Электронный конструктор Амперка Электроника для начинающих (часть 2)

Электронные конструкторы – это набор деталей, из которых можно собрать электрические схемы и модели устройств. Они позволяют оживить результаты своего труда, создавая роботов, двигающиеся машины, вентиляторы. Ребенок не только научиться конструировать, но и получит знания о схемах, транзисторах, диодах.

Arduino: высокотехнологичный конструктор

«Ардуино» представляет собой плату на микроконтроллерах с множеством контактов и собственным процессором. Плата является основой, к которой можно подключать довольно большое количество так называемых шилдов (от англ. shield — щит), расширяющих функциональность платы. Используется она в системах автоматизации процессов, но может также запросто применяться и в робототехнике. Областей деятельности платы «Ардуино» очень много. Но популярность она получила среди радиолюбителей именно как недорогой, но простой и очень многофункциональный конструктор.

Заставить «Ардуино» работать как нужно можно с помощью программирования. Процесс этот легок, и с ним справится даже новичок. А если пользователь обладает навыками языка С++, то запрограммировать плату получится очень просто и быстро.

Главным плюсом платы является возможность присоединения к ней неограниченного количества периферийных устройств, тем самым можно добиться максимальной автоматизации работы. Кроме того, если у новичка что-нибудь не будет получаться, это не беда. В сети существует огромное количество сообществ с массой информации и инструкций по программированию и подключению. «Ардуино» для начинающих радиолюбителей – это замечательный выбор.

Следует отметить, что конструктор работает на свободном программном обеспечении (например, специальный дистрибутив Linux), поэтому доплачивать за ОС и софт не придется.

Самодельный конструктор из плотного картона

Вы когда-нибудь задумывались о том, куда можно применить упаковочные ящики из плотного картона? Любая рукодельница и мастерица найдет применение даже самой ненужной вещи. Из такого материала можно смастерить много интересных поделок. Но сегодня мы остановимся на очень интересном конструкторе, который достаточно легко получается сделать их упаковочного картона. Поверьте, такая интересная игра увлечет не только вашего ребенка, но и взрослым будет интересна необычная идея.

Что потребуется для работы? Минимум материала:

• один большой картонный ящик (лучше чистый и из более плотной бумаги);
• ножницы или канцелярский нож;
• линейка и карандаш;
• клей ПВА;
• акварельные краски или гуашь, кисточка, емкости для краски.

Итак, берете ящик и разрезаете его на отдельные части. У вас получится много картонных прямоугольников. Вот из этого всего и надо будет вырезать детали конструктора.

С помощью карандаша, линейки и других подручных инструментов (трафаретов) вам необходимо нарисовать фигуры, которые будут нужны для конструирования. Например, такие, как показано на фото.

Их нужно вырезать по контуру. У вас получится: птичка, бабочка, цветочек (2 вида), листочек, квадрат с прорезями и прямоугольник с прорезями.

Вот эти же детали, только в раскрашенном варианте. Чтобы краска хорошо ложилась на поверхность, следует развести ее водой и добавить несколько капель клея ПВА. Не забудьте на каждой детали вырезать прорезь, за которую она будет крепиться.

Каждой детали конструктора нужно сделать несколько штук. Например, 5 желтых бабочек.

8 белых цветочков в форме звездочек.

24 красные цветочка (можно их сделать и разноцветными).

7 синих птичек.

25 зеленых листочков (можно и желтых, красных, оранжевых).

6 прямоугольников с прорезями – это будут стебельки цветов.

40 квадратов с прорезями на всех сторонах. Из них можно будет сконструировать дерево или забор, мост через реку. То есть, коричневые детали – основные.

3 серые детали сделайте для формирования подставки под работу.

Вот такой самодельный и оригинальный конструктор получился из плотного картона от ящика для упаковки товаров. Чтобы он был более прочным, все детали можно покрыть лаком.

Теперь зовите сове чадо и приступайте к конструкторской деятельности. Можно сделать клумбу из белых цветочков.

Как вариант, та же клумбочка, только из красных цветов с бабочкой и птичкой.

Вот такое дерево можно соорудить из коричневых квадратных деталей.

А так деревце выглядит, когда у него вырастают листочки и цветочки, к нему слетаются бабочки и птички.

Одним словом, дайте волю своим творческим проявлением, фантазируйте и конструируйте все, что на ум взбредет.

