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.


翻译:近年来,人们对高中机器人外科的兴趣日益浓厚,如机器人俱乐部和机器人竞赛等高校机器人校外课程。需求增长的原因是,我们开放源码的软件包更加普遍,开放源码软件和负担得起的现成硬件包,大大降低了初级机器人业余爱好者的障碍。在这个项目中,我们展示了一个由高中研究员在大学教师和博士生的指导下设计和开发的开放源码、低成本和轻巧的机器人操控器。我们认为,所介绍的项目适合高中机器人研究和教育活动。我们的开放源码包包括机械设计模型、中观器技术规格和软件程序源代码。机械设计模型包括CAD(Compater Aided Development)的档案,这些档案可以用于原型机器人(3D印刷技术),并用作装有完整的材料的装配指南。电动图和低级控制器作为开放源软件包的一部分详细记录。这个项目的教育目标是使高中学生团队能够复制和构建高超额工程技术,包括高额的机械工程设计流程。在大学的工程设计过程中获取了高额的工程设计经验。在高额的工程设计中,包括了高额的工程设计流程中获取了高额的工程设计。

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