаванию, но за недостатком финансирования исследования пришлось прекратить.

Слово «робот» впервые появилось в 1921 году в пьесе «Р.У.Р.» (Россумские Универсальные Роботы), написанной знаменитым чешским драматургом Карелом Чапеком. Робот по-чешски означает «рабочий». В пьесе описывались механические слуги – «роботы». Когда этих роботов наделили человеческими эмоциями, они восстали против своих хозяев и уничтожили их.

Исторически можно найти немало примеров роботов – предметов неживой природы, копирующих человеческую внешность и некоторые человеческие «функции». Таких «человекоподобных» роботов принято называть андроидами.

С легкой руки Карела Чапека роботы стали главными героями многих научно-фантастических книг и фильмов. Развитие темы «роботов» привело к появлению их многочисленных разновидностей. Наряду со старомодными «железными» людьми, появились киборги – существа частично «человеческого», а частично – «машинного» происхождения, и андроиды — роботы, имеющие человеческий облик.

Многие впервые увидели «настоящего» робота на всемирной ярмарке 1939 года. Фирма Westinghouse Electric создала робота Electro – движущегося человека. У робота Electro имелись моторчики и система приводов, позволявшие ему «двигать» ногами, руками и ртом. Робот не «умел» делать никакой полезной работы – его просто демонстрировали на сцене в компании «механической» собаки Спарко.

Зачем создавать роботов?

Применение роботов оказалось совершенно необходимым для многих производств, прежде всего потому, что стоимость «труда» робота оказалось значительно ниже стоимости такой же операции, производимой работником – человеком. Более того, робота достаточно запрограммировать один раз, и он будет совершать требуемое действие с точностью, превосходящей точность работы любого квалифицированного рабочего. С другой стороны, человек способен выполнять различные задания и с этой точки зрения является значительно более гибким. Роботы, как правило, предназначены для выполнения какой-то одной операции. Например, робота, предназначенного для сварки, вряд ли удастся «научить» считать детали в бункере.

Существующие наиболее совершенные промышленные роботы очень скоро превратятся в «динозавров». Сегодняшняя «младенческая» стадия эволюции роботов заканчивается, появляются новые, гораздо более универсальные роботы, вбирающие в себя все новые качества человеческого интеллекта.

Персональный компьютер уже произвел переворот в обществе, но «персональный» робот еще не появился. Причина очевидна – создание такого робота намного сложнее. Помимо развитого интеллекта он должен хорошо «уметь» ориентироваться и перемещаться в пространстве и осуществлять необходимые манипуляции для достижения поставленной цели.

Применение роботов

Понятно, что гораздо проще создать «домашнего» робота, выполняющего какую-то одну работу. Например, уже сегодня существуют небольшие мобильные роботы, которые могут «самостоятельно» постричь траву на газоне. Эти роботы работают от солнечных батарей и не требуют программирования. По периметру газона закапывается провод; робот чувствует этот провод и остается внутри периметра, не выходя за его пределы.

Создание полезного персонального робота очень сложно. Вообще говоря, эта проблема выходит за рамки данной книги, да, пожалуй, и любой современной книги по робототехнике. Резонно спросить – а какова вообще тогда цель этой книги? Я надеюсь, что, прочитав эту книгу и построив несколько моделей роботов, вы приобретете необходимый опыт и сможете внести свой вклад в развитие робототехники.

Способность к созданию нового не есть необходимая принадлежность исключительно университетского диплома. Роботы создаются отнюдь не только учеными в стенах университетов и промышленных компаний. Экспериментируя и «играя» с роботами, вы можете научиться многим полезным вещам: работе искусственного интеллекта, принципам нейросетей, грамотной постановке целей, задачам «навигации», работе сенсоров и исполнительных механизмов и т. д. Первоначальное знакомство с основами робототехники может перерасти в ее серьезное изучение. И с этой точки зрения «любительская» робототехника вносит свой вклад, подчас предлагая изящные и оригинальные решения, превосходящие «профессиональные».

Как говорится в поговорке: «Семь раз отмерь – один раз отрежь». Прежде чем начать строить робота, задайте себе вопрос: «Для какой цели он предназначен? Что он будет делать и каким образом?» Моей мечтой является создание маленького робота, который бы автоматически обслуживал кошачий туалет.

схемы и МК с пошаговыми фото для начинающих

Робот – одна из самых любимых поделок для детей всех возрастов. Фигурки можно изготовить самостоятельно из самых разных и порой даже неожиданных материалов: от ненужных коробок до съедобной мастики. Рассмотрим подробно, какими способами может быть изготовлен робот быстро и легко своими руками. Описания и пошаговые фото приведены ниже.

Делаем различных роботов своими руками в пошаговых мастер-классах

Робот Биби крючком.

Один из самых симпатичных и забавных персонажей – робот Биби из всеми любимых «Смешариков». Круглую фигурку несложно связать крючком из остатков разноцветной пряжи.

Необходимые материалы:
  • акриловая или хлопковая пряжа желтого и бирюзового цвета, а также немного черных, коричневых, зеленых и красных ниток;
  • крючок подходящего размера;
  • синтепон;
  • картон;
  • проволока;
  • иголка;
  • ножницы.
Порядок работы.

Нитками желтого цвета набираем две петли и замыкаем их в кольцо, обвязываем его 6 столбиками без накида. Во втором ряду провязываем 12 столбиков без накида, затем в каждом ряду равномерно прибавляем по 6 столбиков. С 9 по 16 ряд вяжем без прибавок, в каждом ряду должно получиться по 48 столбиков. С 17 ряда убавляем петли в обратной последовательности, пока не получится круглая заготовка. По мере вязания набиваем деталь синтепоном.

Приступаем к вязанию корпуса. Для одной детали набираем нитками бирюзового цвета две воздушных петли, замыкаем их в кольцо и обвязываем его 6 столбиками без накида. Во втором ряду провязываем 12 столбиков без накида. В третьем и последующих рядах делаем равномерные прибавки по 6 столбиков, чередуя классические и рельефные столбики. В 9 ряду провязываем последнюю прибавку, должно получиться 54 столбика без накида. Следующий ряд вяжем без прибавок, затем обвязываем заготовку полустолбиками, вводя крючок за заднюю стенку петель. В 12 ряду чередуем 2 столбика без накида, шишечку из 4 незавершенных столбиков с накидом и 8 столбиков без накида. Затем в 13 ряду обвязываем получившуюся полусферу столбиками без накида и обрываем нить. Аналогичным образом вяжем вторую деталь. Можно использовать другие схемы вязания корпуса.

Собираем желтое основание и детали корпуса, оставив место под глазки. Из ниток бирюзового цвета вяжем ручки произвольной формы и присоединяем их к корпусу. Затем из обрезков ниток вяжем колеса, антенну, декоративные клавиши и лампочки, глаза. Пришиваем детали к фигурке, вышиваем зрачки и блики на глазках. В антенну предварительно вставляем проволоку и закручиваем ее спиралью. Нитки обрезаем и аккуратно заправляем. Робот Биби готов!

Мягкая игрушка из фетра.

Кто сказал, что робот обязательно должен быть из металла и пластика или, на худой конец, картона? Забавный робот-девочка из фетра вполне может заменить мягкую игрушку или миниатюрную фигурку амигуруми.

Для изготовления маленькой игрушки в стиле амигуруми из мягкого фетра или флиса вырезаем квадратные детали следующих размеров:

  • 4,5 см для туловища;
  • 3,5 см для головы;
  • 2,0 см для ног;
  • 1,5 см для рук.

Для каждой части тела понадобится по 6 квадратиков. При желании размеры заготовок можно значительно увеличить, чтобы можно было сшить большую мягкую игрушку.

Выкраиваем заготовки без припусков или с минимальными припусками по 1-2 мм. Сшиваем детали с каждой стороны сметочным швом, пока не получится кубик. Перед тем, как прошить последнюю сторону, набиваем заготовку синтепухом или другим наполнителем. Следим, чтобы волокна наполнителя не торчали по краям кубика, при необходимости лишнее обрезаем.

Аналогичным образом сшиваем все части тела будущего робота и соединяем их между собой иголкой и ниткой или клеевым пистолетом. Пришиваем глазки из полубусин, вышиваем ресницы, при желании пришиваем бантик и другие украшения. Миниатюрную фигурку можно оформить в виде магнита на холодильник, брелока или брошки.

Робот из коробок.

Забавный и очень милый робот получается из ненужных коробок. Можно использовать коробки целиком, чтобы получить изделие большого размера, или обрезки коробочного гофрокартона для получения миниатюрной фигурки.

Чтобы сделать маленького робота из коробок, можно использовать следующий шаблон.

Выкройку нужного размера переносим на картон и аккуратно складываем детали по линиям сгиба. Чтобы не образовались рваные заломы и складки, следует воспользоваться канцелярским ножом. В детали для головы аккуратно делаем прорези в виде глаз и носа, при желании форму отверстий можно видоизменить. Склеиваем все припуски с помощью клея ПВА или «Момент» и собираем фигурку, начиная с корпуса. Руки и ноги можно сделать на шарнирном креплении, чтобы они могли двигаться.

Если у вас есть готовые аккуратные и чистые коробки подходящего размера, можно воспользоваться ими. Этот способ отлично подойдет для начинающих. Аналогичным образом можно сделать робота из других, более прочных материалов – дерева или фанеры. В этом случае необходимо выпилить из фанеры заготовки необходимого размера, ошкурить края и склеить их в кубики с помощью клейкой ленты. Далее сборка осуществляется по аналогии с фигурой из картона или готовых коробок.

Робот из спичечных коробков.

Простого и симпатичного робота можно сделать из спичечных коробок.

Для изготовления поделки потребуется 9 спичечных коробков, цветная бумага и клей. Пять коробков для ручек, ножек и головы оклеить цветной бумагой, на заготовке для головы нарисовать изображение лица черным маркером. Четыре оставшихся коробка склеить между собой и оклеить полученную заготовку цветной бумагой. Собрать робота, при желании украсить его: сделать антенны из спичек или палочек, наклеить или нарисовать дополнительные элементы.

Робот из пачек сигарет.

Классическая поделка нашего детства – робот из пачки сигарет. Для его изготовления понадобится несколько пустых пачек и клей.

Из 8 пачек собираем корпус, сверху клеим голову, ставя сигаретные пачки перпендикулярно корпусу. Из крышек делаем уши и рот. Собираем ноги из трех пачек каждая и ставим на них корпус с приклеенной головой. Из двух пачек делаем руку, согнутую в локте. Приклеиваем ручки к корпусу в местах крышек. Оформляем роботу лицо, из кусочков картона делаем глаза и антенны.

Аппликация из геометрических фигур.

Даже малыши могут с легкостью справиться с изготовлением изображения робота – забавной аппликации из геометрических фигур.

Необходимо заранее нарисовать и вырезать геометрические фигуры разной формы и размера: круги, прямоугольники, квадраты, треугольники. С помощью клея ПВА или клеевого карандаша наклеиваем вместе с ребенком фигуры на лист бумаги так, чтобы получилось изображение робота. Маркером дорисовываем мелкие детали или оформляем фон. Эта работа научит малышей ориентироваться в цветах, размерах и формах, разовьет мелкую моторику.

Серьги «Робот» из проволоки.

В форме робота можно изготовить необычное украшение – оригинальные серьги из проволоки и крупных бусин.

