走進(jìn)許多理工科實驗室，你就會看到這樣的機器人：它們通常被當(dāng)作“高級演示品”或一次性教學(xué)輔助工具而被束之高閣。它們演示一個概念，然后就被人遺忘。而 Hiwonder PuppyPi 則旨在打破這種循環(huán)。它并非一種一次性使用的教學(xué)工具;它是一個全面、專業(yè)級別的平臺，能夠?qū)⒒A(chǔ)編程與高級研究之間的差距連接起來。通過結(jié)合樹莓派大腦、強大的 ROS 原生框架以及工業(yè)級的擴展性，它從一個課堂上的奇思妙想轉(zhuǎn)變?yōu)榻逃透偧紮C器人領(lǐng)域創(chuàng)新的強大工具。

第一部分：重新定義教育硬件：PuppyPi 的“三重優(yōu)勢”特性

要了解其教育效果，您必須了解 PuppyPi 與傳統(tǒng)教育套件的區(qū)別。其價值在于融合了三個核心原則。

首先，真正的開源且專業(yè)的真實性。從本質(zhì)上講，PuppyPi 是基于標(biāo)準(zhǔn)的樹莓派運行的，它對 ROS 1 和 ROS 2 具有原生支持。這一點至關(guān)重要。學(xué)生們并非在學(xué)習(xí)一種專有的、簡化了的編程語言來用于一個玩具。他們使用的正是 Python、Gazebo 模擬以及像 Rviz 這樣的工具——這些正是大學(xué)實驗室和前沿行業(yè)所使用的相同框架。他們所建立的技能集可以直接應(yīng)用于他們的未來職業(yè)生涯，從第一天起就教授“真正的工程學(xué)”。

其次，硬件作為不斷發(fā)展的平臺。除了堅固耐用的 CNC 鋁制框架和高扭矩智能伺服系統(tǒng)之外，其強大的功能在于模塊化擴展：同一個基礎(chǔ)單元可以先配備內(nèi)置的 AI 攝像頭用于視覺項目，然后無縫集成官方的 TOF 激光雷達(dá)用于 SLAM 地圖繪制，之后再安裝 2 自由度機械臂用于移動操作。

第三，無縫的模擬到現(xiàn)實的循環(huán)。這為教學(xué)帶來了革命性的變化。PuppyPi 配備了高保真的 Gazebo 模擬模型。學(xué)生們可以安全地且無需任何成本地在虛擬世界中開發(fā)和測試復(fù)雜的算法——比如導(dǎo)航或計算機視覺。然后，他們可以滿懷信心地將相同的代碼直接部署到物理機器人上，只需進(jìn)行少量調(diào)整。這踐行了現(xiàn)代的“模擬到現(xiàn)實”的工程工作流程，通過迭代、測試和實際驗證來傳授關(guān)鍵概念。

第二部分：融入 STEM 教學(xué)課堂：分層學(xué)習(xí)與項目示例

那么這如何轉(zhuǎn)化為實際的課程計劃呢?PuppyPi 支持一種分階段的學(xué)習(xí)路徑。

針對高中及技術(shù)課程：激發(fā)興趣。

目標(biāo)：介紹核心的計算機科學(xué)概念、運動學(xué)以及系統(tǒng)思維。

基于項目的學(xué)習(xí)示例：

《Python 編程基礎(chǔ)：擺脫打印語句。編寫動態(tài)操作序列，讓小狗跳舞或在簡單迷宮中導(dǎo)航?！?

