Roboti za igre

Objavljeno: 29.5.2018 | Avtor: Simon Peter Vavpotič | Kategorija: Dosje | Revija: Junij 2018

V zadnjem času dobiva zabavna robotika nov zagon, od majhnih žuželkam podobnih robotov, s katerimi preigravamo različne načine njihove interakcije, do učnih robotov in robotov za bojne igre. Kje jih lahko kupimo? Kje dobimo sestavne dele zanje? Kako jih sestavimo? Kakšna programska oprema je na voljo za njihovo programiranje? Kako z njimi tekmujemo?

Tekmovalna ekipa z borilnim robotom

Čeprav v Sloveniji mnogi prisegajo na komplete LEGO Mindstorms, o katerih smo v Monitorju že veliko pisali, je za nakup ali samogradnjo robotov za igre in učenje še veliko drugih, nič manj zanimivih možnosti. Pri odločitvi za pravšnjega robota se splača pobrskati po svetovnih spletnih trgovinah, v katerih najdemo gotove robote za igranje doma ali na prostem: na kopnem, v vodi ali v zraku. Roboti so različnih velikosti, od miniaturnih s preprostimi vnaprej sprogramiranimi funkcijami in omejenimi možnostmi programiranja, do velikih robotov, ki jih lahko sestavimo po lastnih željah in poljubno programiramo in upravljamo na daljavo tudi prek omrežja WiFi.

Z naraščanjem zmogljivosti in miniaturizacijo krmilne elektronike dobivajo zabavni roboti vse več funkcij. S številnimi tipali zaznavajo različne ovire in predmete v prostoru ter izpolnijo tudi težje naloge, ki jim jih programsko zadajo njihovi lastniki; denimo sledenje črni črti na beli podlagi. Nekateri lahko sodelujejo celo pri otroških igrah, kot je gnilo jajce.

Po drugi strani imajo roboti za bojne igre dodatno mehaniko in krmilja, s katerimi premagajo ali uničijo druge robote. Za miniaturne robote za bojne igre (za okoli 50 USD ali manj), ki so primerni tudi za domačo rabo in z večine delujejo avtonomno, lahko kupimo različne borilne arene. Navadno zmaga tisti robot, ki drugega izrine iz arene. Zaresni roboti za bojne igre so pravi daljinsko upravljani uničevalski stroji, ki lahko stanejo tudi 15.000 USD in več. Sodelujejo na različnih tekmovanjih v arenah s ciljem poškodovati in onesposobiti nasprotnikovega robota. Čeprav lahko dele zanje kupimo v specializiranih ameriških spletnih trgovinah, zahteva njihov razvoj veliko znanja, testiranj pa tudi finančnih sredstev.

Velja omeniti še daljinsko vodene modele (avtomobili, čolni, letala) in trote (drone), ki so prav tako daljinsko upravljani roboti številnimi funkcijami, a smo o njih že podrobno pisali.

Najbolj priljubljeni

Dash: Kljub prepričanju mnogih, da se o robotiki največ naučimo, če pametnega robota sestavimo sami, se večina navdušencev raje odloči za nakup. Eden izmed najbolj priljubljenih otroških robotov za igranje in učenje je Dash, z njim se lahko začnemo igrati v dnevni sobi takoj, ko ga vzamemo iz škatle. Prepozna več ukazov in lahko sodeluje v različnih otroških igrah. Programirati ga je mogoče s pomočjo Applovega mobilnega telefona ali mobilnega telefona z operacijskim sistemom Android pa tudi z aplikacijami Kindle Fire, ki jih lahko uporabljajo že šestletni otroci. S programom lahko Dash sledi dirkalni stezi, pleše, prižiga svoje luči, spušča zvoke ali se igra nove igre.

mBot Robot je učni komplet, namenjen začetnikom, ki se želijo naučiti programiranja in osnov elektronike in robotike. Čeprav ga je enostavno sestaviti, ga odlikuje odlično razmerje med dostopnostjo in kompleksnostjo, s katero vzpodbuja ustvarjalnost in programerske sposobnosti. Ogrodje robota z dvema pogonskima kolesoma daje skupaj z ultrazvočnim tipalom za oddaljenost videz prisrčno nasmejanega obraza. Programiramo ga s programskim jezikom Scratch 2.0, ki omogoča vizualno sestavo ukaznih blokov, s katerimi prožimo številne funkcije. Tako sodeluje pri številnih robotskih igrah, kot so: nogomet, prediranje balona in sumo. Zahtevnejši uporabniki lahko v spletu zanj poiščejo tudi Makeblockove dodatke, pa tudi razvijajo nove aplikacije v Arduinovem odprtokodnem ekosistemu. Med dodatki velja omeniti svetlobna tipala in svetleče diode, pa tudi mikrofon, ki so del kompleta dodatkov Makeblock Light & Sound Pack. Z njimi robot zaznava barve, sledi svetlobi in se odziva na zvočne ukaze. Če nam zmanjka idej, lahko mBot spremenimo tudi v inteligentno namizno svetilko, ki jo prižigamo in ugašamo z glasovnimi ukazi.