Кстати, периодически такой конструктор можно дополнять новыми деталями. А хранить его удобно в такой же упаковке из плотного картона, обклеенной кусочками обоев.

Работа с shield-платами (шилдами)

Как уже говорилось выше, функциональность устройства повышается с помощью специальных плат — шилдов. Это готовые платы для управления тем или иным процессом. Шилды присоединяются с помощью разъемов — пинов. Диапазон процессов, которыми можно управлять с помощью шилдов весьма велик: от передачи данных по Ethernet до управления электродвигателями. Систему контроля процессов с помощью шилдов можно собрать своими руками. «Ардуино» лишь распределяет прописанную в программе роль того или иного внешнего устройства, а непосредственно работают уже сами платы расширения.

Бывают случаи, когда нужно записать в память некие данные (например, точки GPS). Сам «Ардуино» сделать этого не может, так как в нем отсутствует накопитель памяти. Вот здесь и пригодится шилд, добавляющий возможность использования карт micro-SD объемом до 64 Гбайт.

Как ни странно, но шилды даже можно создавать самому. Например, простенький LCD-шилд. Взять экран от калькулятора или старого пейджера и присоединить к пинам платы. Конечно, еще придется прописать программу, чтобы «Ардуино» выводил изображение на экран. И все, самодельный шилд готов.

Как самому сконструировать робота: тестируем Jimu от UBTECH

История роботов: от механики к сверхпроводникам

Слово «робот» принадлежит перу чешского писателя Карела Чапека и образовано от чешского robotа — «подневольный труд». Под роботами мы привыкли понимать в первую очередь антропоморфных машин, так называемых андроидов. Первые представления об искусственном человеке появились в мировой культуре тысячелетия назад, когда люди освоили ремесла и научились изготавливать орудия труда из камня и металла. Самым известным из подобных откровений является греческий миф о Кадме, легендарном основателе города Фивы. Убив дракона, Кадм посеял на вспаханном поле его зубы, из которых выросла армия кровожадных солдат. Другая легенда, куда более молодая и лучше отвечающая представлениям современного общества, повествует о Големе — глиняном истукане, который был оживлен пражским раввином и каббалистом в качестве неприхотливого слуги.

Пьер Жаке-Дро, пионер часового искусства и всемирно известный мастер-механик, сконструировал удивительную куклу-автоматона пишущего мальчика еще в 1773 году

Со временем, идея о создании все более сложных и похожих на человека механизмов приходила в голову ученым по всему миру. Даже знаменитый Леонардо да Винчи примерно в 1495 году создал детальный чертеж механического рыцаря, способного самостоятельно сидеть, двигать руками и головой и даже открывать свое забрало. А уже в конце XVI века началась эпоха автоматонов — сложных заводных кукол, способных выполнять целый ряд заранее определенных действий. Автоматоны умели не только ходить и совершать примитивные движения: в 1738 году французский изобретатель Жак де Вокансон создал похожего на человека автоматона, который умел играть на флейте.

С наступлением XX века роботы стали примерно походить на современные аналоги. К примеру, во время мировых войн механические манипуляторы использовались в качестве «безопасных саперов», а также для работы с радиоактивными материалами, во время которой человеку следовало избегать прямого контакта. Первый промышленный робот был выпущен японской компанией Kawasaki Heavy Industries в 1968 году — именно тогда Япония сделала первый шаг на пути к тому, чтобы по праву заслужить звание «мировой столицы роботов».

Роботы в наши дни

Несмотря на то, что многие обыватели по‑прежнему воспринимают роботов как технологии будущего, в наше время они встречаются повсеместно. В первую очередь разработчики обращают внимание на те сферы человеческой деятельности, которые ставят жизнь людей под угрозу. Это и разведка сложной местности (к примеру, во время массового обрушения зданий в сейсмически активном районе), и мониторинг подводных коммуникаций и, конечно, военные операции. Значительная часть исследований сосредоточена вокруг медицины: робот — это не только отличный помощник для опытного хирурга, но и универсальный имитатор живых тканей и отдельных систем организма, на котором можно проводить испытания самых революционных методов исцеления больных.