Нарезаем проволоку на отрезки одинакового размера и делаем из них плотные спиральки, накручивая на стержень или тонкую трубочку. Из проволоки, четырех спиралек и двух бусинок белого или серебристого цвета складываем голову, концы проволоки продеваем в крупную цветную бусину и разгибаем в стороны для формирования рук. Для каждой руки потребуется две спиральки и четыре маленькие бусины. Сложив руки роботу, приступаем к формированию туловища и ног. Для этого снова пропускаем концы проволоки через крупную цветную бусину и делаем ноги, состоящие из двух спиралек и маленькой бусинки каждая. Закрепляем и обрезаем проволоку. Аналогичным образом делаем вторую сережку, прикрепляем швензы.

Робот из пластиковых бутылок.

Из бросового материала можно сделать множество разнообразных поделок. Очень необычная и оригинальная фигурка робота получается из пластиковых бутылок.

Для того чтобы сделать такого робота, необходимо с помощью канцелярского ножа отрезать горлышко и дно бутылки для корпуса, а также вырезать фигурные детали для рук и ног. В качестве декоративных элементов и креплений будем использовать крышки и другие детали от пластиковой тары. С помощью шила делаем отверстия в нужных местах и соединяем все заготовки проволокой. Закрепляем проволоку и прячем ее внутри фигурки.

Робот из мастики.

Съедобного робота можно сделать из мастики и украсить им торт для детского праздника.

Для изготовления подобной фигурки потребуется пищевая мастика красного, синего и белого цвета. Каждую деталь лепим по отдельности и соединяем с помощью зубочисток или склеиваем. В последнюю очередь оформляем личико и делаем дополнительные детали. Свечки для торта можно использовать в качестве антенн.

Видео-подборка по теме статьи

Другие варианты роботов вы научитесь делать, посмотрев приведенные ниже видео.

Создание руки робота из колибри

Серводвигатель можно использовать не только для вращения чего-либо от 0° до 180°! Этот урок покажет вам, как использовать картон, соломинки и пряжу для создания руки робота. Затем вы будете использовать серводвигатель, чтобы натянуть пряжу, чтобы пальцы согнулись. Первая часть этого урока была основана на этом уроке Орландо Мартинеса.

Начните с вырезания руки из картона. Чтобы иметь возможность схватить предмет, большой палец должен находиться напротив остальных (противоположно).Посмотрите на форму своей руки, когда вы берете чашку; это форма, которую будет имитировать ваша рука робота.

Нарисуйте линию в каждом из суставов, где ваши пальцы сгибаются. Надрежьте эти линии канцелярским ножом, но не прорезайте картон до конца. Оценка суставов облегчит сгибание пальцев и большого пальца.

Нарежьте соломинку для питья на мелкие кусочки и приклейте горячим клеем по одному кусочку вдоль каждого сегмента пальцев и большого пальца. Затем используйте иглу, чтобы провести пряжу вдоль каждого пальца.Проделайте отверстие в центре руки и проденьте пряжу сзади.

Приклейте горячим клеем конец каждой нити к тыльной стороне соответствующего пальца. Теперь попробуйте потянуть за несвязанные концы пряжи, чтобы увидеть, как пальцы сгибаются!

Используйте отвертку, чтобы заменить белый кружок на сервоприводе красным крестом. Вырежьте из картона три маленьких квадрата (примерно 3 см на 3 см).

Приклейте маленькие кусочки картона к нижней части сервопривода, чтобы он ровно сидел на тыльной стороне ладони.Приклейте его на место так, чтобы красный крест был над тем местом, где пряжа выходит на тыльную сторону руки.

Прежде чем идти дальше, используйте Snap! или другой язык программирования, чтобы установить серводвигатель на 0°. После того, как вы это сделаете, приклейте все пять кусочков пряжи к ближайшей части красного креста. Вы также можете закрепить это соединение скотчем.

Затем поэкспериментируйте с перемещением серводвигателя. Под каким углом ваша рука смыкается? Эта часть может потребовать проб и ошибок. Возможно, вам придется отсоединить пряжу от сервопривода и отрегулировать.

Базовый Snap! Программа ниже использует датчик освещенности для управления рукой. Когда датчик освещенности закрыт, рука закрывается. В противном случае рука открыта.

Попробуй поднять что-нибудь своей роботизированной рукой! Можете ли вы схватить бумажный стаканчик или пенопластовый шарик? Эта ссылка показывает некоторые захваты, которые мы используем, чтобы держать повседневные предметы. Какой захват использует ваша роботизированная рука? Как вы могли бы изменить его, чтобы использовать другой захват?

Теперь, когда вы создали базовую руку, как вы можете ее улучшить? Можете ли вы заставить двигаться большой палец независимо от остальных или пальцы двигаются независимо друг от друга? Как изменение положения большого пальца изменит захват? Можете ли вы имитировать, как наша рука использует датчики, когда мы берем предметы? Решите, как изменить свою руку, а затем попробуйте!

Сходство с человеческой рукой

Несмотря на то, что эта рука сделана из картона, пряжи и соломки, у нее есть важные общие черты с человеческими руками.Картон представляет собой скелет вашей руки, а места, где вы сделали надрезы на картоне, служат суставами рук. Сервопривод представляет собой две мышцы, которые сгибают пальцы (глубокий сгибатель пальцев и длинный сгибатель большого пальца). Здесь вы поместили сервопривод на тыльную сторону кисти, но в теле эти мышцы находятся на предплечье. Нить представляет собой сухожилия, которые соединяют эти мышцы с кончиками костей пальцев и большого пальца. В руке робота соломинки удерживают пряжу на картоне, так что пальцы сгибаются, когда мотор тянет пряжу.В теле сухожильные влагалища служат той же цели; они удерживают сухожилия близко к костям, так что ваши мышцы сгибают суставы, когда они сокращаются. Сухожилия скользят по сухожильному влагалищу так же, как нить по соломинке.

Что можно сделать из материалов, которые можно найти в доме?

Сегодня мы рассмотрим переработку вторсырья и то, как мы можем превратить повседневные материалы в нечто прекрасное. Мы будем собирать материалы со всего дома, такие как вторсырье и канцелярские товары, чтобы построить робота.

Роботы — это машины, которые могут выполнять задачу автоматически, независимо от того, управляются ли они с помощью пульта дистанционного управления или управляются встроенным кодом внутри робота. Хотя мы, возможно, не сможем построить полностью функционирующего автоматизированного робота дома, мы можем манипулировать повседневными материалами, чтобы создавать шарнирные движения, которые оживляют нашего робота.

Апсайклинг — это форма вторичной переработки, при которой мы находим способ перепрофилировать материалы, которые обычно отправляются прямо на свалку или на перерабатывающий завод, где их разбивают и превращают в новые материалы.Однако переработка по-прежнему требует много ресурсов для сбора вторсырья с мест, доставки его на завод для сортировки, отправки на другие заводы для переработки и так далее. Находя новые способы использования старых материалов, мы можем уменьшить количество мусора на наших свалках и уменьшить углеродный след.

Время разработки этого проекта займет около 5-10 минут, а время сборки может занять 30 минут и более. Этот проект подходит для всех возрастов.

Список материалов:

В то время как это список материалов мы использовали для нашего бота, ваши материалы могут варьироваться от практически любых! Воображение и дизайнерское мышление являются ключом к тому, чтобы заставить вашего робота работать из материалов, которые у вас есть.

  • Картонная коробка
  • Картонные детали
  • Картонные тубусы
  • Кнопки (также можно использовать латунные застежки или скрепки)
  • Пластиковые листы (например, разрезанный пластиковый контейнер для выпечки)
  • Лента или пистолет для горячего клея и клеевые палочки
  • очистителей труб
  • ножницы
  • Шашлык (деревянный дюбель или солома также может работать)
  • Дырокола (полезный, но ножницы могут сделать работу, если вы внимательны)

Направление :

Этот проект во многом основан на вашем творчестве — если вы этого не хотите, никакие два робота не будут выглядеть одинаково.

Сначала соберите все материалы. Соберите как можно больше вещей! Проверьте мусорное ведро и попросите у родителей случайные предметы, которые вы можете использовать, и все остальное, что вы можете найти. Чем больше различных материалов у вас есть, тем больше способов вы можете представить и спланировать для создания своего робота.

Теперь пришло время воображать, планировать и проектировать! Какие материалы лучше всего подходят для того, что вы хотите построить? Подумайте о том, что вы хотите, чтобы ваш робот умел делать, и как вы могли бы добиться этого.Например, мы хотели, чтобы голова и руки нашего робота имели движение, поэтому мы подумали о том, как добавить детали, которые могли бы поворачиваться или выдвигаться. Нарисуйте свой план на чистом листе бумаги, в блокноте или в приложении для 3D-рисования.

Теперь приступайте к сборке своего робота. Поскольку все наши роботы могут в конечном итоге выглядеть по-разному, вот несколько советов, которые помогут вам начать работу:

  • Если у вас уже есть коробка нужного размера, лучше всего начать с тела или туловища робота. Если нет, вырежьте и соберите коробку по размеру тела вашего робота.Все это можно соединить скотчем или горячим клеем. На самом деле, большинство вещей, которые вам нужны для этого проекта, можно просто склеить или склеить.
  • Использование дюбелей или карандашей может быть отличным способом заставить предметы поворачиваться или двигаться. Например, мы хотели, чтобы голова нашего робота двигалась из стороны в сторону, поэтому мы взяли шпажку и протолкнули ее через край нашего картона — см. рисунок ниже. Затем я подумал о том, как голова будет выходить из верхней части тела робота и прорезать отверстия по бокам, где шампур мог выйти и иметь свободное движение, а сверху вырезал широкую щель, которая была шире головы, чтобы у него может быть пространство для перемещения из стороны в сторону.
  • Вот способ, как заставить ручки поворачиваться и выдвигаться:
  • Возьмите четыре трубки от туалетной бумаги и отрежьте две по вертикали, затем закрепите их лентой, чтобы они стали тоньше и могли поместиться внутри других трубок, не вызывая трения вдоль стены
  • Затем с двумя другими трубками обрежьте стороны примерно на дюйм от дна. Это будет слот для направляющей, поэтому он должен быть достаточно толстым, чтобы в него поместилась шпажка (или соломинка, палочка от эскимо)
  • Затем соберите рельсовую систему.В две более тонкие трубки мы собираемся вставить шпажку (или соломинку, палочку от эскимо) примерно на полдюйма от верха.
  • Теперь возьмите каждую из ваших тонких трубок и поместите их, направляющим концом вперед, в трубки с прорезями в них, затем осторожно заклейте концевое отверстие, не скрепляя трубки вместе. Идея состоит в том, что внутренняя труба будет скользить по дорожке, не проваливаясь. Это может потребовать проб и ошибок.
  • Не забудьте украсить! Весь этот процесс позволяет вам задействовать свое творческое мышление, когда вы работаете над созданием своего робота.Помните, что разработка чего-то с нуля — это повторяющийся процесс, а это означает, что вам может потребоваться переосмыслить и переработать несколько раз, прежде чем они будут завершены, и это нормально. Постарайтесь не унывать. Чем больше мы стараемся, тем больше мы узнаем, и тем больше удовольствия мы можем получить!

Как настроить для младших и старших учащихся

Для младших учащихся сосредоточьтесь на создании классного робота, даже если у него нет движущихся частей. Предложите маленьким детям включить хотя бы одну подвижную часть, например руку или голову.Даже крутящиеся пуговицы по бокам или на груди было бы весело!