WowWee Miposaur je interaktivni dinizaver, ki ga lahko upravljamo z aplikacijo ali njegovo (sledno) kroglico, kateri sledi podobno kot domači ljubljenček svoji žogi. Prepozna tudi geste rok, pleše, lovi, ali se izogiba oviram. Programiramo ga lahko z mobilnim telefonom ali računalniško tablico in ga obenem za dobro obnašanje tudi nagradimo z navidezno hrano. Dobro se razume tudi z drugimi roboti znamke WowWee, med katerimi je tudi njegov humanoidni bratranec MiP, ki med vožnjo lovi ravnotežje na dveh kolesih; podobno kot vozilo Seagway.

Sphero Ollie je namenjen predvsem igri na prostem, pri čemer se nam zaradi njegovega majhnega in trdnega polikarbonatnega ohišja v obliki cevi s kolesom na vsaki strani ni potrebno bati, da bi se pri padcih uničil. Zmore kar do 22 km/h, zato ga lahko vozimo po vseh terenih, od parkov za deskarje do neravnih peščenih površin, kakršne najdemo tudi v peskokopih. S pametnim telefonom ga lahko upravljamo do razdalje okoli 30 m, pri čemer so nam ponoči v pomoč njegove svetleče diode. Po drugi strani se v načinu za izvajanje trikov robot odziva tudi na geste rok. Na voljo so še dodatki, s katerimi uporabniki robota prilagodijo svojim željam in življenjskemu slogu.

Kaj je robot?

Robot je z analogno ali digitalno logiko vodena elektro-mehanska naprava, ki lahko samodejno izvede zaporedje operacij. Robote najbolje opišemo s stopnjami njihove avtonomnosti. Najenostavnejši so daljinsko vodeni, katerih gibala upravlja človek neposredno preko žične ali brezžične povezave. Sledijo jim nadzorovani roboti, pri katerih človek določi glavne gibe in/ali spremembe položajev gibal, natančne premike pa samostojno izvede robot. Danes se vse bolj uveljavljajo roboti z avtonomnostjo na ravni posameznih nalog, pri katerih človek izbere želeno nalogo (denimo, sesanje sobe), robot pa jo samodejno opravi. Zadnjo stopnjo razvoja predstavljajo popolnoma avtonomni roboti, ki si sami zadajo naloge in jih izvedejo brez posredovanja človeka.

Anki Cozmo je majhen robot z veliko osebnostjo, ki je, podobno kot lik iz Pixarjevih risanih filmov, zbadljiv, uporniški in predrzen, a uporabnika prepriča s šarmom in humorjem. Vgrajena umetna inteligenca mu omogoča izražanje na stotine čustev, od jeze do zadovoljstva. Cozmo prepozna tudi obraze, imena in osebnosti otrok in jih razveseli, kadar so potrti, ali zamoti med dolgočasenjem. Sestavljen je iz več kot 300 delov, ki mu pomagajo pri raziskovanju in interakciji z okoljem, obenem pa so mu priložene tudi kocke Power Cubes, ki jih lahko prenaša med družabnimi igrami. Aplikacija za pametni telefon ali računalniško tablico omogoča dva načina programiranja. V načinu peskovnik (sandbox) sestavljamo enostavna zaporedja akcij in dogodkov, v načinu konstruktor pa robota podrobneje programiramo in pri tem v celoti izkoristimo njegove funkcionalnosti.

Robota BB-8 poznamo iz sedmega dela ontologije filmov Vojna zvezd kot naslednika R2D2. BB-8 prepoznava glasove in se nanje odziva, medtem ko se s hitrostjo do 7,2 km/h kotali po dnevni sobi. Lahko se premika tudi po mokrih površinah in preprogah ter sproti prilagaja svojo pot novim oviram. Spreminjati zna celo osebnost in obenem razume govorne ukaze v angleščini, kot je »Go forward!« (slov. Pojdi naprej!). Neposredno ga lahko krmilimo prek pametnega telefona, s katerim mu podamo podrobna navodila za raziskovanje okolice. S pomočjo vgrajene kamere lahko otroci posnamejo holografska sporočila, ki jih je mogoče nato gledati v ornamentirani resničnosti na mobilnem telefonu ali osebnem računalniku.

