CoCube: 用于教育和研究的
桌面级模块化多机器人平台

梁帅1,2,4, 朱松毅2,4, 汤忠翰2, 李晨辉2, 吴文杰3, 韩佳玲1, 林泽民4,
赵斌2, 王之港2,*, 张执南4,*, 李学龙2,5
1复旦大学 2上海人工智能实验室 3MicroBlocks 4上海交通大学 5中国电信人工智能研究院

Affiliation
Haed Image

CoCube平台:硬件包括CoCube机器人,用于拓展功能的外接模块CoModules,用于给机器人提供定位的CoMaps以及用于特殊交互的CoTags。软件基于MicroBlocks平台开发,并支持多种高级API。

摘要

本研究介绍CoCube,一款用于机器人教育和多机器人算法研究的桌面级模块化机器人平台。CoCube具备低门槛、高上限和宽围墙的特点,提供了灵活性和广泛的适用性。该平台由四个关键部分组成:CoCube机器人,集无线通信、运动感知和交互功能的方块形机器人;CoModules磁吸外接模块,可为机器人拓展丰富的功能;CoMaps,通过普通打印纸上的微点图案为机器人提供高精度定位;以及 CoTags,每个CoTags可对应唯一的一个Index,可用于无屏编程等场景。CoCube软件基于专为物理计算而生的图形化编程语言Microblocks开发,为用户提供了灵活性和易用性,并支持复杂应用的高级API。本研究详细介绍CoCube平台的设计,并展示了其在教育和研究领域的潜力。

视频

案例展示

建造你的乐园!

基于CoTags,为CoCube机器人设计乐园,抵达终点。

=> CoCube: 1

=> CoTags: 8

追上那辆车!

每个机器人都会跟随前面的机器人,同时保持一定的距离。第一个机器人可以手动控制或通过遥控器控制。

=> CoCube: 4

=> CoMaps: 600 × 400

交换位置

每个机器人都与其对角线上的机器人交换位置。我们使用RVO2算法为机器人实现速度避让。

=> CoCube: 8

=> CoMaps: 600 × 400

物品分拣

机器人配备了舵机夹爪模块,每两个机器人组成的团队负责将3D打印的圆柱体分拣到指定区域。

=> CoCube: 8, 配备夹爪模块

=> CoMaps: 600 × 600

队形变换

基于匈牙利算法,32个机器人排列成“ICRA 2025”字样。

=> CoCube: 32

=> CoMaps: 900 × 400

CoCube机器人

CoCube机器人是一个极致迷你的立方体形机器人,集屏幕交互、无线通信和运动感知等功能。

Robots

CoModules外接模块

CoModules是一系列磁吸外接模块,旨在拓展CoCube机器人的功能。通过引脚复用,CoModules支持几乎任何类型的传感器、执行器、显示器或复合外接模块,并鼓励用户参与模块设计。

Robots

NeoPixel灯板模块

Gripper舵机夹爪模块

Ultrasonic超声波传感器模块

Ambient环境光传感器模块

CoMaps

CoMaps 使用光学识别(OID)技术,通过在普通纸张上打印编码微点,为CoCube机器人提供高精度、易部署的定位解决方案。每张A3大小的CoMap可以组合成更大的地图,实现可扩展的定位。

Robots

软件:与Microblocks结缘

对于软件架构,CoCube旨在提供用户友好的编程体验,同时保持灵活性和可扩展性,以支持其模块化硬件。该系统使用MicroBlocks进行固件开发和块库,并开发了高级API(Snap!, Python, C++和ROS),以实现更复杂的任务。

Microblocks

近期活动

2024.07.12 | 中美青年创客大赛

CoCube团队在上海市长宁区华阳街道社区组织了为期两天的中美青年创客大赛中小学生体验赛道暨公益体验营。基于CoCube和MicroBlocks,十余名小学生的创造力超乎所有人想象。最终,CoCube团队荣获上海赛区特等奖(第一名)。
2024中美青年创客大赛上海赛区圆满收官!
MicroBlocks在Twitter分享活动现场照片
CoCube团队获奖,MicroBlocks团队发来祝贺

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2024.07.14 | 上海交通大学“能源科技与未来城市”创新实践工作站

我们为120名高一学生开设了为期3小时的CoCube体验课程,两名学生一组,共同使用一台CoCube进行自主学习。在课堂中,学生们需独立探索CoCube的各项功能,并录制视频与其他同学分享自己的项目和代码实现。实践证明,CoCube在大规模课堂教学中表现出色。

2024.08.02 | 2024年上海国际青少年科技创新挑战赛暨“明日科技之星”国际邀请赛科技教育资源嘉年华

CoCube团队受邀参加由上海市教育委员会、上海市科学技术委员会、上海科普教育发展基金会主办的“青博会”科技教育资源嘉年华。凭借其独特的设计理念和卓越的功能,成为活动中的亮点,赢得了参会教育机构、国内外教师和学生的广泛赞赏与认可。
科创教育新纪元:CoCube机器人带你探索创意的无限可能

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致谢

本研究由上海市科学技术委员会资助(项目编号24DZ2307500),并得到上海人工智能实验室支持。

特别感谢John Maloney和MicroBlocks团队的大力支持。

特别感谢张瑞雷老师的宝贵指导。

特别感谢中美青少年创客大赛上海赛区组委会,特别是李滨老师的帮助,使我们基于CoCube开展的面向青少年的公益体验营,取得圆满成功。

此外,我们还要感谢所有为CoCube研发及其课程开发做出贡献的朋友们,包括:李嘉新、邵悦、金宇韬、赵浩南、马彦、李佳楠(男)、李佳楠(女)、唐雷、吴少腾、周涵巍、石尚、黄梅涛、叶绿满山、丁雪涵、黄楷熠、何志轩、王德玮、焦思奇等。

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梁帅,sliang23@m.fudan.edu.cn