Для учащихся старшего возраста: посмотрите, сможете ли вы найти какие-нибудь старые игрушки или компьютеры и открыть их (под присмотром взрослых и с соответствующими инструментами), чтобы найти что-нибудь, что могло бы либо придать вашему роботу крутой вид, либо, если деталь работает, светящийся светодиод или моторизованный компонент к вашему роботу. Светодиод означает светоизлучающий диод, и у них есть анодный (+) и катодный (-) провода, которые должны быть подключены к источнику питания, чтобы загореться, обычно около 2-3 вольт, поэтому обычная батарейка поможет.У двигателей постоянного тока есть вращающийся конец оси, поэтому все, что прикреплено к этому концу, будет вращаться при подключении к источнику питания. Эта страница проекта с инструкциями немного затрагивает безопасность разборки игрушек и общие советы.

Наконец, вот некоторые методы строительства из картона, которые могут оказаться полезными:

© Exploratorium, www.exploratorium.edu

границ | Создание напечатанной на 3D-принтере управляемой кабелем единой модели легкой роботизированной руки-гуманоида

Введение

Идея автоматов возникла очень рано в истории человечества, более 2000 лет назад.В Китае Лу Бань создал искусственную птицу, которая могла летать с помощью крыльев (Needham, 1974). Греческий инженер Ктесибий применил знания в области пневматики и гидравлики для изготовления первых органных и водяных часов с движущимися фигурами (Rosheim, 1994). После этого были произведены различные механические конструкции в направлении сложности и точности. «Писатель-автомат» был построен в 1770-х годах с использованием 6000 движущихся частей Пьером Жаке-Дро (Перси и Тимбс, 1840). Он может написать любой пользовательский текст длиной до 40 букв, а текст закодирован на колесе, где символы выбираются один за другим.На самом деле автор в основном подходит под определение «Робот» из Американского института робототехники (1979): «Перепрограммируемый, многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или специализированных устройств с помощью различных запрограммированных движений для выполнения определенного действия». разнообразные задания». Однако его руки не сочленены. Человеческая рука — это наиболее подвижная часть человеческого тела, а хватание — один из самых распространенных и важных жестов, которые люди используют при взаимодействии с окружающими предметами.Роботизированная рука также является своего рода автоматом или роботом. Однако в истории можно найти не так много работ о роботизированной руке до появления первых современных промышленных роботов «Unimates» в 1960-х годах (Сицилиано и Хатиб, 2016). С момента создания первого гуманоидного робота Эрика (Riskin, 2016) исследователи стремились разработать ловкие роботизированные руки для гуманоидных роботов, чтобы сделать их хватательными, как люди. За последние 30 лет было изготовлено много разных стилей роботизированных рук. Поскольку электричество широко использовалось в качестве легкодоступного и высокоэффективного источника энергии, большинство из них приводится в действие электродвигателями или пневматическими двигателями (Сицилиано и Хатиб, 2016).Нельзя отрицать, что роботизированные руки приблизились к воспроизведению человеческих рук. Однако ни одна такая роботизированная рука не работает точно так же, как человеческая рука с точки зрения внешнего вида и физических характеристик, включая движение и силу. С механической точки зрения основная трудность связана с двумя аспектами: механизмом и приводом. Во-первых, человеческая рука имеет 15 подвижных суставов, из которых некоторые суставы имеют более одной степени свободы (DOF). Эти характеристики затрудняют моделирование и изготовление роботизированной руки, похожей на человеческую.Нам также необходимо учитывать диапазон движений различных суставов, поскольку они имеют разные ограничения. Во-вторых, мышцы и сухожилия управляют движением нашего тела с высокой эффективностью (Woledge, 1998). В настоящее время нет хорошего решения для имитации силы точными движениями пальцев.

Современные роботизированные руки обычно имеют сложную механическую конструкцию и методы управления (Melchiorri et al., 2013) (Xu and Todorov, 2016). Развитие технологии 3D-печати в некотором роде снизило стоимость и сложность изготовления роботизированной руки с ловкостью.Есть несколько роботизированных рук, которые можно распечатать на 3D-принтере (Slade et al., 2015; ten Kate et al., 2017). Однако, согласно их отчету об испытаниях, такие функции, как подвижное соединение, глубина резкости и диапазон движения, не так хороши, как у этих современных роботизированных рук. Наша роботизированная рука стремится имитировать хватательное поведение человеческой руки, оставаясь при этом простым в создании и управлении роботом. С помощью моделирования наплавленных отложений, 3D-печати жесткого эндоскелета (Tavakoli et al., 2017) и функционального сустава без сборки сустава (Cali et al., 2012) легко применить к роботизированной руке. Также возможно интегрировать каждый сустав в единую 3D-модель сочлененной руки. Пальцы человека имеют кости и сухожилия, но не содержат мышц (Agur and Dalley, 2009). Мышцы, приводящие в движение суставы пальцев, находятся на ладони и предплечье. Мышцы приводят в движение пальцы посредством длинных эластичных сухожилий, которые связаны с костями пальцев. В этой статье анализируется анатомия руки человека и предлагается механическая модель руки робота с учетом степени свободы и ограничений.С помощью передовых методов геометрического моделирования мы создали новую 3D-модель руки робота. Сравните с другими роботизированными руками, напечатанными на 3D-принтере; наша роботизированная рука имеет аккуратную и эффективную систему срабатывания, воспроизводящую все суставы человеческой руки и диапазон их движений. Изготовление нашей роботизированной руки простое и недорогое. Мы также контролировали вес нашей роботизированной руки и сделали ее совместимой с различными роботами. По сравнению с человеческой рукой роботизированная рука имеет аналогичные механические характеристики и диапазон движений каждого сустава.Метод с тросовым приводом создан для имитации этой системы движения человека. Серводвигатели, кабели и напечатанные на 3D-принтере детали функционируют как мышцы, сухожилия и кости соответственно. Мы используем шесть серводвигателей для приведения в действие пальцев в системе с тросовым приводом. Переплетение пальцев и большого пальца обеспечивает простой и практичный способ имитации человеческих захватов. В частности, наша роботизированная рука использует модульную конструкцию, что позволяет легко установить ее на робота Надин или других роботов-гуманоидов. Эксперименты показывают, что созданная роботизированная рука может захватывать различные объекты, используя множество жестов, основанных на таксономии рук.

С прогрессом в разработке искусственной силиконовой кожи новейшие роботы-гуманоиды выглядят все более и более похожими на человека (Hirukawa, 2005). Однако это также приводит к проблеме «зловещей долины» (Mori, 1970). Поведение робота-гуманоида, например естественная хватка, может помочь решить эту проблему. Искусственная кожа увеличивает усилие, необходимое для приведения в действие пальцев. Мы протестировали различные комбинации искусственных скинов и приводов. Мы также специально реализовали это на роботе Nadine, и наши результаты показаны в этой статье в разделе «Эксперименты с захватом искусственной силиконовой кожей.

Остальная часть статьи организована следующим образом. Раздел «Связанные работы» дает обзор существующих роботизированных рук. В разделе «Конструкции и изготовление» подробно описывается проектирование и изготовление. Раздел «Ограничение оборудования» описывает аппаратные ограничения. В разделе 5 представлены наши эксперименты по оценке эффективности дизайна с точки зрения захвата объектов, за которыми следуют выводы и будущая работа в разделе «Заключение и будущая работа».

Связанные работы

Роботизированная рука может быть оценена по многим критериям, включая степень свободы, диапазон движений каждого сустава, точность, скорость, траекторию захвата, усилие захвата, вес, внешний вид и так далее.Сделать роботизированную руку с превосходными характеристиками во всех областях — непростая задача. Однако, основываясь на заранее установленной цели роботизированной руки, исследователи сосредотачиваются на важных функциях для определенного использования. Мы кратко рассмотрим прошлые работы, связанные с роботизированными руками, в трех категориях в зависимости от их роли. Это роботизированная рука-протез, роботизированная рука для исследовательских целей и роботизированная рука робота-гуманоида.

Протез роботизированной руки

В одном статистическом отчете сделан вывод о том, что в странах с низким уровнем дохода 30 или более миллионов человек перенесли ампутацию конечностей, и большинство из них не могут позволить себе протезы (Malbran, 2011).Хорошо функционирующий протез роботизированной руки поможет им значительно улучшить качество жизни. Для коммерческого протеза руки, предназначенного для помощи людям в захвате предметов, используемых в повседневной жизни, способность хватать является первой и наиболее важной функцией, которую должны учитывать дизайнеры. Здесь «захват» относится к статичной позе, когда объект надежно удерживается одной рукой (Feix et al., 2009a). В нашей повседневной жизни используется множество различных предметов. Каткоски (1989) представил всестороннюю и подробную организацию человеческих хваток, включающую 15 различных поз.К сожалению, из-за ограниченной стоимости, веса и высокой степени успешности захвата большинство коммерческих протезов руки значительно упрощены по конструкции. Коммерческие протезы рук могут имитировать лишь ограниченное количество жестов.

Типичные коммерческие протезы рук, такие как рука Bebionic, рука i-Limb, изготавливаются из вырезанного лазером металла, моторов и винтов. Обычно он имеет форму человеческой руки, но тяжелее человеческой руки. Наиболее распространенная конструкция состоит из 11 суставов, 6 степеней свободы (большой палец имеет на одну степень свободы больше, чем остальные пальцы) и 5 ​​или 6 приводов.Аппаратное обеспечение роботизированной руки, система управления движением и блок питания объединены воедино. Хватка прочная и долговечная. Рука Bebionic (Medynski and Rattray, 2011) (рис. 1A) и рука i-Limb (Belter et al., 2013) (рис. 1B) являются двумя представителями коммерческих протезов руки. В последние годы несколько протезов рук также используют технологию 3D-печати для создания руки. Разработчик руки Tact (рис. 1C) утверждал, что, хотя их роботизированная рука стоит всего 250 долларов США, ее характеристики соответствуют или даже превосходят характеристики современных коммерческих протезов рук (Slade et al., 2015). Существует еще одна напечатанная на 3D-принтере протезная рука под названием Dextrus hand (Phillips et al., 2015) (рис. 1D), в которой используется конструкция с 16 суставами, включающая больше суставов в каждом пальце, что делает захват более похожим на человеческий.

Рисунок 1 . (Слева направо) (A) рука Bebionic, (B) рука i-Limb, (C) рука Tact (Slade et al., 2015) и (D) рука Dextrus.

Современная роботизированная рука

Многие исследователи считают, что человеческая рука — это идеально спроектированный продукт природы (Калганова и др., 2015). Они предполагают построить роботизированную руку, которая могла бы функционировать как можно ближе к человеческой руке. В отличие от протеза роботизированной руки, эта роботизированная рука не уделяет особого внимания весу, стоимости и тому, как она связана с человеческой рукой. Единственный аспект, на котором он фокусируется, — это симуляция движения руки человека по отношению к руке робота. Рука Стэнфорда/Лаборатории реактивного движения (1983) — одна из первых изобретенных ловких рук (Солсбери и Рот, 1983). Большая часть исследовательской работы, связанной с роботизированными руками, была проведена до 2010 года Х.Д. Бос.

The Shadow Hand (Rothling et al., 2007) (рис. 2A) имеет 40 приводов и 20 степеней свободы. UB рука IV (Melchiorri et al., 2013) (рис. 2B) — еще один пример ловкой руки, наиболее близкой по функциональным возможностям к человеческой руке. Чжэ Сюй и его партнеры создали недорогую модульную антропоморфную роботизированную руку с 20 степенями свободы в 2013 г. (Xu et al., 2013) (рис. 2C) и высоко биомиметическую роботизированную руку в 2016 г. (Xu and Todorov, 2016) ( Рисунок 2D).

