Programabilni roboti za osnovni nivo STEM edukacije, mogli bi se načelno podeliti na automobile robote i robote sa pokretnim rukama, bilo da su oni stacionarni i ruke koriste za manipulaciju predmetima ili su pokretni pa im ruke služe za menjanje pozicije. Kompanija Elecfreaks, zvanični partner micro:bit Educational Foundation fokusirana je na izradu STEM učila u skladu sa zahtevima savremenog obrazovanja. Nama su za potrebe ove recenzije poslali Elecfreaks Smart Cutebot Pro robotizovano vozilo sa micro:bit V2 razvojnim sistemom na sebi.
photo: magazin Mehatronika
Uz micro:bit poslali su i micro:bit Case – plastičnu translucentnu zaštitu, a ovaj par smo predstavili u zasebnom prikazu. Cena ovog robota je $72 bez i $105 sa micro:bit V2, ali se sada može naći i po značajno nižoj ceni na sajtu proizvođača.
photo: magazin Mehatronika
Hardver
Robot dolazi u kartonskoj kutiji koja je koloritno potpuno u skladu sa Elecfreaks dizajnom nežnih i pastelnih boja. Možemo smatrati da je Smart Cute Pro kompletno sastavljen, jer je potrebno samo utaknuti Elecfreaks ultrazvučni senzor u, kako su ga nazvali, „Sonar port“. Mislimo da je u pitanju standardni HC-SR04 Arduino ultrazvučni senzor sa I2C komunikacijom, ali sa izmenjenim redosledom pinova.
„Sonar“ pločica sa ultrazvučnim senzorom za detekciju udaljenosti od objekta. photo: magazin Mehatronika
Iza njega je konektor u koji treba ubaciti micro:bit pločicu. Konektor je jasno obeležen, tako da nema dvoumljenja na koju stranu je treba okrenuti.
„Sonar“ konektor i dve odlično urađena navoja za pričvršćivanje nadogradnje prilikom gradnje robota po vlastitoj ideji. photo: magazin Mehatronika
Da bi se robot samostalno kretao, potrebno mu je napajanje. Kabl nije opcija ukoliko želimo autonomno vozilo, pa je u centralnom delu njegovog tela postavljen nosač za 18650 litijum-jonsku bateriju. Mi smo koristili Samsung INR18650-35E 18650 Li-ion bateriju sa kapacitetom do 3500 mAh. Ovo su baterije velikog kapaciteta i nemaju uobičajeno ispupčenje na (+) kraju. Prilikom rukovanja treba biti pažljiv da se ne kratkospoje polovi baterije, stoga posebno treba obratiti pažnju da se ne čuvaju u metalnoj kutiji.
Li-ion baterija se puni na samom Cutebot Pro-u preko mikro USB utičnice sa zadnje donje strane, odmah ispod prekidača za uključivanje robota. Veoma korisne su i četiri diode koje svojoj plavom svetlošću pokazuju nivo napunjenosti montirane baterije i na očigledan način obaveštavaju ukoliko robotu ponestaje električnog pogona.
photo: magazin Mehatronika
Baterija velikog kapaciteta je neophodna za dva motora koja pogone po jedan veliki točak i omogućavaju dugu neprekidnu autonomiju Cutebot Pro-a. Točkovi su kombinacija plastike i gumenog gaznog dela, te neće proklizavati pri promeni brzine rotacije.
Ono što ovaj model čini „Pro“ modelom je i realizacija ugrađenih motora. Nihov rad kontroliše, svakog zasebno, po jedan minijaturnim motor drajver YX 75V15 sa opsegom napona od 2.2 do 7.2 V pri konstantnoj struji od 1.5 A. Svaki motor je opremljen i enkoderom koji povratnom spregom u zatvorenoj petlji vraća očitanu vrednost. Na ovaj način se postiže daleko bolja kontrola ugla i brzine okretanja motora, odnosno točkova, a time i mogućnost da se softverski pecizno zada dužina putanje koju robot treba da pređe ili ugao za koji treba da se okrene.
Zelena dioda svakog od motora sija sa donje strane kada je Cutebot Pro upaljen. photo: magazin Mehatronika
Treći točak je pasivan, bez pogona na sebi i nema mogućnost skretanja te prilikom menjanja pravca proklizava svojom plastičnom glatkom površinom gazišta po podlozi. On prati putanju kretanja robota, a ona se menja, kao kod guseničara, razlikom brzine okretanja levog i desnog gumenog točka. Robot stoga može promeniti pravac praktično u mestu i pratiti i linije koje skreću sa nultim radijusom pod oštim uglom.
photo: magazin Mehatronika
Još jedan YX 75V15 je na ploči i služi za kontrolu opcionog trećeg DC motora koga bi korisnik mogao da poveže uz pomoć dvopinskog M porta. Ovaj motor se može koristiti u projektu nadogradnje ovog robotizovanog vozila, kao još jedan pogonski motor.
Za robotizaciju nadogradnje potrebno je obezbediti kontrolu kretanja po većem broju osa. Heder sa četiri tropinska porta (struktura: signal, 3V3, GND) pored koga su oznake S1 do S4 namenjen je za povezivanje četiri servo motora.
Sa druge strane, ka drugom točku je još jedan heder sa četiri tropinska konektora koji ima funkciju generalnog GPIO-a (GP1, GP2, GP13 i GP14).
photo: magazin Mehatronika
Uz sve ovo, izvedena su još četiri dodatna pina (GND, 3V#, GP19, GP20) za I2S komunikaciju i povezivanje senzora i oni se nalaze odmah iza micro:bit konektora.
