Digitrode

Конструктор предназначен для проведения работ по созданию робототехнических систем, применяемых в быту, образовательной и научной деятельности. Конструктор призван решать задачи локальной автоматизации, «умного дома», проведения опытно-конструкторских работ в домашних условиях, обучения принципа построения алгоритмов управления физическими объектами, автоматизации научных экспериментов, создания индивидуальных робототехнических комплексов.

Продукт рассчитан стать платформой для создания робототехнических комплексов. Платформа является открытой как с точки зрения аппаратной реализации, так и программного обеспечения. Открытость платформы должна привести к появлению многочисленных прецедентов применения, с возможностью многократного копирования наиболее удачных вариантов применения сторонними пользователями. За счет объединения наиболее удачных решений в области навигации, управления перемещением, аудио и видео обработки, автоматизации бытовых процессов и т.д. появляется возможность создавать новые интеллектуальные системы управления для практического применения в быту и сфере развлечений.

Массовость применения обеспечивается за счет легкости освоения специализированного языка программирования MexBIOS, который позволяет графическими методами и за счет встроенных в него готовых шаблонов достаточно легко создавать сложные алгоритмы управления неквалифицированными пользователями. Ключевым преимуществом данного языка программирования является возможность применения в пределах одной программы таких методов программирования, как Блок-диаграммы, Машина состояний, Алгоритмы, Текст по правилам языка Basic и т.д.

Язык MexBIOS был разработан в России, система программирования MexBIOS была признана и рекомендована мировыми производителями микроконтроллеров такими как Texas Instruments, STM, FreeScale и другими как средство создания приложений для встроенных систем управления. В состав программного обеспечения MexBIOS входят библиотеки блоков, позволяющие выполнять такие типовые функции как цифровая фильтрация, регулирование, логические и арифметические операции, инициализация периферийных устройств микроконтроллеров. Программное обеспечение позволяет создавать новые блоки и добавлять их в библиотеку. Создание алгоритмов управления производится путем прорисовки ветвлений исполнения алгоритма и блок-схем на основе блоков библиотеки, назначением событий, выделением основных логических состояний системы управления с указанием действий, характерных для каждого состояния и условий перехода в следующее состояние.

Разработанные алгоритмы управления кодируются в конфигурационный файл, в котором указаны последовательность и условия запуска требуемых элементов библиотеки, используемых алгоритмом. Также возможна генерация текстового кода согласно разработанным визуальным методам алгоритмам. Данный файл загружается в микроконтроллер, в который предварительно устанавливается библиотека с готовыми программными блоками. Возможна предварительная проверка разрабатываемых алгоритмов путем моделирования на персональном компьютере.

В режиме отладки при исполнении разработанных алгоритмов на микроконтроллере цифровой системы управления допускается просматривать и изменять значения переменных, а также изменять сами алгоритмы без их останова. Для отладки разрабатываемых алгоритмов возможно использовать визуальные элементы управления и вывода информации на экран компьютера, в том числе осциллограмм. Программное обеспечение позволяет передавать информацию о значениях переменных разрабатываемых алгоритмов в другие приложения на персональном компьютере посредством стандартных протоколов.

Концепция конструктора строится исходя из следующих тезисов:

1. Функциональная расширяемость за счет применения модулей расширения
2. Возможность организации сети из нескольких контроллеров
3. Обеспечение коммуникаций между контроллером и современными электронными средствами коммуникаций (сотовые телефоны, планшеты и т.д.) за счет поддержки интерфейсов связи
4. Возможность загрузки приложений для выполнения стандартных действий (обеспечение навигации, аудио и видео обработки, управления сложными электромеханическими объектами и т.д.)
5. Возможность создания программного обеспечения контроллера пользователем с минимальным уровнем квалификации в области программирования за счет применения графических языков программирования и использования предоставляемых шаблонов по решению специфичных задач (например, управление электродвигателями переменного тока, синхронизация работы многокоординатных систем перемещения и т.д.)
6. Возможность оснащения контроллера модулями расширения, разработанными сторонними производителями (в том числе и непосредственно пользователем) для решения уникальных задач

Платы выполнены по принципу «мезонин» и соединены между собой общей шиной с целью наличия возможности собрать мини-ПЛК (программируемый логический контроллер)из плат следующих типов: процессорной, дискретного ввода вывода, коммуникационной, аналогового ввода вывода, модуля управления двигателями. Разработанные платы ( в дальнейшем конструктор) обладают максимальными коммутациями для внешних устройств Bluetooth, WiFi, а также RS485. Конструктор позволяет коммуникацию со всеми видами периферийных датчиков.

Некоторым недостатком существующих электронных Arduino-систем следует считать подход к написанию встроенного программного обеспечения. Для программирования контроллера классической системы пользователь должен обладать компетенцией в программировании на алгоритмическом языке программирования. В конструкторе «МКС» используется подход блочного программирования и при желании также поддерживается текстовое программирование, что значительно расширяет круг потенциальных потребителей. Кроме того, за счет использования готовых решений для большого количества стандартных ситуаций и проектов, у пользователя появляется возможность абстрагироваться от задачи «как это сделать» и больше сосредоточиться на задаче «что сделать», не ограничивая креативность мышления техническими возможностями реализации.

Таким образом, конструктор позволяет построить системы управления робототехническими комплексами и электроприводами, способного обеспечивать применение к задачам робототехники для аудитории любого возраста и компетенции.

Применение конструктора в составе электромеханического устройства производства ООО Мехатроника-Софт

Применение конструктора в образовательных учреждениях

В связи с активным внедрением новых технологий в жизнь общества постоянно увеличивается потребность в высококвалифицированных специалистах. В ряде ВУЗов России присутствуют специальности, связанные с робототехникой, но в большинстве случаев не происходит предварительной ориентации школьников на возможность продолжения учебы в данном направлении. Многие абитуриенты стремятся попасть на специальности, связанные с информационными технологиями, не предполагая о всех возможностях этой области. Между тем, игры в роботы, конструирование и изобретательство присущи подавляющему большинству современных детей. Таким образом, появилась возможность и назрела необходимость в непрерывном образовании в сфере робототехники. Заполнить пробел между детскими увлечениями и серьезной ВУЗовской подготовкой позволяет изучение робототехники в школе на основе специальных образовательных конструкторов.

Данное программное обеспечение MexBios Kids и МеКсконСтруктор разрабатывался, в том числе, и для студентов университета для программ, где важен объект автоматизации, а не язык программирования. Таким образом, у школьника мы заостряем внимание на возможность абстрагироваться от задачи «как это сделать» и больше сосредоточиться на задаче «что сделать», не ограничивая креативность мышления техническими возможностями реализации.

Во время прохождения данной программы, обучающийся своевременно усваивает логику и последовательность процессов. От изучения понятия “кнопка”, далее к управлению манипулятором до работы с датчиками в симулятивной игровой среде с тематикой “Космос”. Так как в комплекте с программным обеспечением ребенок получает комплект для сборки робота, таким образом, обучающийся сталкивается не только с виртуальным миром, но и с физическим решением инженерных задач.

По мере возрастания педагогических задач, при прохождении образовательной программы, у обучающегося возрастают навыки управления и сборки микропроцессорной системы. Таким образом, посредством конструктора и программного обеспечения MexBIOS Kids мы не столько готовим молодые кадры для глобальных проектов, сколько учим их разбираться в современной высокотехнологичной аппаратуре, а также связывать знания, полученные в ходе школьного образования, с практикой в игровом формате.

Календарно-тематический план

Теги: МексКонСтруктор, MexBIOS, робот