Без ограничения количества используемых приводов исследователи могут моделировать более 20 степеней свободы в одной руке робота.Пневматическое управление и управление электродвигателем — два распространенных решения для привода роботизированной руки. Хотя точность привода значительно улучшилась за последние десятилетия, размер и вес привода существенно не уменьшились. Слишком большое количество приводов приведет к созданию большой и тяжелой роботизированной системы ручного управления. Следовательно, это препятствует использованию этой формы роботизированной руки для большинства повседневных задач. «Недостаточное срабатывание» — широко используемая концепция в робототехнике (Birglen et al., 2007). Это означает наличие меньшего количества приводов, чем DOF.Несколько роботизированных рук могут иметь только один привод. Исследователи использовали способ аппаратной блокировки (Kontoudis et al., 2015), адаптивную синергию (Catalano et al., 2014) для настройки управления пальцами руки робота. Напротив, они имеют более сложную механическую структуру для изменения управления пальцами. Мы объясним наш дизайн в третьей главе.

Роботизированная рука робота-гуманоида

Различные роботы-гуманоиды изготавливаются для различных целей. Робот Atlas (де Ваард и др., 2013) (рис. 3A) от Boston Dynamics был разработан для поисково-спасательных операций на открытом воздухе. Несколько разнообразных мощных негуманоидных роботизированных рук могут быть связаны с его рукой по одной для использования в различных сценариях. ASIMO (Sakagami et al., 2002) (рис. 3B) производства Honda Motor Co., Ltd. имеет пару ловких гуманоидных рук, которые могут открыть крышку чашки. Детали конструкции этих двух современных роботов до сих пор держатся в секрете. i-Cub (Metta et al., 2008) (рис. 3C), разработанный Консорциумом RobotCub, обладает способностью к обучению захвату объектов.На наш взгляд, возможным недостатком является то, что они больше похожи на робота, чем на человека. Большинство частей робота Inmoov (Langevin, 2014) можно распечатать на 3D-принтере (рис. 3D), а его рука является одной из отсылок к нашей роботизированной руке.

Рисунок 3 . Роботы-гуманоиды (первый ряд слева направо): (A) робот Atlas, (B) робот ASIMO, (C) робот i-Cub и (D) робот InMoov.

Заключение по роботизированным рукам и целям проектирования

В настоящее время нет доступной роботизированной руки, подходящей для робота Надин.Мы не можем использовать негуманоидные роботизированные руки для робота Надин, поскольку ему нужна пара гуманоидных роботизированных рук, чтобы соответствовать его внешнему виду. Протезы роботизированных рук имеют человеческую модель и надежную работу. Однако они слишком большие и тяжелые для робота Надин. Тем не менее, они показали нам, что меньшее количество степеней свободы, таких как пять или шесть, также могут выполнять многие задачи по захвату. Роботизированные руки для исследовательских целей обладают превосходными хватательными способностями, но их системы управления слишком велики и сложны, чтобы их можно было интегрировать в робота Надин.

Итак, нам нужно спроектировать и изготовить новую роботизированную руку для робота Надин, и наши цели заключаются в следующем. (1) Общий вес роботизированной руки (с приводами) не должен превышать 300 г. Судя по предыдущему тесту робота Надин, перегруженная роботизированная рука значительно уменьшит диапазон движения ее руки. (2) Роботизированная рука должна выглядеть как настоящая рука и иметь такие же суставы и диапазон движений, чтобы имитировать хватательные жесты человека. (3) Эта роботизированная рука должна быть простой в изготовлении и легкой в ​​использовании.

Проекты и изготовление

В этом разделе мы изучаем биомеханические особенности человеческой руки, такие как кости и суставы, чтобы создать модель руки робота. Мы применяем ограничения человеческой руки, чтобы упростить модель ее движения без существенного снижения ее функциональности. Затем мы разрабатываем нашу новую 3D-модель руки, основываясь на нашем понимании движений руки.

Особенности руки человека

Всего в руке человека 27 костей (Agur and Dalley, 2009).В ладони пять костей, в запястье восемь костей, а в пяти пальцах 14 костей (рис. 4А, В). Большой палец состоит из трех суставов, называемых дистально-межфаланговым (ДМФ), межфаланговым и трапециевидно-метакарпальным (ТМ), тогда как остальные четыре пальца состоят из трех суставов, называемых ДМФ, проксимально-межфаланговым (ПМФ) и пястно-фаланговым (ПМФ). соединение. Каждая нормальная человеческая рука имеет 15 подвижных суставов, которые поддерживают движения пальцев.

На рисунке 4C мы показываем человеческую руку с 27 степенями свободы (Magnenat Thalmann et al., 2017). Большой палец обеспечивает пять степеней свободы, а четыре пальца — 16 степеней свободы. Остальные шесть степеней свободы от запястья называются «глобальными движениями», поскольку они контролируют движение всей руки. Все 21 степень свободы от пальцев называются «локальным движением», которое управляет движением пальцев.

Ограничения человеческой руки

Лин и др. (2000) дают формальное представление о ограничениях человеческих рук. Существует три типа ограничений:

Тип I. Каждый палец имеет ограниченный диапазон движений из-за механических ограничений анатомии руки.Например, диапазон движения DIP-суставов составляет от 0 до 90°.

Тип II. В каждом пальце сустав DIP и сустав PIP всегда двигаются вместе.

Тип III. Люди имеют привычку делать стандартные жесты. Мы обычно сгибаем все пальцы одновременно, чтобы получился кулак, а не по одному.

Упрощение модели руки

Пять степеней свободы от пястно-фаланговых суставов, которые представляют движения отведения и приведения пальцев, имеют узкий диапазон движений от -15 до 15° (Lin et al., 2000). Эксперимент предыдущего исследования роботизированной руки показывает, что они редко участвуют в хватательном действии (Xu and Todorov, 2016), поэтому мы удалили их из нашей модели роботизированной руки. Четыре степени свободы на запястье взяты из оригинальной механической конструкции робота Надин. Роботизированная рука будет помогать роботизированной руке совершать глобальное движение в трехмерном рабочем пространстве. На рисунке 4D показана его механическая модель с 20 степенями свободы.

Технология 3D-моделирования и 3D-печати

Благодаря последним достижениям в области автоматизированного проектирования (САПР) люди могут легко и быстро создавать 3D-модель руки робота.Следующим вопросом, который необходимо решить, будет вопрос о том, как в короткие сроки изготовить недорогую роботизированную руку. В традиционных методах создания манипулятора робота или роботизированной руки части вырезаются в определенные формы и соединяются вместе с помощью клея или винтов. Однако с развитием технологии 3D-печати (Berman, 2012) с помощью 3D-принтера можно изготавливать все больше и больше рук роботов. Технология 3D-печати обеспечивает простой способ преобразования 3D-моделей в реальные объекты с помощью программного обеспечения САПР и 3D-принтера.Например, мы использовали 3DS Max™ для создания 3D-модели нашей роботизированной руки в полигональной сетке. Используемый нами 3D-принтер uPrint™ SE Plus может распечатать объект размером с ладонь в течение 20 часов независимо от сложности модели. В будущем мы планируем использовать новейшие технологии 3D-печати для улучшения качества нашей роботизированной руки. Композитный принтер Mark X может использовать для печати новый печатный материал, называемый углеродным волокном. Этот материал имеет некоторые превосходящие характеристики по сравнению с алюминием.Печатная платформа Mark X устанавливается на место с точностью до 10 мкм.

Для шарнирных роботизированных рук структура суставов является одним из наиболее важных элементов конструкции, влияющих на функциональность. Сустав пальца хорошей роботизированной руки должен действовать как сустав человеческой руки. Он не только связывает фаланги двух соседних пальцев, но также поддерживает движение пальцев и захват силы роботизированной руки. Для коммерческих протезов рук широко используются два широко используемых метода соединения суставов: «связывание» и «связывание сухожилий» (Belter et al., 2013). «Сцепление с соединением» обеспечивает наилучшую стабильность при перемещении сустава, а «связывание сухожилий» обеспечивает большую гибкость в зависимости от используемого материала и механической конструкции. Каждому пальцу робота Inmoov, состоящему из шести отдельных частей, нужны три штифта и клей, чтобы соединить части вместе. Для сравнения, палец нашей роботизированной руки принял новый дизайн 3D-модели, вдохновленный несборными шарнирными моделями (Cali et al., 2012). Новая конструкция шарниров объединяет штифтовые связи с пальцами с помощью метода блокировки.На рис. 5А показана трехмерная модель пальца в разобранном виде. Конечный продукт пальца показан ниже синим цветом (рис. 5B). Этот палец готов к использованию сразу после завершения печати без дополнительных сборочных работ. 3D-модель пальца робота InMoov показана для сравнения на рисунке 5C.

Рисунок 5 . 3D-модель пальца нашей роботизированной руки (A) , реальный палец (B) , 3D-модель пальца руки Inmoov (C) , 3D-модель большого пальца нашей роботизированной руки (D) , настоящий большой палец (E) , большой палец руки Inmoov (F) и большой палец руки EthoHand (G) (Konnaris et al., 2016).

Этот метод также может быть применен к дизайну секции большого пальца. Большой палец играет более императивную роль по сравнению с другими пальцами в хватательном действии. Судя по модели степени свободы нашей роботизированной руки, большой палец имеет две степени свободы в височно-нижнечелюстном суставе. Во многих других 3D-моделях роботизированных рук сустав TM разделен на два сустава для представления двух степеней свободы, например, рука Inmoov (рис. 5F), рука Tact и рука Dextrus. Тем не менее, эта конструкция сделает роботизированную руку непохожей на человеческую.«Шаровые шарниры» — это сферические подшипники, допускающие ограниченный диапазон плавных движений во всех направлениях. Для роботизированных рук «шаровые шарниры» могут использоваться для имитации сустава с более чем одной степенью свободы, например сустава запястья или сустава большого пальца. EthoHand (Konnaris et al., 2016) имеет большой палец с шаровым шарниром, который управляется тремя моторами и шестью сухожилиями (рис. 5G).

В рамках 3D-модели наша роботизированная рука интегрирует механизм «шарового шарнира» в ладонь роботизированной руки (рис. 5D, E). Такая конструкция дает суставам ТМ роботизированной руки возможность двигаться в любом направлении.С помощью двух тросов в этом суставе можно имитировать четыре движения большого пальца: отведение/приведение и сгибание/разгибание. Эта конструкция улучшает функцию захвата роботизированной руки.

Эти роботизированные руки, напечатанные на 3D-принтере, значительно сокращают количество деталей, время и затраты на изготовление копии. Согласно веб-сайту Inmoov, руку Inmoov изготовили более 100 человек. Наша роботизированная рука имеет еще более простую в изготовлении 3D-модель руки. Наша роботизированная рука может быть напечатана на 3D-принтере из семи отдельных частей, включая пять пальцев и две половинки ладони.Семь частей могут быть соединены вместе, чтобы функционировать как роботизированная рука с 15 суставами (рис. 6А). Задняя часть ладони имеет гладкую форму, что представляет собой улучшенный дизайн гибкой руки (Burn et al., 2016), 3D-моделируемой руки с открытым исходным кодом. После объединения моделей из семи частей получается единая часть 3D-модели руки робота (рис. 6В). Эта комбинированная 3D-модель может быть полностью распечатана на 3D-принтере (рис. 6C), что сокращает время сборки и упрощает массовое производство.