Dve NeoPixel WS2812 diode sa donje strane, još dve u vidu imitacije farova sa gornje-prednje strane, kao i buzzer čine ovog malog robota živim, bučnim i šljaštećim.
photo: magazin Mehatronika
Softver
Za pogramiranje se koristi Microsoft MakeCode for micro:bit online razvojno okruženje u kome učenik kreira svoj program koristeći grafičke blokove, ali i pišući program u Python-u. Pre upotrebe je potrebno instalirati Cutebot Pro biblioteku komandi koja dodaje jedan broj upravljačkih blokova neophodnih za rad sa kompletnim hardverom. Nacrtan program Microsoft MakeCode sam interpretira i pretvara u .hex fajl na vašem računaru.
Screenshot: magazin Mehatronika
Sve što treba uraditi je Cutebot-a spojiti preko micro USB konektora na micro:bit-u (ne preko porta za punjenje baterije na samom telu vozila) kablom sa računarom i prebaciti generisani .hex fajl u root robota, koji se na računaru sada javlja kao eksterni drajv.
photo: magazin Mehatronika
Jasno je da se robot može kretati unapred definisanom putanjom, izbegavati objekte kada ih primeti svojim „Sonar“ ultrazvučnim senzorom menjanjem smera, paliti i gasiti LED u zavisnosti od želje ili se ogašavati bazerom.
Jedan ogled sa ovakvim robotizovanim vozilima je čest i toliko se može razvijati i softverski hardverski da postoje čak i takmičnja. Govorimo o praćenju linije ucrtane na podlozi. Vozilo se postavi tako da točkovima „zajaše“ liniju i pusti. Pobednik je onaj čije vozilo prvo stigne do cilja prateći liniju koja može biti veoma komplikovano iscrtana. Elementarna verzija ove „igre“ je data i ovde. Beli papir dimenzija 66 x 42 cm sa crnom elipsoidnom zatvorenom linijom na njoj je staza koju je proizvođač dao u kutiji.
Cutebot Pro sa donje strane ima četiri plave diode za osvetljenje staze neposredno ispred sebe i četiri senzora koji detektuju da li je ispod njih crna ili bela površina. Ovo je odlična hardverska realizacija, jer dopušta mnogo finiju korekciju brzine i pravca kretanja u skladu sa položajem iznad iscrtane linije. Četiri senzora daju veću količinu podataka nego standardna dva koliko se obično montira na ovakva vozila, te je moguće napisati daleko kvalitetniji softver za praćenje složenih linija i linija različitih debljina i boja.
Senzori su raspoređeni simetrično i na istim međusobnim razmacima popreko u odnosu na kretanje robota. Očitavanjem stanja može se zaključiti da li staza ide pravo ili skreće u nekom od pravaca. Kao odgovor na ovo očitavanje, unapred isprogramirana rutina u micro:bit-u će promeniti brzinu motora točkova i skrenuti robota u željenom pravcu, u cilju praćenja linije dok se kreće. Da bi sve funkcionisalo, potrebno je kalibrisati senzore pre upotrebe po detaljnom ilustrovanom uputstvu u pratećem korisničkom vodiču. Kalibracija je neophodna i pri promeni boje i vrste papira i debljine i boje linije.
photo: magazin Mehatronika
Zaključak
Elecfreaks Smart Cutebot Pro je lepo dizajniran i kvalitetno urađen auto robot. Obrada svih elemenata je odlična i zaista nemamo ni najmanju zamerku na kvalitet izrade. Obilje portova koji daju ukupno 12 infomracionih linija (jedna je sakrivena u drugom redu „Sonar“ porta), kao i osam šrafovskih navoja pogodnih za montiranje standardnih mesinganih ili plastičnih nožica-odstojnika kao osnove za dalju gradnju, omogućava laku realizaciju različitih zamisli sa dodatnim motorima, senzorima ili zvučnim i svetlosnim signalima.
Jedno učilo kao što je ovaj STEM robot-vozilo svoju upotrebnu vrednost umnogome povećava dobrom dokumentacijom. Uputstvo koje je u kutiji je sa samo par osnovnih napomena, opisanim metodom kalibracije i nekoliko elementarnih programa nacrtanih blokovima. Sasvim dovoljno za početak, sve preko toga bi bilo samo bespotrebno korišćenje papira. Za sve dodatno postoji Elecfreaks Cutebot Pro Wiki koji je odlično napisan uz mnogo više primera za početnike. Broj rutina napisanih u Python-u je daleko manji na sajtu i verujemo da je u pitanju procena proizvođača da im je dominantna ciljna grupa ona kojoj se mora pomoći, tj ona gde su najneiskusniji početnici. To ima smisla i pozdravljamo ideju da se novajlije što brže osposobe za samostalan rad i istraživanja u polju robotike, a da se iskusni programeri odmere u složenim Python programima istraživajući na teži način.
photo: magazin Mehatronika
Elecfreaks uz robota isporučuje i micro:bit V2, koji u sebi ima akcelerometar, senzor temperature i osvetljenja, mikrofon, ali i 2.4 GHz Wi-Fi i Bluetooth 5 što omogućava veliki broj eksperimenata bez ikakvih dodatnih delova. Voleli bismo da su pored odličnih mesinganih navoja, koji su izuzetno robusni i obezbeđuju solidan oslonac za nadogradnju, ipak osmislili lakši način integracije Lego Technic ili Lego Spike elemenata koji su prilagođeni uzrastu učenika, kao što su to uradili u njihovom Wukong-u sa plastičnim nosačem punim otvora za direktno povezivanje spojnicama. Time bi omogućili još lakše korišćenje Elecfraks PlanetX serije senzora, displeja i motora. Bez obzira na ovu sitnu zamerku, ovo je dobra (Pro)STEM platforma.
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.