Шаблонная графика: создание символов для Dobot Magician с помощью Python

Современные образовательные и исследовательские практики всё чаще обращаются к робототехническим системам как к эффективным инструментам формирования инженерного мышления, развития навыков программирования и реализации творческого потенциала учащихся. Одним из перспективных направлений является интеграция промышленных роботов-манипуляторов в учебный процесс. Особый интерес представляет использование таких устройств, как Dobot Magician — компактного и многофункционального робота, способного выполнять задачи с высокой точностью, включая перемещение объектов, 3D-печать, гравировку и рисование. В рамках данной статьи рассматривается подход к созданию библиотеки символов и программных шаблонных конструкций на языке Python для управления Dobot Magician, позволяющий роботу воспроизводить буквенные и цифровые символы на различных поверхностях с регулируемыми параметрами местоположения и масштаба. Предлагаемое решение сочетает в себе техническую строгость и креативную гибкость, что делает его особенно ценным в образовательной среде и на площадках технического творчества.

Программное обеспечение для Dobot Magician позволяет реализовывать различные сценарии взаимодействия с роботом через API, доступные, в том числе, на языке Python. Именно Python был выбран в качестве основной платформы для создания библиотеки символов, благодаря своей простоте, читаемости и широкому распространению в сфере образования. В основе библиотеки лежит идея описания символов в виде координатных траекторий, представляющих собой набор точек и отрезков, которые робот должен последовательно пройти, управляя инструментом для рисования (ручкой, карандашом или лазером). Каждая буква, цифра или иной графический символ описывается в виде функции или шаблонной структуры, позволяющей задать масштаб, начальную точку и ориентацию символа. Это обеспечивает гибкость системы и возможность компоновки сложных графических объектов из простейших элементов.

Ключевым преимуществом предлагаемой библиотеки является её параметрическая настраиваемость. Пользователь может программно задать точку начала рисования, масштаб (высоту и ширину символов), расстояние между символами, а также порядок их отображения. Такая настройка особенно актуальна при подготовке робота к участию в соревнованиях, где требуется отобразить текстовую или числовую информацию в заданной области, например, при выполнении задания по техническому черчению, созданию постеров или конкурсных арт-композиций. За счёт точного позиционирования манипулятора и возможности программной коррекции координат, система позволяет адаптироваться под различные размеры поверхностей.

Практическая значимость предлагаемого решения проявляется в нескольких основных сценариях. Во-первых, при участии в соревнованиях по техническому творчеству или образовательных хакатонах часто требуется демонстрация возможностей робота в области черчения и гравировки. Наличие готовой библиотеки символов позволяет оперативно подготовить конкурсный арт-объект с текстовыми элементами, номерами команд или названиями проектов при минимальной доработке кода. Во-вторых, сама разработка библиотеки и программирование шаблонных конструкций служат отличной тренировкой навыков Python-программирования, алгоритмического мышления и понимания принципов координатной геометрии, поскольку пользователям необходимо продумывать траектории, работать с матрицами трансформаций и отлаживать взаимодействие между контроллером робота и скриптовым интерфейсом.

Перспективы дальнейшего развития описываемой системы включают интеграцию с модулями компьютерного зрения для самоконтроля качества полученного рисунка и коррекции неточностей в режиме обратной связи. Кроме того, возможна реализация генерации траекторий, что позволит автоматически преобразовывать введённый текст в набор команд для рисования и расширит креативные возможности пользователей. Аналогичным образом можно добавить поддержку многоцветного рисования.

Далее приведен пример кода программы для рисования некоторых символов. Данная программа позволяет использовать заранее сгенерированные символы для их написания с помощью манипулятора.

Здесь происходит стандартное подключение к Dobot Magician в обход стандартного ПО.

Пример кода для рисования цифры 0.

Пример кода для рисования буквы А.

Пример кода для рисования буквы F.

Выше мы видим несколько примеров символов. Все символы состоят из линий, которые размещены в ограниченной сетке. Команды, которые используются позволяют перемещать манипулятор либо по дуге, либо по прямой линии, что позволяет рисовать символы в том виде, в котором необходимо, не придумывая способ сделать это все одной линией.

Данный массив представляет собой набор пар ключ – значение, в котором ключ — это символ, который мы хотим написать, а значение — это функция с командами для написания символа с помощью манипулятора. Функции прописаны заранее, и теперь их можно использовать в программе.

Написание символа происходит с помощью вызова определённого символа из нужного массива, массивы разбиты на разные языки и цифровые знаки. Также при вызове возможно указать стартовую точку для отрисовки символа, за стартовую координату отвечают первые 3 переменные, соответственно x,y,z. Оставшиеся два параметра отвечают за размер символа по x и y.

На этапе тестирования библиотеки проводились эксперименты по рисованию алфавитных и цифровых символов на бумаге, пластике и фанере. Результаты продемонстрировали высокую точность позиционирования, воспроизводимость и возможность масштабирования символов без потери качества. Учащиеся, участвовавшие в тестировании, отметили увлекательность процесса программирования символов и возможность творческого самовыражения, что дополнительно подтверждает педагогическую ценность разработанного инструментария. Более того, данный подход стимулирует развитие у школьников интереса к робототехнике, автоматике и программной инженерии, формируя предпосылки для выбора соответствующих профессиональных траекторий.

Таким образом, разработка библиотеки символов для Dobot Magician на языке Python представляет собой не только техническое достижение, но и важный шаг в сторону интеграции инженерного творчества в образовательный процесс. Предложенная система может быть адаптирована под различные уровни подготовки учащихся, от начального до продвинутого, и стать основой для создания комплексных образовательных модулей, направленных на развитие программно-аппаратного взаимодействия, алгоритмической грамотности и визуальной инженерии. Перспективы дальнейшего развития включают расширение набора символов, интеграцию с системами компьютерного зрения для самоконтроля качества изображения, а также использование нейросетевых моделей для автоматической генерации траекторий на основе введённого текста. Всё это открывает широкие горизонты для педагогических экспериментов и инженерных исследований в рамках школьного и дополнительного образования.

1. Программирование манипулятора в срeде COOGLE BLOCKLY: DOBOT MAGICIAN: Образовательная инженерная платформа/ О.А. Горнов. – М.: Издательство «Экзамен», 2021. – 188[1] с.
2. Заяц А. В. Рисуя будущее: роль Dobot Magician в обучении школьников через программируемое искусство // Научные высказывания. 2024. №18 (65). С. 33-36.
3. Заяц А. В., Журавский Г. В. Программируемое искусство: узоры с роботом Dobot Magician для обучающих целей // Научные высказывания. 2024. №10 (57). С. 35-40.
4. Заяц А. В. Создание графических изображений при помощи Dobot Magician // Научные высказывания. 2024. №9 (56). С. 46-49.