Огляд і аналіз програмних симуляторів інформаційних робототехнічних систем
DOI:
https://doi.org/10.32347/gbdmm.2024.103.0501Ключові слова:
роботизовані симулятори, роботизована інформаційна система, симулятори Arduino, візуальні симулятори, wokwi, tinkercad, Gazebo, Webots, CoppelisSimАнотація
Стрімкий розвиток освітніх технологій потре-бує активного залучення нових засобів та ефек-тивних методів навчання. Одним із інновацій-них інструментів навчання за напрямком робо-тотехніка є застосування в навчальному процесі симуляторів роботів, які відкривають безліч можливостей для кращого засвоєння знань та розвитку практичних навичок у здобувачів освіти.
Симулятори роботів – це програмні компле-кси, які дозволяють візуалізувати та моделюють поведінку реальних роботів. За допомогою цих інструментів студенти можуть:
- програмувати роботів у віртуальному середо-вищі, тестувати код та відлагоджувати поми-лки без ризику пошкодити реальне облад-нання;
- навчатися робототехніці та принципам робо-ти роботів, досліджуючи різні типи датчиків, виконавчих механізмів та алгоритмів поведі-нки роботів;
- вирішувати задачі з різних галузей, таких як автоматизація виробництва, логістика, будів-ництво тощо;
- практикувати свої навички у безпечному та контрольованому середовищі.
Серед переваг використання симуляторів роботів це:
- доступність для великої кількості студентів, так як симулятори значно дешевші, ніж реа-льні роботи;
- безпека, так як віртуальне середовище усуває ризики, пов'язані з роботою з реальними ро-ботами;
- гнучкість, що дозволяє студентам працювати у власному темпі, досліджувати різні сценарії та експериментувати з різними параметрами;
- інтерактивність із реалістичним 3D-середо-вищем та візуалізацією.
В даній роботі показано огляд та аналіз про-грамного забезпечення, яке дозволяє моделюва-ти системи керування роботів та симулювати їхню роботу для різних алгоритмів.
Проведено огляд та аналіз запропонованих програмних засобів симуляції робототехнічних систем, які застосовуються для навчання здобу-вачів освіти рівня бакалавр та магістр за спеці-альностями «Комп’ютерні науки», «Інформа-ційні системи», «Галузеве машинобудування» та «Прикладна механіка» і довели свою дієвість та ефективність в умовах дистанційного нав-чання в Київському національному університеті будівництва і архітектури.
Посилання
Mishchuk D., V. Volyanyuk, E. Gorbatyuk (2017). Modular principle of the construction of construction work. Gіrnichі, budіvelnі, dorozhnі ta melіorativnі mashini, Nr.89, 90–97.
Mischuk D. (2013). The review and analysis of designs robots for construction works. Gіrnichі, budіvelnі, dorozhnі ta melіorativnі mashini, Nr.82, 28-37.
Loveikin V., Mishchuk D. (2022). Analysis of the refined mathematical model of the manipulator boom system with an elastic base. Girnychi, budivelni, dorozhni ta melioratyvni mashyny [Mining, construction, road and melioration machines], Nr.99, 5-14.
Mischuk D. Volianiuk V., Gorbatyuk Eu. (2019). Determination of geometric parameters of the manipulator according to the character-istics of the working environment. Girnichi, budivelni, dorozhni ta meliorativni mashini [Mining, construction, road and reclamation machines], Nr.94, 25-34. (in Ukrainian). https://doi.org/10.32347/gbdmm2019.94.0201
Volianiuk V., Mischuk D., Gorbatyuk Eu. (2022). Determination of dynamic loads in the crane lifting mechanism. Girnichi, budivelni, dorozhni ta meliorativni mashini [Mining, construction, road and reclamation machines], Nr.99, 15-25. (in Ukrainian).
Jueyao W., Xiaorui Z., Fude T., Tao Z., Xu X. (2009). Design of a modular robotic system for archaeological exploration. In: Robotics and Automation. ICRA'09. IEEE International Conference on, Kobe, Japan, May 12-17, 2009, 1435-1440.