Сделай сам

Как мы собирали робота из конструктора: обзор Jimu Tankbot от UBTech

Там, где классический пластиковый конструктор встречает электронику, рождается игровая робототехника

Но область применения роботов не ограничивается промышленными и научными потребностями. Современный робот может быть и компаньоном, и забавной игрушкой для всей семьи. Китайская компания UBTECH Robotics Corp взяла на себя миссию по популяризации роботов и, согласно официальной информации, является первой компанией в своей стране, которая сделала гуманоидных роботов доступными для всех. Их изобретения — это развивающие конструкторы, в которых традиционные пластиковые детали сочетаются с электронными компонентами, которые можно самостоятельно программировать с помощью обычного приложения на смартфоне или планшете.

Робоконструктор для всех возрастов

К нам на тест попал роботизированный конструктор UBTECH Jimu. Он состоит из нескольких игровых наборов, каждый из которых включает в себя определенную подборку деталей и электронных компонентов. Для начала из них предлагается собрать несколько базовых, заранее составленных схем: в нашем случае это Explorer Kit, ориентированный на тематику животного мира.

Стандартная модель робота-пингвина включает в себя полный набор электронных компонентов и более 200 деталей

Помимо 370 пластиковых деталей, в комплект входит 7 сервоприводов, аккумулятор и блок контроллера — именно с их помощью роботом можно будет управлять в дальнейшем. Все детали пронумерованы и отсортированы по специальным отделениям, так что даже в том случае, если все они смешаются друг с другом, найти нужный фрагмент не составит особого труда. Слегка огорчает качество самих деталей. Часто пластиковые заготовки вырезаны из формы довольно небрежно: тонкая «бахрома» по краям отверстий в запчастях приводит к тому, что вставить деталь в предназначающийся для нее паз очень тяжело — приходится тратить время на прочистку канала.

Содержимое бокса

Вместо морально устаревших инструкций-книжек UBTECH предлагает бесплатно скачать специальное приложение, единое для всех наборов, которое поэтапно расскажет о том, как собрать и настроить электронную игрушку. Присутствует поддержка русского языка, и перевод в целом выполнен на весьма неплохом уровне. Несколько раз вместо русского текста на экране внезапно возникали корейские иероглифы, но все можно было исправить простым перезапуском приложения. Сборка каждого набора отображается в 3D-режиме, так что каждую виртуальную деталь можно покрутить из стороны в сторону и понять, как именно она присоединяется к общей композиции. Это особенно важно при подключении сервомоторов — неправильно подключенный порт попросту не позволит роботу двигаться в пространстве. Впрочем, иногда логика сборки модели бывает не столь безупречна: это особенно хорошо ощущается на завершающих стадиях, когда из-за множества деталей сама конструкция становится настолько громоздкой, что каждая следующая манипуляция требует особой деликатности.

Программирование: от простого к сложному

Программирование осуществляется с помощью простого графического интерфейса. Фактически, мы задаем каждой паре сервомоторов отдельные паттерны, из которых складываются полноценные алгоритмы поведения. К примеру, забавный пингвин, которого я собрал первым, изначально обладает набором из 10 базовых действий: движение в определенную сторону, несколько видов танца и демонстрация эмоций. Говоря простым языком, каждое действие — это набор двигательных сигналов в определенной последовательности.

Даже предельно простая конструкция может совершать широкий диапазон самых разных действий

Это, в свою очередь, открывает широкие возможности для кастомизации. Как только все возможные версии модели собраны — наступает пора экспериментов. Как и в случае с популярным конструктором Lego, детали из разных наборов обладают универсальными разъемами, так что их можно комбинировать в произвольном порядке. Хотите создать свое животное, механизм или, может, неизвестное до сих пор существо? Нет никаких проблем: приложение распознает вашу модель с помощью фотографии и позволяет настраивать любые алгоритмы на ваш выбор.

Заключение

Jimu — это сложная, но захватывающая игрушка. Играть с ней можно часами: к счастью, никаких особенных навыков программирования это не требует, достаточно просто обзавестись смартфоном. Она отлично подойдет и для детей, и для взрослых, которые любят на досуге повозиться с замысловатым конструктором. Возможно, в будущем робоконструкторы станут еще сложнее: не исключено, что развитие систем искусственного интеллекта позволит им самостоятельно обучаться новым движениям и стратегиям поведения. Как знать, может быть в будущем идеального домашнего робота можно будет просто собрать своими руками?