Рисунок 6 .3D-модель нашей роботизированной руки (A,B) , 3D-печатная роботизированная рука (C) и приведенная в действие модель роботизированной руки (D) [шесть степеней свободы (DOFs)] (Magnenat Thalmann et al. ., 2017).

Пальцевое управление

Самый простой способ привести пальцы в действие — использовать 16 приводов для управления 16 степенями свободы. Тем не менее, это приведет к тяжелой и сложной системе управления. Применяя ограничения человеческой руки Типа II, мы использовали тросовый метод для управления ею, который подобен руке Dextrus и руке Inmoov.Один трос приводит в действие каждый палец, но большой палец имеет дополнительный трос для приведения (рис. 6D). Предыдущие тесты роботизированных рук с низкой степенью свободы уже показали, что шести или семи степеней свободы достаточно для большинства хватательных жестов (Slade et al., 2015; Konnaris et al., 2016).

Наша роботизированная рука имеет шесть приводов для управления 15 суставами и шестью степенями свободы. Каждый палец руки Надин имеет три подвижных сустава. Нить (нейлон диаметром 0,5 мм с пределом прочности на разрыв 11 кг) проходит через внутреннюю часть всего пальца для управления движением.При натягивании контрольной нити палец будет двигаться, начиная с DIP-сочленения, имеющего наименьшую силу сопротивления из всех суставов пальцев. Мы устанавливаем диапазон движения суставов, как у реальной руки, регулируя длину соединительной части сустава. В таблице 1 показаны углы движения шарнира нашей роботизированной руки (Robotic hand от IMI) по сравнению с другими роботизированными руками и рукой человека.

Таблица 1 . Угол движения сустава кисти.

Система управления движением

В роботизированной руке с тросовым приводом каждый палец обычно управляется двумя тросами и одним мотором.В двигателе используется круглый или двуплечий рупор для протягивания двух тросов. Вращение двигателя приводит в действие движение сгибания/разгибания соответствующего пальца. Наша роботизированная рука поддерживает конструкцию как с двумя, так и с одним кабелем. В конструкции с одним кабелем для управления каждым пальцем используется один трос, который приводит в действие только сгибающее движение пальца. Наша роботизированная рука на 20% меньше руки взрослого человека, что позволяет вставлять руку в силиконовую искусственную кожу нормального размера. Эластичность искусственной кожи вернет пальцы в вытянутое положение после ослабления тросов.Для конструкции с одним кабелем требуется только одноплечий рупор двигателя, который меньше двухплечевого рупора. Кроме того, эта конструкция позволяет нам позиционировать станину серводвигателей ступенчато, в то же время предотвращая любое столкновение между серводвигателями. В результате получается компактная система управления. Конструкция с двумя тросами занимает больше места, но позволяет руке работать без искусственной кожи. В качестве контроллера используется Raspberry Pi II™, посылающий сигналы широтно-импульсной модуляции для управления движением каждого двигателя.

Поскольку в качестве привода в роботе Nadine используется пневматический двигатель, а крутящий момент невелик, вес новой руки должен быть как можно меньше, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на сустав запястья. Наша роботизированная рука весит 150 г, что намного легче любой из существующих рук. Три основные причины: (1) напечатанные на 3D-принтере детали не тяжелые из-за полой конструкции ладони и пальцев. Это также экономит печатные материалы и время печати; (2) серводвигатель, используемый для его привода (HITEC HS-5070MH), всего 12.по 7 г; (3) он может питаться от внешнего источника, что избавляет от необходимости устанавливать батарею внутри руки. В таблице 2 показана масса руки Надин по сравнению с другими роботизированными руками.

Таблица 2 . Масса роботизированной руки.

Дизайн запястья и сервопривод

У нас есть две модели запястий для двух роботов. Модель руки робота изначально имеет разъем для запястья с четырьмя отверстиями, который предназначен для соединения с запястьем робота Надин (рис. 7B). Небольшая сервоплатформа для HITEC HS-5070MH была закреплена на предплечье робота Nadine (рис. 7C).Разъем взаимозаменяем с другой конструкцией, подходящей для других роботов. Для рисунка 7А мы взяли запястье руки Inmoov и сделали его частью нашей модели руки. Мы также увеличили размер пальцев, чтобы они соответствовали новой тонкой искусственной коже рук. Затем мы можем протестировать нашу роботизированную руку с предплечьем руки Inmoov и приводами.

Рисунок 7 . Болтовой соединитель и 3D-модель толстого пальца (A) два испытательных стенда (B) и небольшой испытательный стенд с предплечьем робота Надин (C) .

Силиконовая искусственная кожа

Мы приобрели искусственную кожу рук по индивидуальному заказу у компании по производству силиконовой резины RenShan. Сила, необходимая для движения пальца, оценивается на основе твердости и толщины силикона, используемого для изготовления искусственной кожи. Основываясь на нашем предыдущем опыте испытаний, слишком тонкая искусственная кожа (менее 2 мм) легко рвется во время испытаний на захват. Мы протестировали силиконовую оболочку твердостью 5, 8 и 12° в условиях 1,5, 3 и 5 мм.Мы обнаружили, что двигатель HS-5070MH может полностью управлять только жесткостью 5° и искусственной кожей толщиной 1,5 мм, поэтому мы выбрали эту искусственную кожу для нашего последующего эксперимента.

Ограничение оборудования

Сила захвата взрослого мужчины обычно составляет до 50 кг (Mathiowetz et al., 1985). Это намного выше, чем усилие, которое может производить малогабаритный серводвигатель. Мы искали в Интернете привод небольшого размера и с высоким крутящим моментом. HITEC HS-5070MH имеет размеры 23,6 мм × 11,6 мм × 29 мм и обеспечивает крутящий момент 3.8 кг.см при питании от 7,4 В. Хотя схватывание обеспечивается пятью серводвигателями, значительный крутящий момент потребляется тросовой системой. Таким образом, сила захвата намного меньше, чем у человеческой руки. Самый тяжелый объект, который мы тестировали, — это небольшая жестяная банка весом 200 г (рис. 8H). Наш материал для 3D-печати (PLA) также не выдерживает такой высокой нагрузки и может легко сломаться, если его толщина составляет менее 1,5 мм. Мы попытались использовать штифт размером 1 мм для соединения суставов пальца и обнаружили, что он легко ломается, когда палец приводится в движение цифрой 3.Серводвигатель с крутящим моментом 8 кгсм. Поскольку крутящий момент серводвигателей продолжает увеличиваться, а прочность материалов для 3D-печати постоянно улучшается, эти две взаимосвязанные проблемы должны быть решены в ближайшем будущем. Мы не рассчитывали ни эффективность нашей системы, ни усилие кончика каждого пальца. Они не являются основной целью нашей роботизированной руки. Оценка нашей роботизированной руки будет проводиться путем прямого эксперимента по захвату.

Рисунок 8 . Хватательный эксперимент (силовой захват).

Автономный захват требует точного управления движением.Для глобального управления движением он должен перемещать роботизированную руку не только в подходящее положение для захвата, но и в правильную ориентацию. Для локального движения он должен двигать каждым пальцем, чтобы сформировать запланированные хватательные жесты в правильной последовательности. Однако из-за механической конструкции и допуска приводов, которые управляют рукой и кистью робота Nadine, мы не можем точно контролировать траекторию захвата пальцев. Однако, благодаря совместимому дизайну пальцев, эта рука по-прежнему способна создавать все важные жесты захвата в экспериментах.Мы все еще работаем над точным управлением тросовым методом.

Поверхность напечатанной на 3D-принтере роботизированной руки твердая и гладкая; трудно создать достаточное трение, удерживая тяжелый предмет. Чтобы решить эту проблему, мы добавили Blu Tack в точки контакта, чтобы увеличить коэффициент трения и усилие захвата. Blu Tack — это многоразовый клей, чувствительный к давлению, производимый Bostik, который обычно используется для крепления легких предметов (таких как плакаты или листы бумаги) к стенам или другим сухим поверхностям.Blu Tack удаляется в более поздних экспериментах с искусственной кожей.

Эксперименты

Чтобы оценить общую производительность нашей роботизированной руки, мы провели эксперименты по захвату различных предметов из повседневной жизни. После этого мы тестируем роботизированную руку с искусственной кожей и без нее. И последнее, но не менее важное: эксперименты по захвату были протестированы на роботе Надин с использованием новой роботизированной руки.

Эксперимент по захвату, основанный на таксономии Каткоски

В таксономии человеческих рук Каткоски (Cutkosky, 1989) существует 16 типов хватания, которые имеют разные жесты.Он разделил хватку на две основные категории: мощность и точность. «Мощный захват» делает упор на безопасность и стабильность, тогда как «точный захват» делает упор на ловкость и чувствительность. Эти две категории имеют несколько подкатегорий, основанных на геометрии цели. Для всех тестов на хватание мы помещали целевые объекты в фиксированное положение перед нашей роботизированной рукой, а затем отправляли команду управлять каждым пальцем, чтобы приблизиться к целевому объекту. Несколько жестов были сгенерированы только после нескольких попыток.

Для «мощного захвата» он делится на хватательный и нехватательный в зависимости от того, требуется ли зажим. Нехватательный захват обычно используется для предметов больше, чем рука. Из-за механических ограничений нашей роботизированной руки ее большой палец не может перемещаться в плоскость ладони. Поэтому мы использовали ладонь и четыре пальца в качестве платформы для поддержки цели (рис. 8А). Когда цель должна быть зажата, выбирается цепкий захват, при котором пальцы и ладонь ограничивают объект.Основные геометрические соображения объектов имеют решающее значение. Если объект тонкий, мы используем боковое сжатие, как показано на рисунке 8B. На рисунках 8C,D пальцы окружают объект радиальной симметрии, когда объект компактен, как компакт-диск или мяч. В случае длинного объекта пальцы окружают объект симметрично, как показано на рисунках 8E-I.

«Точный захват» имеет две подкатегории в зависимости от геометрии мишени. Для компактного объекта пальцы поддерживают объект в форме диска и сферы, как показано на рисунках 9A-C.Для длинного предмета большой палец противостоит одному или нескольким пальцам (рис. 9D–G).

Рисунок 9 . Хватательный эксперимент (точный захват).

Анализ захвата зависит от нескольких параметров, таких как сила пальца, жест и трение между рукой и целевым объектом, что делает его трудным и сложным. В этих экспериментах мы сосредоточимся на некоторых важных особенностях роботизированной руки. В заключение, для силового захвата наша роботизированная рука может удерживать объект весом до 300 г и поднимать его устойчивым захватом.Более тяжелые предметы будут препятствовать хватательному жесту, так как движущая сила недостаточна. Это означает, что захват не удается, и объект может выскользнуть. Для точного захвата он может удерживать различные предметы подходящими жестами в зависимости от их формы. Мы тестируем нашу роботизированную руку с большим количеством хватательных жестов (Feix et al., 2009b; Deimel and Brock, 2016).

