Design Project of an Open-Source, Low-Cost, and Lightweight Robotic Manipulator for High School Students

要約

近年、ロボットクラブやロボット競技会など、高校のロボット課外活動への関心が高まっています。
需要の高まりは、よりユビキタスなオープンソース ソフトウェアと手頃な価格の市販のハードウェア キットの結果です。
このプロジェクトでは、大学の教員と博士号の指導の下、高校の研究者によって設計および開発された、オープンソース、低コスト、軽量のロボット マニピュレーターを紹介します。
学生。
提示されたプロジェクトは、高校のロボット工学の研究および教育活動に適していると考えています。
当社のオープンソース パッケージは、機械設計モデル、メカトロニクス仕様、ソフトウェア プログラム ソース コードで構成されています。
機械設計モデルには、プロトタイピング (3D 印刷技術) の準備が整った CAD (コンピューター支援設計) ファイルが含まれており、完全な部品表に対応するアセンブリ ガイドとして機能します。
電気配線図と低レベルのコントローラは、オープンソース ソフトウェア パッケージの一部として詳細に文書化されています。
このプロジェクトの教育目的は、高校生チームがロボット マニピュレーターを複製して構築できるようにすることです。
提案されたプロジェクトで高校生が習得するエンジニアリングの経験は、機械設計、メカトロニクス、プログラミングなど、フルスタックです。
このプロジェクトは、プロジェクトベースの環境で実践的なエンジニアリング経験を大幅に充実させます。
このプロジェクトを通じて、高校の研究者が K-12 STEM コースの学際的な知識を応用してロボット マニピュレーターを構築できることを発見しました。
研究者は、システム エンジニアリングの設計と開発プロセスを経て、SolidWorks や Arduino マイクロコントローラーなどの専門的なエンジニアリング ツールを使用するスキルを習得することができました。

要約(オリジナル)

In recent years, there is an increasing interest in high school robotics extracurriculars such as robotics clubs and robotics competitions. The growing demand is a result of more ubiquitous open-source software and affordable off-the-shelf hardware kits, which significantly help lower the barrier for entry-level robotics hobbyists. In this project, we present an open-source, low-cost, and lightweight robotic manipulator designed and developed by a high school researcher under the guidance of a university faculty and a Ph.D. student. We believe the presented project is suitable for high school robotics research and educational activities. Our open-source package consists of mechanical design models, mechatronics specifications, and software program source codes. The mechanical design models include CAD (Computer Aided Design) files that are ready for prototyping (3D printing technology) and serve as an assembly guide accommodated with a complete bill of materials. Electrical wiring diagrams and low-level controllers are documented in detail as part of the open-source software package. The educational objective of this project is to enable high school student teams to replicate and build a robotic manipulator. The engineering experience that high school students acquire in the proposed project is full-stack, including mechanical design, mechatronics, and programming. The project significantly enriches their hands-on engineering experience in a project-based environment. Throughout this project, we discovered that the high school researcher was able to apply multidisciplinary knowledge from K-12 STEM courses to build the robotic manipulator. The researcher was able to go through a system engineering design and development process and obtain skills to use professional engineering tools including SolidWorks and Arduino microcontrollers.

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