用于在線教育的開源低成本機器人手臂

墨西哥蒙特雷Tecnologico de Monterrey的研究人員最近創建了一種低成本的機械臂，可以增強在線機器人技術的教育，使教師可以遠程演示在課堂上解釋的理論概念。該機械臂已在Hardware X上發表的一篇論文中提出，是完全開源的，并且可以由全世界的所有教師和教育者輕松組裝。

進行這項研究的研究人員之一Victor H. Benitez告訴TechXplore。“在學習了正向和逆向運動學及其應用之后，兩個學生Rodrigo Symonds和David Elguezabal來到我這里，他們的想法是創建一個具有IoT功能的雙鏈接機器人手臂，作為他們的機器人課程的一個項目。”

貝尼特斯和他的學生著手開發一種價格合理的機器人，該機器人可以在實驗室環境之外組裝(即不需要先進的工具和設備)，但可以用來展示物理環境中的復雜機器人概念。這些概念的一個例子是運動學，這是支撐機器人運動的數學過程，當僅從理論上向他們解釋(即沒有任何物理演示)時，學生可能很難理解。

貝尼特斯解釋說：“我們的機械臂使用稱為運動學的數學過程。” “直接運動學包括使用具有所需關節角度值的矩陣來確定末端執行器的位置。我們使用Denavit-Hartenberg約定在機器人中實現此行為。另一方面，間接運動學主要是三角方程，這些方程可創建長度和角度之間的關系，以計算手臂的關節需要如何移動才能使末端執行器到達空間中的給定點或軌跡。”

機械臂將末端執行器(即感興趣的對象)移動到特定位置所需遵循的軌跡由特定的坐標或參數函數確定。在這種情況下，末端執行器可以是手臂試圖移動的任何物體，例如記號筆，激光或什至是機械手。

與其他現有的機械臂相比，該機械臂的生產成本低。它還可以連接到WiFi源，并可以通過在線應用程序進行遠程控制。這使它成為遠程學習的理想選擇，因為它允許通過Internet進行通信的老師和學生使用同一根手臂進行實驗。此外，該程序所基于的程序使用戶可以輕松訪問手臂運動背后的每個命令和參數，從而可以進一步支持學習并增強每個學生對支撐機器人行為的過程的理解。

機械臂具有四個關鍵組件：機電臂結構，控制系統，Wi-Fi通信模塊和人機界面。它是完全開源的且可修改的，這意味著全世界的教育工作者都可以訪問其設計并根據其特定需求進行修改。使用此手臂，教師可以演示很多機器人學的概念，還可以涉及與數學，3-D打印，計算機科學和編程有關的其他主題。