Ve druhé polovině října se na českém trhu objevila další robotická stavebnice. Robot nese název mBot a vyrábí ho čínská společnost Makeblock, která nabízí mechanické a elektronické komponenty pro realizaci projektů na bázi open-source platformy Arduino. Slogan „mBot – jeden robot pro každé dítě – vynikající nástroj pro začátečníky k výuce grafického programování, elektroniky a robotiky“ plně vystihuje zaměření stavebnice. Sestavení robota je skutečně jednoduché a děti nebo studenti se mohou plně věnovat programování a ovládání. Program pro řídící desku je možné vytvářet pomocí grafického programování v programu mBlock nebo Arduino IDE. Pojďme se na tuto stavebnici podívat blíže.

Robot se dodává v pevné kartónové krabici s magnetickým uzávěrem víka. Krabice je skutečně pevná a magnet ve víku je velmi praktický. Díly stavebnice jsou přehledně uloženy ve výplni z pěnového polyetylenu. Po vyndání z krabice se na stole objeví více než 45 dílů.

Balení robota mBot

Otevřené balení robota mBot

Stavebnice obsahuje mechanické a elektronické součástky, řídící desku, motory, kabely, spojovací materiál a nechybí ani nářadí potřebné pro sestavení robota.

Mechanické díly

Hlavním konstrukčním prvkem je šasi vyrobené z hliníkového plechu 1,5 mm. Šasi má rozměry 165 x 90 x 30 mm. Zpracování je přesné a hladké a důmyslná konstrukce zajišťuje dostatečnou tuhost. Na všech plochách jsou umístěny otvory s průměrem 4,2 mm a závity M4. Bohužel rozteče děr jsou jiné než 10 mm u populární stavebnice Merkur. Na druhé straně je zase stavebnici možné použít s většinou dílů LEGO. Šasi má povrchovou úpravu barevným eloxem. V mém případě je šasi modré. Na webových stránkách je možné najít další barevná provedení: růžové, zelené, červené stříbrné a zlaté. Dále stavebnice obsahuje dva stejnosměrné motory s úhlovou převodovkou. Motory jsou osazeny filtrem proti rušení a kabely s konektorem. Na výstupní hřídel motoru se nasadí plastová kola s výměnnou gumovou obručí. Průměr kol je 65 mm. Celková šířka osazených kol je 130 mm. Mezi další mechanické díly patří držák na tři alkalické nebo NiMh články velikosti AA. Samozřejmou součástí je spojovací materiál (šrouby, matice a distanční sloupky) a suchý zip pro připevnění držáku baterie. Ve stavebnici je také šroubovák na dotažení šroubových spojů. Kovová část šroubováku, která se zasouvá do plastové rukojeti má na jednom konci kříž a na druhém imbus.

Elektronika

Základem elektroniky robota je hlavní řídící deska mCore navržená na základě desky Arduino UNO. Deska mCore je vybavena JST konektory pro připojení motorů, dutinkami k zasunutí modulu Bluetooth nebo WiFi a USB konektorem pro propojení s osobním počítačem. K připojení dalších elektronických modulů je deska mCore vybavena čtyřmi konektory RJ-25 (asi je znáte z telefonní linky) se šesti kontakty. Konektory jsou přehledně označeny barevnými štítky podle typů modulů, které na ně můžete připojit.

Deska mCore

Co na mCore naleznete?

Firma Makeblock používá u svých elektronických modulů toto barevné značení konektorů:

Kromě hlavní řídící desky mCore stavebnice obsahuje modul bezdrátové komunikace Bluetooth, ultrazvukový snímač vzdálenosti a infračervený sledovač čáry. Pro propojení elektronických obvodů jsou ve stavebnici dva kabely s konektory RJ-25.

Sestavení a zprovoznění robota

Existují dvě varianty stavebnice, které se liší modulem pro bezdrátovou komunikaci. Pro domácí použití a kroužky je výhodná verze s Bluetooth. Druhé provedení s WiFi modulem 2,4 GHz se hodí spíše do učeben s více pracovišti. Sestavení robota je opravdu jednoduché a intuitivní. Přiložený návod poskytuje názorný grafický postup, který vás vede krok za krokem. Při montáži vystačíme se šroubovákem, který je součástí stavebnice. Při dotahování mě někdy mrzelo, že ve stavebnici chybí klíček na matice. Každý snad ale doma najde vhodné kleštičky, kterými si pomůže.

mBot kit

Stavba trvá přibližně 10 minut. I když do stavby zapojíte děti a budete jim vše vysvětlovat, můžete společně příjemně strávit nejvýše 20 minut technického tvoření. To je ideální čas, během kterého děti nepřestane sestavování bavit. Konstrukce diferenciálního podvozku má dvě kola s průměrem 65 mm umístěná vzadu. Na přední části robota je podpěrná ocelová kulička s průměrem 12 mm uchycená v plastovém držáku, která slouží jako třetí opěrný bod. Vzdálenost středů kol je 114 mm, opěrná kulička je 75 mm před středem kol. Součástí montáže opěrného kola je deska plošného spoje snímače pro sledování čáry.

Po zasunutí propojovacích kabelů RJ-25 a připojení napájecí baterie je robot připraven k provozu. Součástí stavebnice je držák pro tři články velikosti AA, který se k řídící desce mCore připojuje pomocí souosého konektoru 3,5/0,8 mm. Držák je k šasi připevněn pomocí suchého zipu a je umístěn mezi distančními sloupky pod řídící deskou nad hnacími koly podvozku. Tím je většina hmotnosti soustředěna na hnací kola. To má sice pozitivní vliv na přilnavost gumového pláště k podložce, ale zároveň způsobuje vzpínání přední podpěrné kuličky při rychlejším pohybu vpřed. Robot umožňuje alternativní napájení pomocí LiPol baterie s jedním článkem 3,7 V. Napájení Lipol baterií má velkou výhodu. Baterie se může nabíjet z USB rozhraní bez vyjmutí z robota. Jak je možné napájení z alkalické (4,5 V), NiMh (3,6 V) nebo LiPol (3,7 V) baterie? Motory jsou napájeny ze zvyšujícího (step-up) stabilizátoru napětí.

Po zasunutí Bluetooth modulu a propojení elektronických obvodů kabely můžeme zapnout vypínač na desce mCore. Pokud je vše v pořádku, zazní úvodní melodie a na všech deskách se rozsvítí červená LED signalizující správná napájení. Na modulu Bluetooth bliká modrá LED. Řídící deska je od výrobce dodána s předem naprogramovanou demo aplikací. Tato aplikace umožňuje ovládání pomocí infračerveného dálkového ovladače a mobilní aplikací přes Bluetooth rozhraní. To je velmi prozíravý nápad. Každé dítě čeká, že se hračka po sestavení rozjede. Výchozí program nabízí tři provozní módy robota: ruční ovládání, vyhýbání překážkám a sledování čáry. Na infračerveném ovladači je možné režim přepínat třemi funkčními tlačítky: A = ruční ovládání, B = vyhýbání překážek, C = sledování čáry. Pro režim sledování čáry je do stavebnice přibalen plakát 42 x 59 cm s natisknutou dráhou ve tvaru osmičky. Šířka černé čáry je 28 mm, křížení dráhy má úhel 45º (135º). Plakát je složen do krabice a tím vznikl problém. Po rozložení zůstanou na plakátu přehyby, které odrážejí světlo a robot může na čáře „zabloudit“. Recept na nápravu je jednoduchý. Při rozbalení krabice plakát vyjměte, rozložte a vyrovnejte přehyby. Já jsem k tomu použil skleněnou desku na pracovním stole. Stejně mohou pomoci knihy nebo dřevotřísková deska. Demo program je napsán poměrně dobře. Ruční ovládání se provádí čtyřmi tlačítky dálkového ovladače se šipkami. Program má omezení v tom, že nelze používat dvě tlačítka současně. Je tedy možné jet dopředu, dozadu, zatáčet doleva a doprava, ale nikoli kombinovat jízdu se současným zatáčením. Pomocí číselných tlačítek se nastavuje rychlost robota. Aplikaci pro chytré telefony nebo tablety je možné zdarma stáhnout z internetu.

Aplikace pro ovládání mBot

Mobilní aplikace umožňuje přepínání provozních režimů, ovládání pohybu, rozsvěcování světel a zapínání houkačky. Ovládání pohybu je možné pomocí naklánění mobilního zařízení nebo simulací joysticku na dotykové obrazovce. Tento druh ovládání je také vhodný pro „fotbal robotů“.