Z. C. M. Davidson, S. Dang and X. Vasilakos (2024). Blended Laboratory Design Using Raspberry Pi Pico for Digital Circuits and Systems. IEEE Transactions on Learning Tech-nologies, Vol.17, 1170-1183. https://doi.org/10.1109/TLT.2024.3363230.
Z. Ye and C. Hua, (2012). An innovative method of teaching electronic system design with PSoC. IEEE Trans. Educ., Vol.55, No.3, 418-424.
S. T. Cahill, P. E. B. Mann, A. F. Worrall and M. I. Stewart. (2020). Remote teaching of programming in mathematica: Lessons learned, J. Chem. Educ., Vol.97, Nr.9, 3085-3089.
Ruiz J. D., Deierling P. E. (2021). Introduc-ing mechanical engineering students to online robotics laboratories. Proceedings of asme 2021 international mechanical engineering congress and exposition (IMECE2021), Vol.9. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE), nov 01-05, 2021, Electr Network, Amer Soc Mech Engi-neers, WOS:000883348000047.
Volianiuk V., Mischuk D., Gorbatyuk Eu. (2020). Determination of inertial loads of the rotary boom of a self-propelled crane. Girnichi, budivelni, dorozhni ta meliorativni mashini [Mining, construction, road and reclamation machines], Nr.96, 13-21. (in Ukrainian). https://doi.org/10.32347/gbdmm2020.96.0201.
Mischuk D., Rashkivskiy V. (2024). Pro-gramuvannja robototehnіchnih іnformacіjnih sistem: konspekt lekcіj. Kyiv, KNUCA, 214.
Y. Pane, M. H. Arbo, E. Aertbeliën and W. Decré, (2020). A System Architecture for CAD-Based Robotic Assembly With Sensor-Based Skills. IEEE Transactions on Automa-tion Science and Engineering, Vol. 17, Nr.3, 1237-1249, doi:10.1109/TASE.2020.2980628
J. P. Carvalho Henriques et al. (2023). Trajectory Generation Using RoboDK for a Staubli SCARA TS 60 Robot," 2023 11th In-ternational Conference on Control, Mechatron-ics and Automation (ICCMA), Grimstad, Nor-way, 2023, 121-126, https://doi.org/10.1109/ICCMA59762.2023.10374649.
Online resource. Simulate Robot Applica-tions. (2024). https://robodk.com.
Mihajlov E. P., Vudvud O. M., Sivokіn S. V., Shvec B. R. (2023). Doslіdzhennja algo-ritmіv ta obladnannja dlja navіgacії mobіl'nih robotіv za dopomogoju komp’juternogo modeljuvannja. Pіdjom.-transp. tehnіka. Nr.1(68), 71-86. (in Ukrainian).
Montenegro G, Chacón R, Fabregas E, Garcia G, Schröder K, Marroquín A, Dormido-Canto S, Farias G. (2022). Modeling and Control of a Spherical Robot in the CoppeliaSim Simulator. Sensors. 22(16), 6020. https://doi.org/10.3390/s22166020.
M. A. Pastrana, J. Bautista, J. Mendoza-Peñaloza, L. H. Oliveira, D. A. Mendes and D. M. Muñoz. (2023). Teaching Control Theo-ry using Mobile Robot Obstacle Follow-ing/Avoidance with CoppeliaSim and MFO Algorithm. Latin American Robotics Symposium (LARS), Brazilian Symposium on Robot-ics (SBR), and 2023 Workshop on Robotics in Education (WRE), Salvador, Brazil, 2023, 579-584, https://doi.org/10.1109/LARS/SBR/WRE59448.2023.10333042.
M. A. Pastrana, L. H. Oliveira, D. A. Mendes, Douglas. L. Silva, Jose Mendoza-Peñaloza, Daniel M. Muñoz. (2024). Imple-mentation of a PID Controller using Online Tuning Applied to a Mobile Robot Obstacle Following/Avoidance". Argentine Conference on Electronics (CAE), 10-15.
H. Zhang and T. Yang. (2021). A simulation system for testing robotic navigation based on coppeliasim and ROS. 6th International Conference on Control Robotics and Cybernetics (CRC), 96-100.
X. Gu, A. Zhang, Yuan L. and Xia. Y. (2021). Design and Dynamics Simulation of a Triphibious Robot in Webots Environment. 2021 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), Takamatsu, Japan, 2021, 1268-1273. https://doi.org/10. 1109/ICMA52036.2021.9512574.
A.-C. Stan and M. Oprea. (2019). A Case Study of MultiRobot Systems Coordination using PSO simulated in Webots. 2019 11th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI), Pitesti, Romania, 2019, 1-5. https://doi.org/10.1109/ECAI46879.2019.9042144 .
Gabdrahmanov R. Tsoy, T. Bai Y. Svinin M. Magid E. (2022). Automatic Generation of Random Step Environment Models for Gazebo Simulator. Robotics for sustainable future. CLAWAR 2021, Vol.324, 408-420. https://doi.org:/10.1007/978-3-030-86294-7_36.
Farley A., Wang J., Joshua A. Marshall. (2022). How to pick a mobile robot simulator: A quantitative comparison of CoppeliaSim, Gazebo, MORSE and Webots with a focus on accuracy of motion. Simulation Modelling Practice and Theory, Vol.120, 102629, https://doi.org/10.1016/j.simpat.2022.102629.
Platt, J., Ricks, K. (2022). Comparative Analysis of ROS-Unity3D and ROS-Gazebo for Mobile Ground Robot Simulation. J Intell Robot Syst 106, 80. https://doi.org/10.1007/s10846-022-01766-2.
Osorio-Sanchez D and Gonzalez-Hernandez H. (2022). Sensor fusion for vehicle odometry and path tracking: a ROS simulation 2022 In-ternational Symposium on Electromobility (ISEM). https://doi.org/10.1109/ISEM55847.2022.9976548. 978-1-6654-5923-5. (1-6).
MotoSim EG-VRC. (2024). Offline pro-gramming system with 3D simulation. Overview. https://www.yaskawa.eu.com/products/software/seriesdetail/serie/robotics-software_1005.
Mishchuk D. O. (2017). Study of the dynamics of the boom manipulator mounted on an elastic sup-port. Girnychi, budivelni, dorozhni ta melioratyvni mashyny [Mining, construction, road and melioration machines], Nr.90, 11-18.
Loveykin V. S., Mischuk D. O. (2013). Opti-mization of the modes of changing the depar-ture of the manipulator with a hydraulic drive. Monograph, Kyiv, CP Komprint, 206. https://doi.org/10.26884/damu.m13opzvmg
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Sofia Efremova, Dmitry Mishchuk, Evgeny Horbatyuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Право авторства належить авторам статей. Невиключні права на першу публікацію матеріалів статті автори передають редакції журналу «Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини» на умовах угоди з авторами згідно ліцензії Creative Commons CC BY 4.0. При цьому авторри мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Запозичення матеріалів повністю або частково можливе з посиланням на вихідні дані журналу з обов'язковою вказівкою правовласника та імен авторів статей. При створенні на основі опублікованих у журналі статей нових матеріалів, цитуванні або перекладі фрагментів статей з метою їхнього цитування необхідно посилатися на першоджерела з дотриманням правил цитування.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- автори зберігають за собою авторські права на роботу та передають журналу право першої публікації разом із роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати цю роботу з обов'язковим зазначенням авторства цієї роботи та посиланням на оригінальну публікацію у цьому журналі.
- автори зберігають за собою право укладати окремі додаткові контрактні угоди на неексклюзивне розповсюдження версії роботи, опублікованої в цьому журналі (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
- авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховищі або на їхньому персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даним журналом, оскільки це може призвести до продуктивного обговорення, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивися The Effect of Open Access).
Дозвіл на повторне використання визначається наступною користувальницькою ліцензією:
- Creative Commons Attribution (CC BY 4.0): дає можливість іншим поширювати і копіювати статтю, створювати уривки, реферати та інші виправлені версії, адаптації або похідні роботи зі статті (наприклад, переклад) для включення в колективну роботу (наприклад, монографію), для пошуку тексту або даних в статті, навіть в комерційних цілях, за умови, що вони вказують автора (ів), не змінюють статтю в такий спосіб, щоб завдати шкоди честі або репутації автора.