Программирование «Ардуино»

Программы для «Ардуино» пишутся на языке Wired. Этот язык во многом схож с С++. Однако даже если у вас нет навыков программирования, то разобраться с Wired все равно не составит труда. На форумах, посвященных «Ардуино», программы для него называются «скетчами». Даже если самому программировать лень или не получается, можно найти огромное количество готовых скетчей.

Для каждого скетча требуется свой набор библиотек. Их также можно поискать на форумах по «Ардуино». Для начинающих существует очень неплохое справочное пособие с пошаговыми инструкциями написания скетчей для того или иного процесса.

Создание шилдов для «Ардуино» своими руками

Покупать шилды для «Ардуино» вовсе не обязательно. Скажем, нет у вас лишних 30$, но есть куча ненужных деталей и огромное желание что-нибудь автоматизировать. Не проблема. Главное, чтобы у вас уже была основная плата с прошитой ОС и возможностью написания скетчей.

Из подручных деталей может получиться схема «Ардуино». Своими руками останется только спаять компоненты. Хотя, если конструкция предполагается неподвижная, то и паять ничего не надо. Достаточно просто соединить компоненты проводами. Нужно заметить, что такой самодельный шилд для «Ардуино» по себестоимости получится в разы дешевле заводского. К примеру, набор «Ардуино» для автоматизации работы электродвигателей обойдется в 80-90$. Но если заняться сборкой самому, можно снизить себестоимость до 30$.

Также существует множество других наборов, созданных для тех или иных областей, и в них входят, помимо основной платы, все необходимые детали. К примеру, набор для создания «умного» дома, видеонаблюдения, климат-контроля или стереосистем.

Естественно, не все шилды можно сделать самому. В некоторых случаях просто можно не найти нужных деталей. К примеру, шилд с расширением для карты памяти придется покупать.

Рейтинг

Электронный конструктор Знаток Первые шаги в электронике K060-A

Достоинства

• Качество деталей
• Для первой схемы достаточный набор
• Понятные инструкции
• Простая сборка

Недостатки

• Нет батареек в комплекте

Электронный конструктор Знаток 180 схем

Достоинства

• Дизайн
• Детям интересно собирать
• Множество схем
• Понятные ребенку инструкции

Недостатки

• Нет описания схем
• Без взрослого сложно собрать свои схемы

Электронный конструктор Знаток 320 схем

Достоинства

• Удобство сборки
• Не требуется пайка
• Множество схем в комплекте
• Качество деталей

Недостатки

• Часть схем дублируются
• Некоторые схемы — только рисунок
• Нет описания принципов работы

Электронный конструктор Знаток Для школы и дома

Достоинства

• Подробные инструкции
• Понятные схемы
• Интересно собирать
• Яркие детали
• Безопасный

Недостатки

• Есть ошибки в схемах
• Некоторые схемы нужно дорабатывать
• Нет защиты элементов от неправильного включения

Электронный конструктор Знаток Первые шаги в электронике K061-B

Достоинства

• Интересный детям
• Простая сборка
• Удобно пользоваться и хранить
• Понятные ребенку инструкции
• Качество деталей

Недостатки

• Мало схем

Электронный конструктор Знаток Первые шаги в электронике K062-C

Достоинства

• Легко стыкуются детали
• Все работает
• Качественные детали
• Понятные ребенку схемы

Недостатки

• Слишком мощный усилитель
• Нет описания принципов работы

Электронный конструктор Знаток 70690 Альтернативная энергия

Достоинства

• Познавательный
• Понятные ребенку схемы
• Качество деталей
• Инструкция к сборке, как обучающий материал

Недостатки

• Нет

Электронный конструктор Знаток 70707 Магия голоса

Достоинства

• Интересный конструктор
• Простые пояснения
• Не совпадает набор с базовым
• Разнообразные схемы
• Много режимов звучания (песни, сказки)

Недостатки

• Нет

Электронный конструктор LEGO Boost 17101 Инструменты для творчества

Достоинства

• Можно использовать компоненты не только для игрушек из набора
• Функциональный
• Совместимость с другими сериями Лего
• Визуальное программирование
• Приложение на русском языке

Недостатки

• Нет русскоязычной поддержки
• Приложение иногда подвисает

Электронный конструктор Знаток 70691 Умная машина

Достоинства

• Аккумулятор в комплекте
• Понятная для ребенка инструкция
• Дизайн
• Тихий при езде
• Удобное хранение