Programování a další rozšiřování systému

Opravdová tvůrčí činnost a výuka nastává až při programování řídící desky robota. Výrobce nabízí dva způsobu programování, které jsou integrovány v jediném vývojovém prostředí mBlock. Prostředí mBlock vychází z grafického programovacího jazyka Scratch. Projekt Scratch byl vyvinut v letech 2003 až 2007 jako grafický programovací nástroj pro výuku algoritmizace pro děti od 8 let. Pomocí grafických stavebních bloků se sestavuje skript, který ovládá postavu v okně programu. Stavební bloky jsou rozděleny do skupin a barevně rozlišeny. Jednotlivé bloky umožňují ovládání pohybů postavy, generovaní zvuků, vnímání, reakce na události a řízení toku programu. Modifikovaná verze mBlock je rozšířena o skupinu Robot, která umožňuje přímé ovládání funkcí řídící desky a celého robota. Výsledný program se přeloží do tvaru zdrojového textu Arduino a binárního kódu, který se nahraje pomocí zavaděče přímo do desky mCore. Výběr grafického programu na bázi projektu Scratch je určitě výbornou volbou. Výuka robotiky může tedy probíhat ve shodě s výukou algoritmizace a programování. Software mBlock je zdarma.

Programovací prostředí pro mBot

Robota lze samozřejmě programovat i přímo ve vývojovém prostředí Arduino IDE (a dalších). Program mBlock umožňuje přímý přechod do Arduino IDE. Knihovny pro ovládání funkcí robota najde programátor ve složce s prostředím mBlock.

Platforma řídící desky na bázi open-source projektu Arduino nabízí další modifikace systému. Firma Makeblock nabízí celou řadu mechanických doplňků a elektronických modulů pro rozšiřování možností robota mBot. Ke každému modulu je volně dostupná knihovna v jazyku C++. Nadšený elektronik si může sestrojit vlastní elektronické moduly, které připojí do příslušného konektoru RJ-25.

E-shop HW Kitchen kromě robota samotného také některá další rozšíření robota mBot: joystick pro ruční ovládání, sadu mechanických dílů a spojovacího materiálu (včetně klíče na matky), sadu servomechanismu, maticový displej 8 x 16 LED pro vytváření grafických animací a textů nebo Bluetooth modul.

Závěr

Robotická stavebnice, kterou tvoří tři základní kameny mBot (robotická platforma), mCore (řídící deska na bázi Arduino UNO) a mBlock (vývojové prostředí pro grafické programování Scratch a provázaností na Arduino IDE), je velmi zajímavý projekt, který rozšířil nabídku výukových robotů na českém trhu. Aktuální cena této stavebnice včetně DPH se pohybuje kolem 2200Kč. Za tuto příznivou cenu získáte vše potřebné pro amatérskou robotiku i výuku robotiky na základní a střední škole. Platforma a její variabilita může dobře posloužit také jako základ pro některé vysokoškolské projekty. Robot je ideální pro aplikace ve vnitřním prostředí (sledování čáry, robo sumo, řešení bludiště apod.). Pro outdoorové projekty je však jeho konstrukce malá a špatně vybavená pro průchod terénem.

Výhody:

• pevná hliníková konstrukce šasi,
• kompletní sada dílů včetně nářadí,
• open-source platforma řídící desky mCore,
• vývojové prostředí mBlock odvozené ze Scratch s provázaností na IDE Arduino,
• demo aplikace pro IR ovladač a mobilní aplikaci,
• programování autonomních programů s nahráváním přes USB a Bluetooth.

Zápory:

• zranitelné propojovací kabely RJ-25 přesahující konstrukci šasi,
• nesymetrie motorů způsobuje někdy nežádoucí zatáčení robota,
• většina hmotnosti soustředěná na kolech způsobuje vzpínání přední ostruhy,
• konstrukce není učena pro použití v exteriérech.

Přes uvedené výtky může být mBot vhodným dárkem pro technicky zaměřené děti ve věku od 8 let. Své uplatnění najde také ve výuce informatiky a robotiky na základních a středních školách. Je ideální jako první robot pro technické kroužky. Český prodejce slibuje české překlady příruček a národní verzi prostředí mBlock. Software i příručky lze zdarma stáhnout z webových stránek výrobce.

Článek byl zpracován na základě recenze od Ing. Zdeňka Kakáče.

• About
• Latest Posts

Zbyšek Voda

Už nějaký čas se zajímám o věci kolem Internetu věcí a otevřeného hardware a software. Tak jsem se také v roce 2010 dostal k Arduinu, pro které dodnes programuji a taky píšu články o práci s ním. Baví mě vymýšlet, jak staré věci používat novým způsobem.

Latest posts by Zbyšek Voda (see all)

• Sledovač slunce s Arduinem - 23.3.2022
• Programovatelný kytarový pedál s Arduinem - 26.2.2020
• Arduino infračervený teploměr vytištěný na 3D tiskárně - 11.2.2020