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大疆旗下的睿炽(音:吃)科技今年年初发布了一款玩具型无人机Tello。之后的一段时间,碰巧小米也发布了一款玩具型无人机,于是网上都拿这两款进行开箱比较。图:Tello我们不在乎哪个性价比高,哪个稳定性强拍照效果好,我们最关心的就是Tello的编程教育功能。Tello支持Scratch编程,并且开放操作命令,可以拓展到使用其他编程语言进行控制。在产品正式问世之初,相信是来自于睿炽科技的研发人员之一就在大疆的网站上发布了如何使用Scratch控制Tello的帖子;在睿炽科技的网站上,上传了Scratch控制的设置方法文件,还在B站上传录制的介绍了如何安装Node.js, tello.js和Scratch的视频,甚至特别在Scratch网站上编写好了Tello 控制器的范例(所有的文档和视频链接请见本篇文章最后的附录),可以说非常贴心了。图:大疆工作人员在Scratch网站上制作好的Tello无人机操控程序早期的这个操作模式,需要使用笔记本电脑,不论在室内还是室外,显然都不算方便。今年9月,睿炽科技发布了固件升级版本,在把Tello无人机的升限提高到30米的同时,发布了Tello Edu App,一个可以用来学习和使用可视化图形编程来操作无人机的APP。同时还正式推出了Tello教育培训项目,与Tello无人机产品不同,教育产品是直接挂在大疆网站下且冠名STEAM,也许说明了大疆对这个教育应用的重视(https://www.dji.com/cn/steam)。图:大疆STEAM教育网页EDU APP同时支持安卓和苹果,手机和PAD都可以,通过手机和PAD上的WIFI与无人机相连。我们推荐使用身板大点的PAD来操作:一来可以降低拖拽编程模块的难度;二来增加终端的天线效率(天线效率与尺寸成正比),可以放心让无人机飞的更高更远点。EDU APP的界面看,可能说明面对的用户是小学生,非常的卡通。APP里包括了遥控操控,编程游戏,编程操控和编程模拟飞行4个模块,我们主要看后面3个。先来看看教育编程游戏部分。无人机和其他的机器人,遥控小车不一样,面对的是3维空间,所以编程的游戏解谜空间都是3D的。图:3D的迷宫游戏基本上都是解迷宫的任务,开始的关卡,融合进了无人机操作必须要有的流程:起飞,降落,前进,原地转向;也融入了无人机可以附加的动作:搭载别的部件,再放下,从而引导孩子们之后玩耍时候的拓展思维;后续的关卡则通过限制使用编程模块数量的方法,偏重于编程训练本身,引入循环,条件语句等。不得不说,这个编程训练部分的编写是相当用心的。图:1个起飞降落,编程模块对熟悉Scratch/Blockly的小朋友应该没有任何难度,用来作为Scratch/Blockly编程入门也不会存在问题然后来看看飞行模拟器部分:界面和之前的游戏差不多,只是用线框透视图替代了原有的3D空间,给孩子们一个用来过渡的空间。模拟器的作用是在实际飞行前,在PAD上检查编程指挥无人机飞行的效果。不管是工程师还是程序员,在开发产品时都会对产品进行测试。测试有的直接在实际中进行,但是实际的测试往往具有破坏性,使用仿真软件,可以在虚拟的环境下检验自己设计的表现,在造成实际影响甚至损失前,找出问题,解决问题,效率高,成本低。就Tello产品本身来说,一块电池一次充电只能使用13分钟,电池套装和Tello比一点也不便宜,有些玩家甚至认为这个是产品缺陷。其实不然,家长和老师很容易通过让孩子们经历一次电池耗尽,无法继续进行编程飞行的挫折教育,来把做仿真模拟的用处和思维,直观的展现给孩子们。这个设计从无人机续航能力和电池价格出发,弥补了无人机的天然缺陷的同时又可以让孩子们接触工程实践思想,我们非常喜欢。动图:模拟器将正在执行的每一步操作的实时标识出来,相当的用心最后是可视化编程操作。提供的模块很多,Scratch/Blockly的全部功能型模块都有。篇幅所限,本篇文章只对最简单的动作模块进行介绍。动作模块包括了:起飞,降落上升,下降前进,后退,左飞,右飞左转,右转前翻,后翻,左翻,右翻从当前位置飞向一个指定位置从一个指定位置沿弧线飞往下一个指定位置动作模块中部分操作可以手动输入数值,数值的适用范围列在了本文最后的附录中。图:动作模块界面Tello由于自身体积小,重量轻,不太适合在户外风大的情况下使用。编程教育更适合在室内进行,不仅安全,也不容易受到光线和天气的影响。Tello公司主页上的广告,展示的玩法是在室内控制无人机进行竞速避障比赛。Tello因为产品定位的问题,没有大疆商业产品上必要的避障传感器和姿态感受器,想要使用编程来完成上面广告里的动作,其编程模块对机身位移的控制就显得很重要了。正好碰上难得的上海没有风的日子,我们去广场上做了几个小实验。01实验一起飞,前进300cm,降落,再起飞,倒退300cm,降落动图:落点偏离白色纸张标识的起点和终点都有一点距离,请忽略黄茄子02实验二起飞,上升100,前进100,左转180度,前进100,降落还是无法落回起飞的原点03实验三前进距离改为500从视频和动图中可以发现:即使在无风,光线良好的情况下,Tello依然做不到在实际飞行中完全复制模拟器里的飞行效果。我们另外还实验了翻转,原地上升,基本都没有降落回原点。在空中标注位置,重复相同的飞行,也无法保证Tello再次飞过此位置。空中飞行路线的可重复性很低。那么是不是说Tello很鸡肋呢?不,恰恰相反。一般中小学阶段的物理化学实验,其实学生做和不做的差别并不大,因为实验结果几乎不可能与实验手册上的不一样,甚至于出现孩子们还没上实验就把报告写完的现象。这样往往给孩子们留下了对科学实验手段和科学结论间因果关系的错误认知。大疆这个产品带来的体验则不然,就像视频里我们参加测试的小朋友可以明白测试无人机回到原点的意义一样,通过实际操作让孩子们自己发现模拟飞行和实际飞行结果的差异,可以加深对工程实践,科学实验作用的理解。另外,这个问题其实是可以在一定程度上解决的,大疆早已留下了接口。且听下回分解。附录1:与Scratch Block对应的动作模块的设置范围说明附录2:Scratch配置说明文件https://dl-cdn.ryzerobotics.com/downloads/tello/20180910/Tello%20Scratch%20%E4%BD%BF%E7%94%A8%E8%AF%B4%E6%98%8E(1).pdf附录3:Tello Scratch配置视频B站视频 https://www.bilibili.com/video/av21971665/附录4:Scratch 网站已经配置好的Tello Scratch 控制器https://scratch.mit.edu/projects/236722487/
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