Недостатки

• Инструкция
• Распознавание голоса
• Мало схем

Электронный конструктор Знаток 70694 Супер-измеритель

Достоинства

• Понятные инструкции
• Яркий дизайн
• Много опытов и креплений
• Не нужен паяльник
• Ребенку интересно

Недостатки

• Нет

Электронный конструктор Знаток 70799 Свет и Цвет

Достоинства

• Несложные схемы
• Яркие детали
• Методический комплект
• Качество исполнения
• Безопасный

Недостатки

• Нет

Электронный конструктор LEGO Mindstorms EV3 Создай и командуй 31313

Достоинства

• Качественная сборка
• Совместимость с LEGO Technic
• Можно создать «»умного»» робота
• Многофункциональный
• ИК пульт

Недостатки

• Цена
• Количество моторов
• Нет обновленных инструкций на русском

Электронный конструктор Xiaomi MITU ZNM01IQI Smart Building Blocks

Достоинства

• Много моделей
• Работает на батарейках
• Простое программирование
• Приложение на русском
• Совместим с другими конструкторами

Недостатки

• Нет

Электронный конструктор PinLab Позитроник

Достоинства

• Понятная инструкция
• Интересно ребенку
• Много деталей

Недостатки

• Нет

Электронный конструктор Xiaomi Mitu LKU4037GL Mi Robot Builder Rover

Достоинства

• Блоки совместимы с LEGO
• Хорошее качество материалов
• Подробная инструкция
• Управляемость

Недостатки

• Программное обеспечение

Электронный конструктор Амперка Матрёшка Z

Достоинства

• Красивая понятная инструкция
• Интересные схемы
• Есть все для старта
• Много деталей

Недостатки

• Не очень понятные объяснения

Электронный конструктор LEGO Education Machines and Mechanisms Возобновляемые источники энергии 9688

Достоинства

• Интересный набор для изучения основ
• Инструкции
• Поддержка

Недостатки

• Необходим базовый набор
• Дизайн

Электронный конструктор БХВ-Петербург Дерзай 37742 Мобильные роботы на базе Arduino

Достоинства

• Возможность составления самостоятельных программ
• Подробная инструкция
• Можно управлять роботом со смартфона
• Крепкие детали
• Можно подключить дополнительные модули

Недостатки

• Нужны начальные знания
• Цена

Электронный конструктор Амперка AMP-S016 Микроник

Достоинства

• Интересная конструкция
• Есть запасные мелкие детали
• Инструкция
• Готовые схемы
• Понятно и интересно детям

Недостатки

• Маленькая коробка
• Мелкий шрифт инструкции

Электронный конструктор Амперка AMP-S026 Робоняша

Достоинства

• Понятная инструкция
• Хороший для начала программирования
• Много деталей
• Интересный робот
• Качество деталей

Недостатки

• Цена

Для чего можно использовать «Ардуино»

Областей применения этого устройства очень много, рассмотрим только некоторые примеры использования.

Например, у вас есть машина. И вам нужно, чтобы на ЖК-экран магнитолы выводилась информация о скорости. Как сделать из «Ардуино» спидометр? Очень просто. Покупаем плату. К примеру, Arduino Mega 2560, GPS-модуль Ublox NEO 6m GPS. После этого ищем в сети готовые скетчи для управления, прописываем все это в «Ардуино», присоединяем друг к другу, и — все готово.

Так же легко можно создать целую систему управления своими руками. «Ардуино» дает такую возможность. Главное — запастись нужными скетчами и деталями.

Использование «Ардуино» в робототехнике

«Ардуино» широко используется в робототехнике. Благодаря тому, что к плате предусмотрено подключение большого количества сервоприводов, моторов, датчиков, можно получить целого робота, сделанного своими руками. «Ардуино» также позволяет запрограммировать его как вам угодно. Если вас интересуют ползающие, ездящие и прыгающие железяки, то «Ардуино» — определенно для вас.

Кроме того, если присоединить устройство вкупе с некоторыми датчиками к квадрокоптеру, может получиться неплохой робот-наблюдатель. А это уже довольно полезная разработка.

Именно в робототехнике можно проявить недюжинную фантазию, а с помощью «Ардуино» — претворить ее в жизнь. Некоторые умельцы даже делают прототипы робота Бендера из «Футурамы», используя как раз этот конструктор.