Predelava serijske igrače

S predelavo gotovega robota po lastnih željah prihranimo veliko razvojnega dela, saj navadno le dopolnimo njegovo elektroniko, obenem pa ohranimo mehanske dele in pogone. Predelav brez načrta se lahko lotijo le izkušeni robotiki z znanjem elektrotehnike in računalništva, zato pa je v spletu veliko idej in navodil za predelave priljubljenih robotskih igrač.

Pametni igralni robot WowWee MiP ima na tiskanem vezju razširitveno vtičnico za serijsko komunikacijo, podobno standardu RS-232, le da so napetostni nivoji 3,3 V. Prek nje ga lahko neposredno upravljamo z lastnim mikroračunalnikom, kakršen je Raspberry Pi. V internetu lahko naročimo tudi Sparkfunovo prototipno tiskano vezje, na katero lahko namesto tega izdelamo svojo mikrokrmilniško enoto. Predelava robota je natančno opisana na spletni strani learn.sparkfun.com/tutorials/hacking-the-mip---proto-back.

Predelani model mercedesa C111 na daljinsko vodenje z doma narejeno elektroniko.

Nekoliko težje je, če se lotimo predelave poljubne igrače, tako da ohranimo zgolj elektromehanske pogone. S tem si prihranimo delo na področju strojništva, zato pa moramo krmilno elektroniko v celoti izdelati sami. Slednje ni pretežko, saj v dobro založenih robotskih spletnih trgovinah ni težko poiskati ustreznih krmilnh vezij za elektromotorje, baterije in razvojno ploščo z mikrokrmilnikom (npr. Arduino). Hkrati v spletu ne manjka vzorčnih primerov, kako vse skupaj povežemo in sprogramiramo. Pomagamo si lahko tudi z načrti krmilj za katerega od priljubljenh robotskih kompletov, kot je mBot.

Robotske spletne trgovine

Čeprav v Sloveniji ni robotskih spletnih trgovin s pestro ponudbo gotovih robotov in robotskih delov, prek tujih spletnih portalov, kot so: www.amazon.com, www.ebay.com, www.hexbug.com, www.robotshop.com, www.trossenrobotics.com, www.active-robots.com, www.superdroidrobots.com, sproboticworks.com, store.diligentinc.com itn., brez težav najdemo vse, kar potrebujemo za samogradnjo zahtevnih robotov za igre in raziskovanje, pa tudi komplete za učenje robotike in gotove robote.

V pomoč pri iskanju prek spletnih iskalnikov, kot je Google, so nam lahko iskana gesla: »robot parts«, »best robots you can buy«, »best robot toys«, »battlebots«, »robot companions« itn. Lahko vnesemo tudi ime katerega od v članku omenjenih robotov, kar nas vselej pripelje na spletno stran izdelovalca, kjer imamo tudi možnost nakupa. Nikakor pa ne priporočamo vpisa iskalnih gesel v slovenščini, npr. »robotski deli«, saj bomo prej ali slej zašli na spletne strani slovenskih ponudnikov industrijski robotov.

Vse omenjeno lahko tisti z nekoliko več znanja sestavimo tudi sami. Ob vse večji miniaturizaciji komponent z nekaj elektrotehničnega in računalniškega znanja nam bo skoraj gotovo uspelo. Denimo, na spletni strani sites.google.com/site/pcusbprojects najdemo primer predelave modela avtomobila Mercedes C111 iz žičnega na daljinsko upravljanje z možnostjo regulacije hitrosti vrtenja pogonskega motorja in motorja za obračanje prednjih koles. Bistvo predelave je v krmilnikih elektromotorjev za nizke napetosti, prek katerih mikrokrmilnik PIC32 uravnava hitrost vrtenja smernega in pogonskega motorja s pomočjo impulzno-širinske modulacije. Za komunikacijo z osebnim računalnikom skrbi modul za brezžično komunikacijo HopeRF RFM69CW. Prav tako modul je vgrajen tudi v mikrokrmilniški modul, prek katerega računalnik upravlja robota.

Mehanska osnova LEGO za gradnjo robotskega avtomobila za reli.

