Технические вопросы создания методического комплекса для обучения робототехническим дисциплинам
Аннотация
Обоснование. Программы обучения в области робототехники требуют современных методик, сочетающих теорию и практику. Использование симуляторов позволяет приблизить обучение к реальным задачам, но существующие образовательные ресурсы имеют ограничения: платный доступ, ориентация на широкую аудиторию, зависимость от конкретного аппаратного обеспечения.
Цель – создание и апробация методического комплекса для повышения эффективности обучения проектированию интеллектуальных робототехнических систем с использованием открытого программного обеспечения и симуляторов.
Материалы и методы. Основным методом является практико-ориентированное моделирование. Исследование базируется на анализе существующих образовательных ресурсов, использовании симуляционной среды Coppelia Sim, средств разработки (Visual Studio Code, Python) и аппаратной платформы на базе микроконтроллера ESP32. Также применен метод интеграции локальной языковой модели (Gemma 3) для поддержки учебного процесса.
Результаты. Разработан комплексный методический инструментарий, включающий структурированный курс из девяти лабораторных работ, методические указания, аппаратный прототип колесной платформы и библиотеку для переноса кода между симулятором и реальным устройством. Апробация курса выявила повышение мотивации студентов и развитие практических навыков, а также позволила сформулировать рекомендации по улучшению, такие как уровневая дифференциация заданий и оптимизация инструкций.
Скачивания
Литература
Бжихатлов, И. А. (2018). Моделирование робототехнических систем в программе V REP: учебно методическое пособие. Санкт Петербург: НИУ ИТМО. https://e.lanbook.com/book/136492
Бурьков, Д. В., & Волощенко, Ю. П. (2020). Математическое и имитационное моделирование электротехнических и робототехнических систем: учебное пособие. Ростов на Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета. ISBN: 978 5 9275 3625 2. https://znanium.com/catalog/product/1308357. EDN: https://elibrary.ru/EGHJRJ
Вельтищев, В. В., & Минеев, А. Б. (2018). Методы имитационного моделирования систем управления движением подводного аппарата: учебное пособие. Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана. https://e.lanbook.com/book/205493
Ревич, Ю. В. (2023). ESP32 C3. Беспроводное приключение. Полное руководство по IoT. Москва: ДМК Пресс. 442 с.
Закураев, Р. А. (2023). Робототехнические конструкторы для выполнения исследовательских проектов по физике. Вестник науки, (6), 112–120. EDN: https://elibrary.ru/YBRJSI
Иванов, А. В. (2024). Библиотека построения маршрута БПЛА. Труды Поволжского государственного технологического университета. Серия: Технологическая, (12), 30–34. EDN: https://elibrary.ru/CWIOUD
Иванов, А. В. (2024). Применение среды моделирования CoppeliaSim для построения маршрута беспилотного летающего аппарата. Инженерные кадры — будущее инновационной экономики России, (1), 499–502. EDN: https://elibrary.ru/DKLSOF
Ковалев, И. М., & Петрова, Е. Д. (2021). Сравнительный анализ симуляторов Gazebo и CoppeliaSim для образовательных задач. Информатика и образование, (5), 32–40.
Лаврентьев, Е. Б., Изюмов, А. И., Марченко, Э. В., & Попов, С. И. (2023). Основы моделирования роботов в среде CoppeliaSim: учебное пособие. Ростов на Дону: ДГТУ. ISBN: 978 5 7890 2097 5. EDN: https://elibrary.ru/NFEWUS
Локтионов, А. С., & Евдокимова, С. А. (2024). Выбор программы симулятора для проектирования робототехнических систем. В Материалы Всероссийской научно практической конференции студентов и молодых учёных (с. 212–219). Воронеж: ВГЛТУ. https://doi.org/10.58168/ROBOTICS2024_212-219. EDN: https://elibrary.ru/ADXPIV
Морохин, Д. В., Мясников, В. И., & Иванов, А. В. (2023). Микропроцессорные системы на основе микроконтроллеров STM32: лабораторный практикум. Йошкар Ола: Поволжский государственный технологический университет.
Пикалёв, Я. С. (2017). Анализ существующих симуляторов робототехнических систем. Проблемы искусственного интеллекта, (1), 45–52. EDN: https://elibrary.ru/YOJGTN
Титенок, А. В. (2022). Основы робототехники: учебное пособие. Москва; Вологда: Инфра Инженерия. 236 с.
Фокина, А. А., Каменев, Р. В., Чикова, О. А., & Витюнин, М. А. (2024). Удовлетворённость обучением робототехнике в условиях дополнительного образования. Педагогическое образование в России, (4), 362–376. EDN: https://elibrary.ru/METGYZ
Эшниязов, А. И. (2023). Преподавание основ образовательной робототехники в дистанционном формате обучения. Информатика. Экономика. Управление / Informatics. Economics. Management, (2), 88–95. https://doi.org/10.47813/2782-5280-2023-2-2-0301-0310. EDN: https://elibrary.ru/MEAEDS
Agha, R. A. A., Mahdi, Zh. H., Sefer, M. N., & Hamarash, I. (2021). A ROS Gazebo interface for the Katana robotic arm manipulation. UKH Journal of Science and Engineering, 5(1), 26–37. https://doi.org/10.25079/ukhjse.v5n1y2021.pp26-37. EDN: https://elibrary.ru/ORWDMB
Craig, J. J. (2005). Introduction to Robotics: Mechanics and Control (3rd ed.). Pearson Prentice Hall.
Koenig, N., & Howard, A. (2004). Design and use paradigms for Gazebo, an open source multi robot simulator. В 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (pp. 2149–2154, Vol. 3). Sendai, Japan: IEEE. https://doi.org/10.1109/IROS.2004.1389727
Quigley, M., Conley, K., Gerkey, B., Faust, J., Foote, T., Leibs, J., Wheeler, R., & Ng, A. Y. (2009). ROS: an open source Robot Operating System. ICRA Workshop on Open Source Software, 3(3.2), 5.
Siciliano, B., & Khatib, O. (Eds.). (2016). Springer Handbook of Robotics (2nd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32552-1
Spong, M. W., Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2020). Robot Modeling and Control (2nd ed.). Wiley.
References
Bzhikhatlov, I. A. (2018). Modeling robotic systems in the V REP program: Educational and methodological guide. Saint Petersburg: ITMO University. Retrieved from https://e.lanbook.com/book/136492
Burkov, D. V., & Voloshchenko, Yu. P. (2020). Mathematical and simulation modeling of electrical and robotic systems: Textbook. Rostov on Don; Taganrog: Southern Federal University Publishing House. ISBN: 978 5 9275 3625 2. Retrieved from https://znanium.com/catalog/product/1308357. EDN: https://elibrary.ru/EGHJRJ
Veltishchev, V. V., & Mineev, A. B. (2018). Methods of simulation modeling of control systems for underwater vehicle motion: Textbook. Moscow: Bauman Moscow State Technical University. Retrieved from https://e.lanbook.com/book/205493
Revich, Yu. V. (2023). ESP32 C3. Wireless adventure. A complete guide to IoT. Moscow: DMK Press. 442 p.
Zakuraev, R. A. (2023). Robotic construction kits for research projects in physics. Bulletin of Science, (6), 112–120. EDN: https://elibrary.ru/YBRJSI
Ivanov, A. V. (2024). Library for UAV route planning. Proceedings of the Volga State Technological University. Series: Technological, (12), 30–34. EDN: https://elibrary.ru/CWIOUD
Ivanov, A. V. (2024). Application of the CoppeliaSim simulation environment for planning the route of an unmanned aerial vehicle. Engineering Personnel — the Future of Russia’s Innovative Economy, (1), 499–502. EDN: https://elibrary.ru/DKLSOF
Kovalev, I. M., & Petrova, E. D. (2021). Comparative analysis of Gazebo and CoppeliaSim simulators for educational tasks. Informatics and Education, (5), 32–40.
Lavrentiev, E. B., Izyumov, A. I., Marchenko, E. V., & Popov, S. I. (2023). Fundamentals of robot modeling in the CoppeliaSim environment: Textbook. Rostov on Don: Don State Technical University. ISBN: 978 5 7890 2097 5. EDN: https://elibrary.ru/NFEWUS
Loktionov, A. S., & Evdokimova, S. A. (2024). Selecting a simulator program for designing robotic systems. In Proceedings of the All Russian Scientific and Practical Conference of Students and Young Scientists (pp. 212–219). Voronezh: Voronezh State University of Forestry and Technologies. https://doi.org/10.58168/ROBOTICS2024_212-219. EDN: https://elibrary.ru/ADXPIV
Morokhin, D. V., Myasnikov, V. I., & Ivanov, A. V. (2023). Microprocessor systems based on STM32 microcontrollers: Laboratory workshop. Yoshkar Ola: Volga State Technological University.
Pikalev, Ya. S. (2017). Analysis of existing simulators for robotic systems. Problems of Artificial Intelligence, (1), 45–52. EDN: https://elibrary.ru/YOJGTN
Titenok, A. V. (2022). Fundamentals of robotics: Textbook. Moscow; Vologda: Infra Engineering. 236 p.
Fokina, A. A., Kamenev, R. V., Chikova, O. A., & Vityunin, M. A. (2024). Satisfaction with robotics education in extracurricular settings. Pedagogical Education in Russia, (4), 362–376. EDN: https://elibrary.ru/METGYZ
Eshniyazov, A. I. (2023). Teaching the basics of educational robotics in a distance learning format. Informatics. Economics. Management, (2), 88–95. https://doi.org/10.47813/2782-5280-2023-2-2-0301-0310. EDN: https://elibrary.ru/MEAEDS
Agha, R. A. A., Mahdi, Zh. H., Sefer, M. N., & Hamarash, I. (2021). A ROS Gazebo interface for the Katana robotic arm manipulation. UKH Journal of Science and Engineering, 5(1), 26–37. https://doi.org/10.25079/ukhjse.v5n1y2021.pp26-37. EDN: https://elibrary.ru/ORWDMB
Craig, J. J. (2005). Introduction to robotics: Mechanics and control (3rd ed.). Pearson Prentice Hall.
Koenig, N., & Howard, A. (2004). Design and use paradigms for Gazebo, an open source multi robot simulator. In 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (Vol. 3, pp. 2149–2154). Sendai, Japan: IEEE. https://doi.org/10.1109/IROS.2004.1389727
Quigley, M., Conley, K., Gerkey, B., Faust, J., Foote, T., Leibs, J., Wheeler, R., & Ng, A. Y. (2009). ROS: An open source Robot Operating System. ICRA Workshop on Open Source Software, 3(3.2), 5.
Siciliano, B., & Khatib, O. (Eds.). (2016). Springer handbook of robotics (2nd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32552-1
Spong, M. W., Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2020). Robot modeling and control (2nd ed.). Wiley.
Copyright (c) 2026 Dmitry V. Morokhin, Artem V. Ivanov
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