交互式傳感器環(huán)路：利用人工智能攝像頭開展諸如基于顏色的球體追蹤或手勢控制等項目，切實地展示輸入 - 處理 - 輸出的循環(huán)過程。

物理與運動學(xué)實驗室：通過實驗來探究調(diào)整步長和步高等步態(tài)參數(shù)對穩(wěn)定性及速度的影響。

對于大學(xué)及學(xué)院課程：深化專業(yè)知識。

目標(biāo)：教授應(yīng)用機器人學(xué)、控制系統(tǒng)、計算機視覺以及人工智能。

高級項目模塊：

ROS 深入學(xué)習(xí)：讓學(xué)生創(chuàng)建自定義的 ROS 節(jié)點，用于發(fā)布者/訂閱者之間的通信以及服務(wù)調(diào)用，以控制機器人，從而培養(yǎng)分布式軟件開發(fā)技能。

應(yīng)用計算機視覺：利用 OpenCV/MediaPipe 在實時攝像頭畫面中實現(xiàn)諸如視覺線路跟隨、用于定位的 AprilTag 檢測或物體跟蹤等實際任務(wù)。

全棧式自主導(dǎo)航：將激光雷達(dá)集成進(jìn)來，完成端到端的SLAM(同步定位與地圖構(gòu)建)、路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航項目——這是一項具有里程碑意義的成就。

控制系統(tǒng)設(shè)計：開發(fā)并調(diào)整一個 PID 控制器，以增強機器人姿態(tài)的穩(wěn)定性或優(yōu)化其手臂動作的流暢性。

第三部分：為機器人競賽提供動力：從原型到領(lǐng)獎臺

在諸如“機器人大師”“維克斯”或“機器人世界杯”這樣的競賽中，PuppyPi 從一種學(xué)習(xí)工具轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N具有戰(zhàn)略意義的原型制作加速器。

1. 敏捷開發(fā)中的快速原型設(shè)計。團隊在不斷面臨這樣的挑戰(zhàn)：即要測試想法，同時又不能讓最終昂貴的競賽平臺受到風(fēng)險影響。PuppyPi 便充當(dāng)了一個高保真度、低風(fēng)險的測試平臺。需要驗證新的物體識別算法、導(dǎo)航系統(tǒng)或者多智能體通信協(xié)議嗎?先在 PuppyPi 上進(jìn)行開發(fā)和迭代，這樣就能在將主要機器人集成之前節(jié)省關(guān)鍵的時間和預(yù)算。

2. 一個針對核心挑戰(zhàn)的直接平臺。許多競賽任務(wù)與 PuppyPi 的功能完美契合：

* 移動設(shè)備挑戰(zhàn)：您可以直接將其用作高度靈活的四足機器人平臺，或者用于驗證導(dǎo)航邏輯。

* 視覺任務(wù)：利用其內(nèi)置的 AI 攝像頭和處理能力來開發(fā)和測試識別算法。

* 操縱事件：利用機械臂，研究并實踐移動式抓取與放置策略。

* 群體智能：多個 PuppyPi 設(shè)備能夠組成一個低成本的群體，用于測試協(xié)作算法和通信協(xié)議，而這類研究通常只在資金充足的實驗室中進(jìn)行。

3. 構(gòu)建全面的工程團隊。在競爭中取得成功不僅需要精妙的代碼，還需要機械、電氣和軟件的整合。與 PuppyPi 合作能讓學(xué)生實際調(diào)試硬件與軟件的交互過程，培養(yǎng)系統(tǒng)層面的思維能力，并掌握那些備受評審團和未來雇主推崇的堅韌的“全?！惫收吓挪榧寄堋?

第四部分 & 結(jié)論：投資未來創(chuàng)新者

PuppyPi 的真正價值并不在于其硬件規(guī)格，而在于其作為橋梁的作用。它將理論知識與實際創(chuàng)作、課堂學(xué)習(xí)與競爭抱負(fù)聯(lián)系起來。對于教育工作者和教練而言，它代表的并非是對設(shè)備的投資，而是對學(xué)生自主性和未來準(zhǔn)備能力的投入。憑借希沃德公司豐富的文檔、代碼庫以及活躍的社區(qū)支持，部署 PuppyPi 步向培養(yǎng)下一代創(chuàng)新者邁出了重要一步：這些創(chuàng)新者不僅了解技術(shù)的運作原理，還具備構(gòu)建技術(shù)并用其解決實際問題的能力。準(zhǔn)備超越玩具盒了嗎?平臺就在這里。問題在于你的學(xué)生會用它來構(gòu)建什么。

本文編譯自hackster.io