Samogradnja

Čeprav sta načrtovanje in izgradnja robota za igre, raziskovalnega robota ali bojnega robota po lastnih željah za večino velik izziv, je ob pestri ponudbi robotskih osnov in vsakovrstnih delov zanje pomembno predvsem, da vemo, kako zmogljivega robota potrebujemo, kje se bomo z njim igrali in katere naloge bo opravljal. Prvi korak je izdelava skice robota, s katero ponazorimo njegovo obliko in funkcionalnosti. Za začetek si lahko omislimo manjše (npr. veliko 20x15 cm) robotsko vozilo z dvema servomotorjema, od katerih vsak poganja svoje kolo ali svojo gosenico. Taka konstrukcija omogoča tudi vrtenje na mestu. Lahko se odločimo za bolj klasični dizajn, ko eden izmed elektromotorjev obrača prednji kolesi, ali pa prednji kolesi obrača kar elektromagnet. Na to osnovo dodamo tipala, kot so: ultrazvočni merilnik razdalje, merilnik zasuka koles, merilnik hitrosti, tipalo za zaznavanje barve površine ipd. Zahtevnejši graditelji si lahko omislijo tudi večpredstavna tipala, kot sta kamera in mikrofon. Čeprav je obdelava podatkov iz njih zahtevnejša in potrebujemo zmogljivejši računalnik za upravljanje robota, predvsem pa ustrezno programsko opremo, lahko z njimi nadomestimo kopico enostavnih tipal. Omenimo še, da je smiselno pri načrtovanju večjih robotov uporabiti tudi katero od orodij za računalniško grafično načrtovanje (CAD, angl. computer aided design).

Naslednji korak je izbira materialov za dele, ki jih bomo izdelali sami in nakup drugih mehanskih in elektromehanskih komponent, močnostne krmilne elektronike in mikroračunalnika, oziroma mikrokrmilnika z modulom za brezžično komunikacijo. Vsekakor lahko tudi kaj od naštetega izdelamo sami, če imamo dovolj orodij, znanja in izkušenj na področjih strojništva, elektrotehnike in računalništva… Podrobnejša splošna navodila za samogradnjo daljinsko vodenega robota so na spletni strani www.wikihow.com/index.php?title=Build-a-Remote-Controlled-Robot.

Programska oprema in povezljivost

Večina zmogljivejših robotskih igrač in robotskih kompletov s pridom izkorišča povezljivost pametnih telefonov prek povezave Bluetooth, redki pa tudi WiFi. Namenski daljinski upravljalniki so pri večini zmogljivejših robotov za igre preteklost. Navadno omogočajo povezavo s pametnim telefonom, računalniško tablico ali notesom, na katere lahko iz spleta prenesemo aplikacije za upravljanje izdelovalca robota. Robota lahko krmilimo tudi z namiznim računalnikom, če omogoča ustrezno brezžično povezljivost. Zato se velja pred nakupom robota pozanimati o vrstah njegove brezžične povezljivosti in o operacijskih sistemih, v katerih lahko deluje aplikacija za njegovo upravljanje.

Lahko pa se gradnje robota za domačo rabo lotimo tudi malo drugače. Za osnovo vzamemo katerega od sistemov kock za sestavljanje, med katerimi sta najbolj priljubljena LEGO in Fischer Technik. Denimo, v kompletu kock LEGO 42077, avto za reli, dobimo odlično mehansko osnovo za izgradnjo samovozečega robota, ki premore celo vzmetenje, kardanske zglobe in diferencial. Manjkata še pogonska elektromotorja LEGO, ki ju lahko naročimo prek spleta, in krmilna elektronika s tipali. Uporabimo lahko sorazmerno drag krmilni računalnik LEGO s krmilno elektroniko (npr. LEGO NXT), ali pa elektroniko izdelamo sami, pri čemer se lahko zgledujemo po načrtu za predelavo rudarskega tovornjaka, ki ga najdemo na spletni strani: sites.google.com/site/pcusbprojects.

Tekmovanja

Roboti morajo na tekmovanjih v čim krajšem času izvesti številne bolj ali manj zapletene naloge ali pa medsebojno tekmujejo. Robotska tekmovanja potekajo v zaprtih prostorih in na prostem, na tleh, v zraku in v vodi. Kot zanimivost omenimo, da so nagrade na velikih tekmovanjih avtonomnih robotov, kot je DARPA Grand Challenge, tudi po več milijonov dolarjev. Ljubitelje Formule 1 bo navdušilo tekmovanje Roborace, v katerem ekipe dirkajo z enakimi robotskimi dirkalniki, ki zmorejo do 300 km/h, a vsaka ekipa izdela svoje algoritme. Po drugi strani, pa je tudi za robote na tekmovanju RoboCup najpomembnejša postranska stvar na svetu nogomet. Ljubitelji robotskih borilnih športov bodo svoje idole našli na spletni strani battlebots.com. Boji robotskih gladiatorjev potekajo že od začetka tisočletja, a jih od leta 2002 ni bilo vse do leta 2015, ko so spet vsako leto. Na spletni strani battlebots.com lahko spoznamo tudi tekmovalne ekipe vsakega od robotov. Več o svetovno znanih tekmovanjih robotov najdemo na spletni strani: en.wikipedia.org/wiki/Robot_competition.

Srečanje robotikov na robotskih igrah. 

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki