Исследователи из Tecnologico de Monterrey в Мексике недавно создали недорогую роботизированную руку, которая может улучшить онлайн-обучение робототехнике, позволяя учителям дистанционно демонстрировать теоретические концепции, изложенные во время их уроков. Эта роботизированная рука, представленная в статье, опубликованной в Hardware X , имеет полностью открытый исходный код и может быть легко собрана всеми учителями и преподавателями во всем мире.
«Этот проект начался во время вспышки COVID-19 еще в марте 2020 года», — сказал TechXplore Виктор Х. Бенитес, один из исследователей, проводивших исследование. «Узнав о прямой и обратной кинематике и ее приложениях, два студента, Родриго Симондс и Дэвид Элгезабал, пришли ко мне с идеей создания двухзвенного робота-манипулятора с возможностями Интернета вещей в качестве проекта для своего класса робототехники».
Бенитес и его ученики намеревались создать доступного робота, который можно было бы собрать вне лабораторных условий (то есть без необходимости в передовых инструментах и оборудовании), но который можно было бы использовать для демонстрации сложных концепций робототехники в физической среде. Примером этих концепций является кинематика, математический процесс, лежащий в основе движений роботов, который ученикам может быть трудно понять, когда им объясняется только теоретически (т. Е. Без каких-либо физических демонстраций).
«Наша роботизированная рука использует математический процесс, называемый кинематикой, — пояснил Бенитес. «Прямая кинематика состоит из использования матриц с желаемыми значениями углов сочленения для определения положения конечного эффектора. Мы использовали соглашение Денавита-Хартенберга для реализации этого поведения в роботе. отношения между длинами и углами для расчета того, как суставы руки должны двигаться, чтобы концевой эффектор достиг заданной точки или траектории в пространстве ».
Траектория, которой должна следовать роботизированная рука, чтобы переместить конечный эффектор (т. Е. Интересующий объект) в определенное место, определяется конкретными координатами или параметрическими функциями. В этом контексте конечным эффектором может быть любой объект, который рука пытается переместить, например маркер, лазер или даже роботизированный захват.
В отличие от других существующих роботов-манипуляторов, этот манипулятор имеет низкие производственные затраты. Он также может быть подключен к источникам Wi-Fi и может управляться удаленно через онлайн-приложение. Это делает его идеальным для удаленного обучения, так как позволяет учителям и ученикам, которые общаются через Интернет, экспериментировать с одной рукой. Кроме того, программа, на которой он основан, позволяет пользователям легко получать доступ к каждой команде и параметру, определяющим движения руки, что может дополнительно способствовать обучению и улучшить понимание каждым учеником процессов, лежащих в основе поведения робота.
Роботизированная рука состоит из четырех основных компонентов: электромеханической конструкции руки, системы управления, модуля связи Wi-Fi и человеко-машинного интерфейса. Это полностью открытый исходный код и возможность модификации, что означает, что преподаватели во всем мире могут получить доступ к его дизайну и адаптировать его в соответствии со своими конкретными потребностями. Используя эту руку, учителя могут продемонстрировать многие концепции робототехники, а также затронуть другие темы, связанные с математикой, 3-D печатью, информатикой и программированием.
«Наш робот был разработан в первую очередь для образовательных целей, — сказал Бенитес. «Педагоги могут легко использовать и модифицировать роботизированную руку, чтобы обучать студентов применению многих тем, упомянутых в их уроках, даже когда они сталкиваются с трудностями онлайн-образования».
Недавняя работа Бенитеса и его учеников показывает, что создание полезного и эффективного робота с использованием доступных электронных компонентов и приводов возможно. Когда исследователи оценили свою роботизированную руку, они обнаружили, что это очень эффективный инструмент для демонстрации теоретических концепций как в лабораторных условиях, так и удаленно. Педагоги во всем мире вскоре смогут начать использовать его для обучения студентов в Интернете более увлекательными способами, обеспечивая наглядную демонстрацию теоретических тем, изучаемых во время уроков.
«В настоящее время группа студентов разрабатывает вторую версию этого робота с нашей помощью и нашими рекомендациями», — сказал Бенитес. «Они будут обновлять робота и улучшать производительность и надежность оригинальной конструкции, не жертвуя его преимуществами (низкая цена, интеграция с Интернетом вещей, образовательные цели). Мы стремимся к балансу между ценой и полезностью, чтобы этот проект можно было применять в много разных способов «.