Σχεδιασμός και ανάπτυξη εκπαιδευτικής σειράς στοιχείων ρομποτικής

Λαζάρ, Αθηνά Στυλιανή

The design and development of the educational line of robotics data

Διπλωματική εργασία

Author

Λαζάρ, Αθηνά Στυλιανή

Date

2022-07-11

Advisor

Chatzopoulos, Avraam

Διπλωματική Εργασία (7.260Mb)

Keywords

Εκπαιδευτική ρομποτική ; Εκπαιδευτικά ρομπότ ; Τρισδιάστατη εκτύπωση

Abstract

Η παρούσα εργασία, παρουσιάζει τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας νέας εκπαιδευτικής ρομποτικής πλατφόρμας, η οποία εμπνεύστηκε από το σετ εξαρτημάτων εκπαιδευτικής ρομποτικής LEGO® WeDo 2.0. Ειδικότερα, η συγκεκριμένη εκπαιδευτική ρομποτική πλατφόρμα, απευθύνεται στις μικρότερες ηλικίες αποσκοπώντας στη διδασκαλία της ρομποτικής, της μηχανικής, του προγραμματισμού αλλά και στις γενικότερες έννοιες STEM. Η κύρια ιδέα της προτεινόμενης εκπαιδευτικής ρομποτικής πλατφόρμας, βασίζεται σε αλληλοσυνδεόμενα εξαρτήματα (γνωστά ως «τουβλάκια»), με ιδιαίτερο σχεδιασμό όπου ενσωματώνονται αισθητήρες, κινητήρες και ο βασικός εγκέφαλος. Στην συνέχεια, παρουσιάζεται αναλυτικά, ο τρόπος σχεδιασμού των αλληλοσυνδεόμενων εξαρτημάτων (τουβλάκια) της συγκεκριμένης πλατφόρμας με απώτερο σκοπό τη δημιουργία εκπαιδευτικών ρομπότ, αναλύοντας ωστόσο τη διαδικασία ενσωμάτωσης βασικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων μέσα σ’αυτά τα εξαρτήματα (τουβλάκια). Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, η συγκεκριμένη πλατφόρμα εφαρμόζεται με τη διαδικασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης, έχοντας ως βασικό πλεονέκτημα το χαμηλό κόστος σε σχέση με άλλα έτοιμα εμπορικά πακέτα όπως, για παράδειγμα το LEGO® WeDo 2.0. Επιμέρους στόχοι της εργασίας είναι να παρουσιάσει αφενός αναλυτικά τα βήματα σχεδιασμού των εξαρτημάτων και αφετέρου τα τρισδιάστατα σχεδιαστικά προγράμματα που αξιοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Επιπλέον, αναφέρονται δύο μελέτες περίπτωσης παθητικών μοντέλων όπου τα προτεινόμενα εξαρτήματα συναρμολογούνται για την υλοποίηση των εκπαιδευτικών ρομπότ, που ονομάζονται «Racing Car», ένα αγωνιστικό αμάξι και το «Spy Robot» ένα ρομπότ κατάσκοπος. Τέλος, η εργασία έχει στόχο, να λάβει ο αναγνώστης την πλήρη κατανόηση ως προς τον σχεδιασμό και την κατασκευή των ρομποτικών εξαρτημάτων καθώς και τον τρόπο συναρμολόγησης, προσφέροντας του μια νέα εκπαιδευτική ρομποτική πλατφόρμα με ένα εναλλακτικό κόστος.

Abstract

This paper presents, the design and development of a new educational robotics platform, which was inspired by the set of accessories of the educational robotics: LEGO® WeDo 2. Particularly, this specific educational robotics platform is addressed to younger ages, aiming in the education of robotics, mechanics, programming and also in the general meaning of STEM. The main idea of this, educational robotics platform is based on interconnected components (known as "bricks"), with a special design that integrates sensors, motors and the basic brain. Subsequently, the way of designing, the interconnected components (bricks) of this specific platform is being analytically, with the ultimate goal of creating educational robots, analyzing with the process of the interconnected basic electronic components within those components (bricks) and appliances. It is important to be noted that this platform is being applied with the procedure of the 3D printing, having as a main advantage the low cost, in comparison with the other commercial packages such as, for example, LEGO® WeDo 2.0. The individual targets of this paper, are from the one hand to present in detail the steps of designing the components and on the other hand to present the 3D designing programs which are utilized in the procedure of 3D printing. In addition, there are been mentioned, two studies of cases, of passive models which the suggested parts are being assembled for the implantation of the educational robots, which is named "Racing Car" that is an coopeting car and the "Spy Robot" which is a robot that is a spy. Finally, the paper has as goal, for the reader to understand fully, the designing and construction of the robotic components and the way that are being assembled. Giving the reader a new educational robotics platform with an alternative cost.