Эксперименты с захватом искусственной кожи из кремния

Мы тестируем нашу роботизированную руку с искусственной силиконовой кожей. Кожа будет ограничивать движущую силу и, следовательно, может уменьшить диапазон движения пальцев.Однако, по сравнению с первым экспериментом, он сделает роботизированную руку подходящей для робота Надин и достигнет человеческого захвата. Мы протестировали четыре объекта разной формы с двумя распространенными жестами захвата. В опытах мы щипали карточку и ложку. Мы также держали степлер и тонкий цилиндр. Как и в первом эксперименте, мы вручную помещали объекты перед нашей роботизированной рукой и управляли пальцами, чтобы схватить их (рис. 10). Мы все еще работаем с нашим поставщиком над более мягкой и более похожей на человеческую искусственную кожу.

Рисунок 10 . Хватательный эксперимент с искусственной кожей.

Мы испытали нашу роботизированную руку на роботе Надин. Тестовая мишень представляет собой игрушку небольшого размера. Мы использовали построенные движения виртуальной Надин в разделе «Эксперименты с захватом искусственной силиконовой кожи» и применили их к контроллеру робота Надин. Результаты показывают, что робот Nadine может схватить объект в соответствии с нанесенными на график движениями. На рис. 11 представлены четыре скриншота теста захвата робота Надин.

Заключение и будущая работа

Мы описали моделирование и изготовление новой 3D-печатной роботизированной руки для робота-гуманоида. Сначала мы изучили, как работает человеческая рука, а затем попытались воспроизвести важные функции на нашей роботизированной руке. Роботизированная рука имеет простую и практичную конструкцию, которая успешно имитировала большинство человеческих жестов в нашем эксперименте с захватом. Роботизированная рука весит 150 г. Тест показывает, что он может обрабатывать большинство важных конфигураций захвата.Эта роботизированная рука может значительно улучшить общую производительность роботов-гуманоидов.

В будущем мы планируем улучшить его несколькими способами:

• Увеличение силы захвата и уменьшение ошибок движения;

• Интеграция визуального распознавания в свою систему управления для достижения автономного захвата объектов на основе визуальной информации;

• Улучшение хватательной манеры робота Надин и придание ему более естественного человеческого сходства.

Вклад авторов

NT инициировала исследование роботизированной руки Надин, так как она является главным исследователем исследования социальных роботов Надин.LT спроектировала и внедрила аппаратное обеспечение робота Надин вручную и сделала это по последнему слову техники. Все авторы каждую неделю обсуждали исследование и внесли свой вклад в написание и редактирование статьи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Финансирование

Это исследование проводится при поддержке Центра «Быть ​​вместе», созданного совместно Наньянским технологическим университетом (NTU) Сингапура и Университетом Северной Каролины (UNC) в Чапел-Хилл.Центр «Быть ​​вместе» поддерживается Национальным исследовательским фондом при канцелярии премьер-министра Сингапура в рамках Инициативы по финансированию международных исследовательских центров в Сингапуре.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу http://www.frontiersin.org/article/10.3389/frobt.2017.00065/full#supplementary-material.

Сноски

Ссылки

Агур, А.М., и Далли, А.Ф. (2009). Анатомический атлас Гранта .Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.

Академия Google

Белтер, Дж. Т., Сегил, Дж. Л., Доллар, А. М., и Вейр, Р. Ф. (2013). Механическая конструкция и технические характеристики антропоморфных протезов рук: обзор. J. Реабилитация. Рез. Дев. 50, 599–617. doi: 10.1682/Jrrd.2011.10.0188

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бирглен, Л., Лалиберте, Т., и Госселин, К.М. (2007). Роботизированные руки с недостаточным приводом , Vol.40. Спрингер.

Академия Google

Кали, Дж., Калиан, Д.А., Амати, К., Клейнбергер, Р., Стид, А., Каутц, Дж., и соавт. (2012). 3D-печать неразборных шарнирных моделей. ACM Trans. График 31:130. дои: 10.1145/2366145.2366149

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Каталано М. Г., Гриоли Г., Фарниоли Э., Серио А., Пьяцца К. и Бикки А. (2014). Адаптивная синергия для проектирования и управления Pisa/IIT SoftHand. Междунар.Дж. Робот. Рез. 33, 768–782. дои: 10.1177/0278364913518998

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Каммингс, Д. (1996). Протезирование в развивающихся странах: обзор литературы. Протез. ортот. Междунар. 20, 51–60. дои: 10.3109/03093649609164416

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Каткоски, М. Р. (1989). На выбор хвата, модели хвата и дизайн рук для производственных задач. IEEE Trans. Робот. автомат. 5, 269–279.дои: 10.1109/70.34763

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

де Ваард, М., Инджа, М., и Виссер, А. (2013). Анализ плоской местности для робота Atlas. Доклад, представленный на 5-м открытом международном симпозиуме RoboCup в Иране (RIOS) по искусственному интеллекту и робототехнике, 3-я совместная конференция , 2013 г. . doi:10.1109/РИОС.2013.6595324

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Деймель, Р., и Брок, О. (2016). Новый тип податливой и малоактивной роботизированной руки для ловкого захвата. Междунар. Дж. Робот. Рез. 35, 161–185. дои: 10.1177/0278364915592961

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фейкс Т., Павлик Р., Шмидмайер Х.-Б., Ромеро Дж. и Крагич Д. (2009a). Полная таксономия понимания. Доклад, представленный на семинаре «Робототехника, наука и системы: понимание человеческой руки для продвижения роботизированных манипуляций» . Доступно по адресу: www.csc.kth.se/grasp/taxonomyGRASP.pdf

Академия Google

Фейкс, Т., Павлик Р., Шмидмайер Х.-Б., Ромеро Дж. и Крагич Д. (2009b). Полная таксономия понимания. Доклад, представленный на семинаре «Робототехника, наука и системы: понимание человеческой руки для продвижения роботизированных манипуляций» . Доступно по адресу: www.csc.kth.se/grasp/taxonomyGRASP.pdf

Академия Google

Калганова Т., Акюрек Э., Мухтар М., Стил Л., Симко М., Ниммо А. и др. (2015). Новый процесс проектирования дешевого 3D-печатного двурукого пальца, предназначенного для двурукой роботизированной руки , 14:475–488.

Академия Google

Коннарис, К., Гавриэль, К., Томик, А.А.К., и Фейсал, А.А. (2016). «EthoHand: ловкая роботизированная рука с шаровидным большим пальцем позволяет выполнять сложные манипуляции с предметами в руке», в 6-й Международной конференции IEEE по биомедицинской робототехнике и биомехатронике (BioRob), , 1154–1159, 2016 г. doi:10.1109/BIOROB.2016.7523787

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Контоудис Г. П., Лиарокапис М. В., Цисиматос А. Г., Маврояннис К.И. и Кириакопулос, К. Дж. (2015). Антропоморфные роботизированные руки с открытым исходным кодом и избирательно блокируемым дифференциальным механизмом: на пути к доступным протезам. Доклад, представленный на Международной конференции IEEE/RSJ 2015 г. по интеллектуальным роботам и системам (IROS), посвященной , 5857–5862. doi:10.1109/IROS.2015.7354209

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лин, Дж., Ву, Ю. и Хуанг, Т.С. (2000). «Моделирование ограничений движений рук человека», в Workshop on Human Motion, Proceedings (Los Alamitos, CA: IEEE), 121–126.

Академия Google

Лоу, В. (2006). Ортопедическая оценка в массажной терапии . Дэвио Скотт.

Академия Google

Магненат Тальманн, Н., Тиан, Л., и Яо, Ф. (2017). «Надин: социальный робот, который может локализовать объекты и хватать их по-человечески», в Front. Электрон. Том. 433, Техн. Примечания к лекциям по электротехнике , (редакторы) С. Прабахаран, Н. Тальманн и В. Канчана Бхааскаран (Сингапур: Springer) 1–23. дои: 10.1007/978-981-10-4235-5_1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мальбран, доктор медицины (2011). Всемирный доклад об инвалидности. J. Политическая практика. Интел. Инвалид. 8, 290–290. doi:10.1111/j.1741-1130.2011.00320.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Матиовец В., Кашман Н., Волланд Г., Вебер К., Доу М. и Роджерс С. (1985). Сила захвата и защемления: нормативные данные для взрослых. Арх. физ. Мед. Реабилит. 66, 69–74.

Реферат PubMed | Академия Google

Медынский, с.и Рэттрей Б. (2011). Дизайн протезов Bebionic. Материалы конференции MEC’11 . УНБ.

Академия Google

Мельхиорри, К., Палли, Г., Берселли, Г., и Вассура, Г. (2013). Разработка UB hand IV: обзор проектных решений и обеспечивающих технологий. Робот IEEE. автомат. Маг. 20, 72–81. doi:10.1109/MRA.2012.2225471

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Метта Г., Сандини Г., Вернон Д., Натале Л. и Нори Ф.(2008). Гуманоидный робот iCub: открытая платформа для исследований в области телесного познания. Документ, представленный на материалах 8-го семинара по показателям производительности для интеллектуальных систем (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ACM), 50–56.

Академия Google

Мори, М. (1970). Зловещая долина. Энергия 7, 33–35.

Академия Google

Нидхэм, Дж. (1974). Наука и цивилизация в Китае: исторический обзор, от киноварных эликсиров до синтетического инсулина , Vol.2. Издательство Кембриджского университета.

Академия Google

Перси Р. и Тимбс Дж. (1840 г.). Зеркало литературы, развлечений и обучения , Vol. 35. Лондон: Дж. Лимберд.

Академия Google

Филлипс Б., Зингалис Г., Риттер С. и Мехта К. (2015). Обзор современных протезов верхних конечностей для условий с ограниченными ресурсами. Документ, представленный на Глобальной конференции по гуманитарным технологиям (GHTC) (Сиэтл, Вашингтон: IEEE), 52–58.

Академия Google

Рискин, Дж. (2016). Беспокойные часы: история многовекового спора о том, что заставляет тикать живые существа . Издательство Чикагского университета.

Академия Google

Росхайм, Мэн (1994). Эволюция роботов: развитие антропотехники . Джон Уайли и сыновья.

Академия Google

Ротлинг Ф., Хашке Р., Стейл Дж. Дж. и Риттер Х. (2007). Платформа переносная антропоморфная хватка с билефельдом 20 степеней тени и 9 степенями свободы руки. Документ, представленный на конференции Intelligent Robots and Systems, 2007. IROS 2007. Международная конференция IEEE/RSJ по , 2951–2956. doi:10.1109/IROS.2007.4398963

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сакагами Ю., Ватанабэ Р., Аояма К., Мацунага С., Хигаки Н. и Фуджимура К. (2002). Интеллектуальный ASIMO: обзор системы и интеграция. Документ, представленный на конференции «Интеллектуальные роботы и системы», 2002 г. Международная конференция IEEE/RSJ по , 2478–2483.doi:10.1109/IRDS.2002.1041641

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Солсбери, Дж. К., и Рот, Б. (1983). Кинематический и силовой анализ шарнирных механических рук. Дж. Мех. Трансм. автомат. Дес. 105, 35–41. дои: 10.1115/1.3267342

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Слейд П., Ахтар А., Нгуен М. и Бретл Т. (2015). «Такт: дизайн и характеристики доступного миоэлектрического протеза руки с открытым исходным кодом», в 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) , 6451–6456.doi:10.1109/ICRA.2015.7140105

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Таваколи, М., Саюк, А., Лоренсу, Дж., и Нето, П. (2017). Антропоморфный палец для захвата: 3D-печатный эндоскелет в мягкой коже. Междунар. Дж. Адв. Произв. Технол. 91, 2607–2620. дои: 10.1007/s00170-016-9971-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сюй З., Кумар В. и Тодоров Э. (2013). Недорогая и модульная антропоморфная роботизированная рука с 20 степенями свободы: проектирование, приведение в действие и моделирование. Доклад, представленный на 13-й Международной конференции IEEE-RAS по роботам-гуманоидам (гуманоидам), 2013 г., посвященной , 368–375. doi:10.1109/ГУМАНОИДЫ.2013.7030001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сюй З. и Тодоров Э. (2016). «Проектирование антропоморфной роботизированной руки с высокой степенью биомиметичности для регенерации искусственных конечностей», в Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA), 2016 г., , 3485–3492. doi:10.1109/ICRA.2016.7487528

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Создание собственного робота — Razor Robotics

Итак, вы заинтересованы в создании собственного робота? Ну не смотрите дальше.Сделать робота может быть намного проще, чем вы думаете…

Чтобы вам было проще найти подходящее руководство по сборке роботов, мы разделили эту страницу на две части. Первый содержит подробные инструкции по созданию вашего первого робота, он идеально подходит для новичков. Второй раздел предназначен для более продвинутых пользователей, которые уже знакомы с построением электронных схем.

