Zápisky z Robotiky - plán

Tímto článkem by mohla začít celá série, kde se pokusím podělit o zkušenosti vedení robotického kroužku na základní škole, především z jeho technickým řešením. Protože nad kroužkem stále visí otazník, doufám, že nepůjde jen o články z přípravy. Jaké mám tedy plány?

S výukou robotiky je to dnes trochu partyzánské. Jednak na to neexistuje jeden koncept, ale je jich celá řada, a hlavně to dělají nadšenci a odborníci, což je vlastně víc než dobře. Když jsem zjišťoval možnosti, vlastně tuto oblast sleduji již dlouho, narazil jsem na několik modelů a přístupů jak v technické části tak v přístupu k žákům.

Rozkaz zní jasně

V první fázi šlo o to nadchnout učitele a ředitelku školy. To se nakonec snad povedlo. Po domluvě s vedením školy, jsem připravil povídací hodinu, na kterou chodili žáci - adepti na kroužek. Bylo rozhodnuto že půjde o budoucí čtvrtou až sedmou třídu. Nakonec se přišli podívat i osmáci nebo deváťáci, je ale zajímalo víc mé tetování na ruce, než to, o čem mluvím a co ukazuji, což jsem očekával.

Coby táta, po prázdninách už dvou, školáků, jsem měl výhodu ve znalosti dětské duše, a vzal jsem sebou několik vývojových desek, starší 3D tiskárnu, která pro svou prototypovost klekla pár dní po této exhibici, robotickou ruku, kterou jsem kdysi postavil, a joystickem ovládaný bod na maticovém displayi a vyrazil jsem do školy. Obklopen dětmi jsem si s nimi povídal o robotech, sedíc přitom na lavici. Podle všeho je to bavilo, takže snad budu mít o zábavu příští školní rok postaráno.

Tradičně ale všechny domluvy končí na financích. Nejde o finance pro mě, když nebudu v mínusu, tak budu spokojený. Nicméně roboti něco stojí. Snad jsem ale našel koncept který projde.

Za málo peněz hodně muziky

Počítali jsme s cca 15ti dětmi, což je celkem rozumné číslo. Budu schopen se jim všem věnovat a budeme moci vytvořit menší skupinky. Uvažuji o skupinkách po 3, ale věřím tomu že i skupinky po 2 budou stačit. Ne vždy se všichni sejdeme, děti budou schopny si pomáhat a snad se naučí pracovat v týmech. To znamená pořídit 5 - 8 robotů.

Zapomeňte na roboty v hodnotě 6 tisíc Kč. To je totiž opravdu hodně peněz. Škola tolik nemá a rodiče se na tom podílet asi moc chtít nebudou, minimálně by to zúžilo počet dětí a znevýhodňovalo ty finančně slabší.

A i proto, abychom z toho něco měli, nakonec to nejlepší je na tom ty roboty stavět, tak jsem se vydal jinou cestou. Narazil jsem na úžasný projekt M-BITBEAM, který rozpracoval Tomáš Feltl. Ten pojal roboty jako LEGO kompatibilní stavebnici. Vychází přitom ze systému Bitbeam. Ve zkratce jde o konstrukční prvky, které svými rozměry sedí na LEGO Technic. Plastové díly lze dokonce spojovat stejnými LEGO součástky, ale protože ty tisknout není úplně vhodné, počítá se se šroubky. Je to tedy takový novodobý Merkur. Vedle obecných konstrukčních dílků pak existuje, celá řada speciálních dílků pro uchycení elektronických částí robota. A vytvořit nové je pro technika s OpenSCADem snadné.

Mozek robota

Pan Feltl používá Arduino Uno kompatibilní desky a s dětmi píše programy přímo v Arduino IDE. Vzhledem k tomu, že pracuje se staršími dětmi toto považuji za handicap celého řešení. Naproti tomu, je pro výuku programování dětí nejznámější snad Scrach. Podstatou programování ve Scrachi je právě blokový přístup, který je dětem milejší a pochopitelnější. Existuje rozšíření do Adruina, které by šlo využít. Zkouším ale jinou cestu.

Hodlám postavit robota na ESP32, vlastně by fungovalo i ESP8266, ale ta má méně vývodů. Do něj nahraji Micropython, šla by i eLua nebo Javascript. Pro všechny tyto jazyky má podporu Google Blockly, který lze snadno rozšířit. Je na něm postaveno několik ukázkových aplikací, například želví grafika, jenž lze z blokového schématu uložit jako Pythoní kód který funguje jinde.

A protože Micropython pouští na ESP přímo .py soubory, stačí vytvořit modul, který dětem skryje nízkoúrovňové rozhraní a děti tak rychle a snadno vytvoří funkční program pro robota. Navíc s ESP, tím že jde o WiFi čip, lze komunikovat bezdrátově, ESP32 má i BlueTooth. Programátor tak nemusí opustit prohlížeč. Nakliká si blokově kód robota, ten pak v jiném okně nahraje do robota a jen se kochá jak robot dělá co je v programu. Technické nároky na programování jsou tak na minimu a lze využít i staré počítače.

Prototyp

Robot by měl umět sledovat čáru, případně jezdit v bludišti a vyhýbat se překážkám. Když jsem počítal součástky, tedy ESP desku, ovladač krokových motorků, motorky, senzory, spojovací drátky a krabičku na baterky, dostal jsem s k částce 700 Kč při nákupu na eBay.com. V Čechách, když se člověk snaží, dostane se pod 1500Kč, což je přijatelná marže českých obchodníků. U vytištěných dílů to bude jiné, ale celá sada by měla stát do 2000,-, přitom na základního robota bude stačit méně jak polovina. Jsem tedy na 1500Kč - 3000Kč za kus. To už je jiná cena, milejší i pro paní ředitelku :-)

Momentálně tedy zkoumám jednotlivé komponenty. Pokud je mám testuji je s ESP8266, resp. s 3.3V logikou, hledám alternativy a nejlevnější cenové podmínky. Cíl je objednané části jen pospojovat drátky, maximálně osadit piny. Prozatím bych se rád vyhnul vlastnímu řešení. V případě úspěchu je ale možné, že budu řešit vlastní desku, kterou bych jen rád osazoval DIP čipy. Vše musím stihnout tak, abych v září měl hotový - tedy složený a následně rozebraný prototyp. Další budu objednávat a tisknout až podle realizace kroužku, resp. jeho obsazení.

Na konci prázdnin bych tedy mohl napsat další článek o tom, jak celá věc vypadá a funguje. Čeká mě ale ještě dát dohromady tiskárnu, která bude tisknout, dnes stařičkému Huxleymu se už moc nechce.