  1. Простые «неинтеллектуальные» роботы
  2. «Умные» роботы

Простые «неинтеллектуальные» роботы


Простые роботы часто называют роботами BEAM.Робототехника BEAM — это исследование и разработка простых биологически вдохновленных роботов. Слово «BEAM» является аббревиатурой от B iology, E lectronics, A эстетики и M механики. Роботы BEAM обычно используют аналоговые схемы (вместо цифровых), заменяя сложные микропроцессоры простыми компараторами напряжения, которые используются для интерпретации показаний датчиков и принятия решений о действиях роботов. Есть много преимуществ и недостатков, связанных с отсутствием использования микропроцессора.Преимущества: скорость выполнения, снижение энергопотребления и простота тестирования. Главный недостаток: трудности в принятии решений.

Рекомендуемые книги

Несмотря на то, что в Интернете есть много отличных руководств по созданию роботов, мы советуем всем, кто интересуется созданием роботов или изучением их внутреннего устройства, приобрести одну из многочисленных блестящих книг по робототехнике. Для начинающих рекомендуем книги: «Робототехника, мехатроника и искусственный интеллект: экспериментальные блоки схем для дизайнеров» (2001) Ньютона К.Брага и «Хламботы, жуки-боты и боты на колесах: создание простых роботов с помощью технологии BEAM» (2002 г.) Дэвида Хринкива и Марка Тилдена . Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим путеводителем по лучшим книгам по робототехнике.

Руководства по началу работы

Создание «интеллектуальных» роботов


В данном контексте «интеллектуальные» роботы — это роботы, способные ощущать окружающую среду, принимать решения и затем выполнять действия на основе этих решений. Эту методологию контроля часто называют Sense-Plan-Act.

Книги

Хотя в Интернете есть много хороших руководств по созданию роботов, мы советуем всем, кто заинтересован в создании роботов или в получении дополнительной информации о его внутреннем устройстве, приобрести одну из многих доступных блестящих книг по робототехнике. Для робототехников среднего / продвинутого уровня мы рекомендуем книгу: «Создание роботов среднего уровня» (2010 г.) Дэвида Кука . Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим путеводителем по лучшим книгам по робототехнике.

Руководства по началу работы

Программное обеспечение для роботов

Помните, что если вы не можете купить комплект робота или детали, необходимые для самостоятельного изготовления, не беспокойтесь! На нашей странице программного обеспечения для роботов обсуждается ряд бесплатных программных инструментов, которые вы можете загрузить и начать экспериментировать с роботами уже сегодня.

Наборы роботов

Один из лучших способов узнать о робототехнике — это взяться за руки и собрать собственного робота. Ниже вы найдете список комплектов роботов, которые мы тщательно отобрали и рассмотрели. Всем новичкам в робототехнике мы настоятельно рекомендуем начать с Lego Mindstorms NXT. Нет другого доступного робота, с которым было бы легко начать работу для новичков и который был бы достаточно универсальным, чтобы позволить более опытным робототехникам адаптировать и расширить возможности роботов.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о доступных наборах роботов

Как сделать робота дома: простой проект для детей

Что за заголовок? Вы можете себе представить разочарование родителей, когда их ребенок спрашивает их, как построить робота. Кажется, в воображаемом «Руководстве для родителей» написано, что каждый ребенок хотя бы раз задает этот вопрос своим родителям. (Это прямо там, в Главе 6: Вопросы без ответов, которые задает каждый ребенок. Это прямо рядом с «Если бы акула и медведь подрались, кто бы победил?»)

Если родители не знают, как делать роботов дома, как это может быть простым проектом для детей? Вы чувствуете разочарование, потому что знаете, что это поучительный момент.Вы хотите воспользоваться этим. Но вы также не могли запрограммировать кофейник вчера вечером, чтобы приготовить себе чашку кофе сегодня утром, так что вы знаете, что вам не по зубам настоящий робот.

Конечный результат: проект вашего ребенка сделай сам может превратиться в безжизненную мерзость из коробок Amazon прошлой недели, половины рулона клейкой ленты и всей оловянной фольги, которая вам понадобилась на ужин сегодня вечером. Пицца это!

Минуточку! Так быть не должно. Вы можете воспользоваться этим обучающим моментом, не будучи технически подкованным.Существуют наборы STEM для детей, которые превращают домашнюю робототехнику в действительно простой проект для любознательных умов.

Могут ли дети сделать робота самостоятельно?

Фото InstaWalli из Pexels

Глупые родители! Конечно, они могут сделать своего собственного робота! Существовал бы этот пост в блоге, если бы они не могли? Наши эксперты в области технологий и образования разработали простое пошаговое руководство по созданию анимированного робота, которое могут сделать дети, обладающие врожденным любопытством к решению задач.Это занятие позволит им играть и учиться, занимаясь робототехникой для детей. Они будут создавать электронное устройство, которое может взаимодействовать с окружающей средой и дистанционно управляться голыми руками.

Вам вообще не нужно освежать свои знания в области робототехники или мехатроники, потому что этот проект очень прост с наборами робототехники для детей. Наслаждайтесь чашкой кофе из чайника со слишком большим количеством кнопок и наблюдайте, как ваш ребенок превращается в инженера. Сюрприз! Они могут построить робота с нуля.(Вы найдете это в воображаемом Справочнике для родителей в главе 10: «Времена, когда наши дети заставляли нас гордиться тем, что мы думали, что они не могут».)

Как сделать робота WiFi

Пришло время позволить вашему ребенку собрать своего первого робота (паяльник не требуется!). Давайте рассмотрим мельчайшие детали того, как построить робота в домашних условиях с помощью простого набора DIY STEM и руководств экспертов Thimble. Они даже смогут управлять этим роботом с помощью планшета или другого устройства. Прежде чем они начнут, поймите, что робототехника для детей — это процесс обучения.Неудача на определенных этапах является нормой во всем, и научные проекты «сделай сам» не являются исключением. Ваш ребенок более вынослив, чем вы думаете, и он будет отряхиваться и продолжать затыкаться. Наши гуру могут ответить на их вопросы во время бесплатных занятий в прямом эфире два раза в неделю. Давайте начнем!

Фото Келли Сиккема из StockSnap

Тема: Робототехника и мехатроника
Требуется пайка? №

Продолжительность проекта: 3+ часа

Уровень навыка: 10+

Шаг 1. Распакуйте набор для самостоятельной сборки STEM

Единственное, что может быть лучше обучения сборке робота, — это смотреть, как люди распаковывают вещи на YouTube, верно? К счастью для вашего ребенка, шаг 1 этого руководства по созданию роботов включает в себя распаковку комплекта STEM для самостоятельной сборки.Проверьте все маленькие кусочки (но не потеряйте их). Найдите открытку с инструкциями и подготовьте своего ребенка к тому, чтобы почувствовать себя Тони Старком.

Шаг 2. Готово. Набор. Ардуино.

Во-вторых, ваш ребенок загрузит программное обеспечение под названием Arduino IDE. Это программное обеспечение будет использоваться для программирования маленькой красной платы в наборе, называемом (сюрприз) платой Arduino. Плата Arduino — это та часть, которая позволит этому типу роботов понимать инструкции. Эта плата подключается прямо к компьютеру с помощью кабеля mini USB из комплекта.Модуль онлайн-обучения Thimble сделает все пугающие «кодирование» частей робототехники для детей проще простого.

Этот комплексный модуль знакомит вашего маленького инженера с некоторыми основными возможностями открытого программного обеспечения Arduino. В нем рассматриваются некоторые термины, которые им необходимо знать, чтобы понять, как построить робота, способного следовать инструкциям. Пошаговые иллюстрированные обучающие модули упрощают изучение робототехнических наборов Thimble для детей. Они узнают все термины, которые им необходимо понять, включая такие термины, как набросок, проверка и компиляция.Модуль также предложит вашему ребенку загрузить определенные «библиотеки» заранее написанного кода, который он будет использовать для управления роботом.

Шаг 3. Использование инфракрасных (ИК) волн

Мы можем помочь вашему ребенку сделать действительно крутые игрушки, но мы также очень хорошо разбираемся в STEM-образовании. Итак, следующий шаг включает в себя мини-урок по инфракрасным и электромагнитным волнам. Мы добавим немного окружности и скорости, встряхнем все это, а затем проиллюстрируем, как эти темы STEM связаны с тем, как построить робота.(Спойлер: мы будем использовать инфракрасный энкодер, чтобы измерить, насколько далеко вращается двигатель. Ура для обучения!)

Шаг 4. Калибровка модулей линейного поиска

Потерпите нас — мы знаем, что этот шаг звучит заманчиво — но если мы скажем вам, что он начинается с маркера и листа бумаги, снизит ли это фактор страха? Эти маленькие синие квадратики — это модули, которые подключаются к любой цифровой розетке с помощью кабелей, входящих в комплект STEM. (На самом деле для этой простой сборки робота вашему ребенку не понадобится ничего, чего бы НЕ было в комплекте.) Модули линейного поиска также частично работают с инфракрасной технологией. Ваш ребенок загрузит несколько фрагментов кода, чтобы помочь этим искателям линий работать так, как они хотят, на своем самодельном роботе.

Шаг 5. Прикрепите все детали к основанию (также известному как шасси) робота

Вероятно, это тот шаг, который представляют себе дети, когда представляют себе, как построить робота. Он соединяет детали с помощью винтов и гаек и соединяет их все вместе. Начните шаг 5 с установки искателей линий на шасси.Затем установите двигатели, а затем специальные энкодеры робота (сделанные из наклеек и плоских дисков). Помните урок инфракрасного излучения, который у нас был ранее? Это сцепление, чтобы понять назначение специальных колес энкодера.

Чтобы придать роботу баланс, добавьте третье колесо в передней части основания. Одна из самых сложных частей при выяснении того, как сделать роботов дома, — это решить, как дать им энергию и как заставить роботов двигаться. Следующие несколько частей, которые они прикрепят, помогут сделать именно это.

Прикрепите аккумуляторный отсек к передней части шасси. Затем вставьте драйвер двигателя 12C в середину шасси. Здесь будет некоторая базовая проводка, так как ваш ребенок подключает драйвер двигателя к самим двигателям. Наконец, ваш ребенок готов установить плату Arduino на шасси. Крепить его будут тремя основными тросиками (разумеется, есть в комплекте). И Вуаля! Они успешно завершили аппаратную сборку своего первого простого робота.

Как управлять роботом Wi-Fi

Страшная часть сборки робота в домашних условиях завершена, и все, что осталось, — последний шаг: дайте ему несколько указаний! Здесь в игру вступает бит программного обеспечения.Ваш ребенок откалибрует двигатель с помощью программы Automagic Calibration Program. Этот маленький шаг настолько прост, что кажется волшебством. Именно здесь эти причудливые искатели линий и наклейки на колесах также работают вместе для некоторой IR Magic. (Много волшебства, хорошо?) Подключите робота к модулю Wi-Fi. Вы будете использовать этот модуль Wi-Fi для размещения веб-сервера. Элементы управления роботом появятся на веб-сервере следующим образом:

.

Робототехника для детей потрясающая своей универсальностью.Этот проект настраивается несколькими способами. Наш обучающий портал расскажет вашему ребенку, как настроить шрифт и цвета кнопок управления. Хотя этот простой программируемый мобильный робот не может принимать автономные решения и не обладает искусственным интеллектом, как у роботов на телевидении, им можно управлять удаленно с помощью планшета, мобильного телефона или компьютера. Это довольно круто для робота, который ваш ребенок собрал дома!

Вам не нужно съеживаться, если ваш ребенок спрашивает, как собрать робота, потому что набор Wifi Robot от Thimble успешно покажет ему, как сделать робота дома — фольга не требуется.Похоже, ты на крючке на ужин.

Собери собственного робота – Академия DIY Otto

Вы еще не зачислены на этот курс.

Уровень сложности:: BEGINNER , для всех возрастов Предпосылки: откл
Требования: Компьютер, предпочтительно Окна Материалы: Любой Отто DIY Builder Kit
Предмет: Механика

Описание курса :

Otto — интерактивный робот, которого может сделать каждый! робот 🤖, который приближает людей всех возрастов к технологиям. Благодаря практическому изготовлению вы узнаете логическую связь между механическими компонентами, дизайном, электроникой и кодом . Otto действительно с открытым исходным кодом как в аппаратном, так и в программном обеспечении , поощряя всех в мире изобретать свои собственные версии, добавляя больше функций и возможностей. Otto делает робототехнику проще и эффективнее для разных классов, возрастных групп и предметов.

Сборка роботов — это весело, легко, и с этим может справиться практически каждый, если у вас есть под рукой нужные инструменты.Наш курс познакомит вас с инструментами и методами, которые вам понадобятся, чтобы начать создавать роботов

.

Этот класс был разработан с учетом абсолютных новичков и детей (как девочек, так и мальчиков) и пытается разбить сложные понятия на простые кусочки. Он охватывает технологии, которые вам необходимо знать для создания простых маленьких роботов, которые ходят, и сложных роботов, использующих микроконтроллеры и датчики. Присоединяйтесь к нам в диком мире робототехники с Отто, где вы научитесь создавать своего собственного робота.Это методология, которую мы применяли в течение многих лет на семинарах.

Цели обучения:
  • Собери собственного робота.
  • Пробудите интерес к Отто и его развлекательным возможностям.
  • Приобретите перекрестное обучение, например экологическое образование.
  • Открытие мира робототехники через Отто.
  • Улучшение когнитивного и физического психомоторного обучения .
  • Использование образовательных технологий.
  • Получите поддержку сообщества Otto Builder.

Как Йоки Мацуока создала современную роботизированную руку и чему мы можем научиться у нее

Примечание редактора: Йоки Мацуока, бывший профессор компьютерных наук Вашингтонского университета, является одним из героев новой книги Роберта Грина Mastery, которая должна быть опубликована на этой неделе. Этот отрывок перепечатан с разрешения Viking Press.

Йоки Мацуока, бывший профессор информатики UW, стал вице-президентом по технологиям Nest, компании, которая продает интеллектуальный цифровой термостат.

Чтобы изучить предмет или навык, особенно сложный, мы должны погрузиться во многие детали, методы и процедуры, которые являются стандартными для решения задач. Однако, если мы не будем осторожны, мы застрянем в том, чтобы видеть каждую проблему одинаково, используя те же методы и стратегии, которые так запечатлелись в нас. Изучая жизнь Йоки Мацуока, пионера революционной нейроботики, мы видим, как эта истина воплощается в жизнь.

У Йоки всегда было ощущение, что она отличается от других.Дело было не столько в том, как она одевалась или выглядела, сколько в ее интересах, которые отличали ее от других. Будучи подростком в Японии в начале 1980-х, от нее ожидалось, что она сосредоточится на конкретном предмете, который она превратит в карьеру. Но когда она стала старше, ее интересы только расширились. Она любила физику и математику, но ее также привлекали биология и физиология. Она также была талантливой спортсменкой с будущим профессиональной теннисистки, пока травма не оборвала это. Вдобавок ко всему, она любила работать руками и возиться с машинами.

К ее большому облегчению, когда она начала свое обучение в Калифорнийском университете в Беркли, она наткнулась на предмет, который, казалось, открывал множество более широких вопросов, которые могли бы удовлетворить ее ненасытные, широкие интересы — относительно новую область робототехники. После завершения учебы в бакалавриате, желая продолжить изучение этого предмета, она поступила на магистерскую программу по робототехнике в Массачусетском технологическом институте. В рамках своей работы в отделе она должна была помогать в проектировании крупномасштабного робота, который они строили, и вскоре она решила работать исключительно над дизайном рук робота.Она всегда была очарована сложностью и силой человеческой руки, и, имея возможность объединить столько своих интересов (математика, физиология и строительство), казалось, что она наконец нашла свою нишу.

Однако, приступив к работе над руками, она еще раз осознала, насколько отличается ее образ мыслей. Остальные студенты факультета были в основном мужчинами, и они, как правило, сводили все к инженерным вопросам — как наполнить робота как можно большим количеством механических опций, чтобы он мог двигаться и действовать разумно по-человечески.Они думали о своем роботе как о машине. Чтобы построить его, нужно было решить ряд технических проблем и создать своего рода движущийся компьютер, который мог бы имитировать некоторые основные модели мышления.

У Мацуока был совсем другой подход. Ей хотелось создать что-то максимально реалистичное и анатомически правильное. Это было настоящим будущим робототехники, и для достижения такой цели нужно было заняться вопросами гораздо более высокого уровня — что делает что-либо живым и органически сложным? Для нее изучение эволюции, физиологии человека и неврологии было так же важно, как и погружение в инженерное дело.Возможно, это усложнит ее карьерный путь, но она будет следовать собственным наклонностям и смотреть, к чему они ведут.

Приступая к разработке, Мацуока приняла ключевое решение: она должна начать с создания модели роботизированной руки, которая максимально точно воспроизведет человеческую руку. Пытаясь справиться с такой огромной задачей, она была бы вынуждена по-настоящему понять, как функционирует каждая часть. Например, пытаясь воссоздать все различные кости руки, она наткнулась на всевозможные, казалось бы, не относящиеся к делу неровности и бороздки.Кость на суставе указательного пальца имеет выпуклость, которая делает ее больше с одной стороны. Изучая одну эту деталь, она обнаружила ее функцию — давать нам возможность хватать предметы в центре руки с большей силой. Казалось странным, что такая шишка возникла специально для этой цели. Вероятно, это была какая-то мутация, ставшая частью нашей эволюции, поскольку рука становилась все более важной в нашем развитии.

Автор Роберт Грин

Продолжая в том же духе, она работала над ладонью своей роботизированной руки, которая, по ее мнению, во многих отношениях была ключом к дизайну.Для большинства инженеров роботизированные руки были созданы для оптимальной мощности и маневренности. Они будут встраивать всевозможные механические варианты, но чтобы это заработало, им придется упаковать все моторы и кабели в самое удобное место, на ладонь, сделав ее абсолютно жесткой. После разработки таких рук они затем передавали их инженерам-программистам, чтобы они попытались выяснить, как вернуть маневренность. Однако из-за встроенной жесткости большой палец никогда не сможет касаться мизинца, и инженеры неизбежно окажутся с такой же очень ограниченной роботизированной рукой.

Мацуока начал с другого конца. Ее цель состояла в том, чтобы выяснить, что делает руку ловкой, и было ясно, что одним из важнейших требований была гибкая, изогнутая ладонь. Размышляя об этом более высоком уровне, стало ясно, что двигатели и кабели должны быть размещены где-то еще. Вместо того, чтобы повсюду забивать руку моторами, чтобы все могло двигаться, она определила, что самой важной маневренной частью руки является большой палец, ключ к нашим хватательным навыкам. Вот куда бы она приложила больше сил.

Она продолжала идти по этому пути, открывая все новые и новые детали чудесной механики человеческой руки. Поскольку она работала таким своеобразным образом, другие инженеры насмехались над ней и ее странным биологическим подходом. Какая пустая трата времени, сказали бы они ей. В конце концов, однако, то, что она назвала своей анатомически правильной рукой на испытательном стенде, вскоре стало образцом для отрасли, открыв совершенно новые возможности для протезов рук, оправдав ее подход и получив известность и признание за ее инженерные навыки.

Однако это было только началом ее стремления понять органическую природу руки и буквально воссоздать ее. Получив степень магистра робототехники, она вернулась в Массачусетский технологический институт, чтобы получить докторскую степень в области неврологии. В настоящее время, вооружившись глубокими знаниями о нейросигналах, которые делают связь руки с мозгом такой уникальной, она преследует цель создания протеза руки, который может на самом деле подключаться к мозгу, действовать и чувствовать себя так, как будто он настоящий.

Во многих областях мы можем увидеть и диагностировать одно и то же психическое заболевание, которое мы будем называть техническим замком .Решая задачи по стандартному маршруту, мы зацикливаемся на решении проблем по укоренившемуся стандартному маршруту, который всегда проще. В процессе мы теряем из виду общую картину, цель того, что мы делаем, то, что каждая проблема, с которой мы сталкиваемся, отличается и требует другого подхода. Мы принимаем своего рода туннельное видение. Эта техническая блокировка поражает людей во всех областях, поскольку они теряют представление об общей цели своей работы, о более важном вопросе, о том, что в первую очередь побуждает их выполнять свою работу.

Йоки Мацуока нашла решение, которое вывело ее на передний план в своей области. Это стало реакцией на инженерный подход, преобладавший в робототехнике. Ее разум, естественно, работает лучше в больших масштабах, постоянно размышляя о связи между вещами на высоких уровнях — что делает человеческую руку такой удивительно совершенной, как рука влияет на то, кто мы есть и как мы думаем. С этими большими вопросами, лежащими в основе ее исследований, она избегает узкого внимания к техническим вопросам, не понимая общей картины.Мышление на таком высоком уровне освобождает разум для исследования со всех сторон: почему кости руки расположены именно так? Что делает ладонь такой податливой? Как осязание влияет на наше мышление в целом? Это позволяет ей вникать в детали, не теряя понимания «почему».

Вы также должны сделать это образцом для своей работы. Ваш проект или проблема, которую вы решаете, всегда должны быть связаны с чем-то большим — большим вопросом, всеобъемлющей идеей, вдохновляющей целью.Всякий раз, когда ваша работа начинает казаться устаревшей, вы должны вернуться к большей цели и цели, которая побудила вас в первую очередь. Эта большая идея управляет вашими меньшими путями исследования и открывает для вас еще много таких путей. Постоянно напоминая себе о своей цели, вы предотвратите фетишизацию определенных техник или чрезмерное увлечение тривиальными деталями.