Иногда в окружающем нас мире происходят странные вещи. Например, на волне безумия массового потребления товаров и цифрового контента, в бесконечном калейдоскопе вещей-однодневок, которые высыпаются с экранов мониторов и тв, незаметно теряются действительно удивительные коммерческие продукты с собственной философией и многолетней историей.  Сегодня я хочу поделиться материалом о проекте, который уже 52 года способствует формированию инженерных кадров в разных странах, включая СССР и РФ. Речь пойдет о конструкторах fischertechnik (Фишертехник). История конструкторов fischertechnik началась 52 года назад, когда талантливый немецкий предприниматель и изобретатель Артур Фишер (1919-2016) решил использовать оригинальный маркетинговый приём – подарить своим клиентам на рождество что-то нестандартное, отличающееся от привычного набора: шоколад, брендированные ручки и рекламная макулатура. Надо сказать, что к тому времени его основной бизнес – производство пластикового строительного крепежа – уже крепко стоял на ногах и располагал всем необходимым для быстрого запуска в производство новых деталей из пластика (сама по себе история жизни г-на Фишера весьма увлекательна и требует отдельного поста).  В общем, доподлинно неизвестно, что подтолкнуло его к окончательной идее, но в результате на свет появился оригинальный пластиковый строительный блок, к которому можно было присоединять другие детали со всех сторон. Детали были выполнены из полиамида и содержали в себе усиливающий конструкцию стальной элемент. Иллюстрация, поясняющая способ присоединения деталей друг к другу:  На картинке ниже копия патента P 1603304, в котором описана конструкция этого блока. Заявка, кстати, была подана 4 июня 1966, а изобретение зарегистрировано 13 января 1972. Ссылка на страницу DPMA.  Отклик клиентов был настолько хорошим, что Артур принял решение запустить наборы в коммерческое производство – так на свет появился первый набор для конструирования fischertechnik. Можно сказать, что здесь он нащупал золотую жилу – талант изобретателя и чутье бизнесмена позволили ему выпустить на рынок успешный продукт – конструктор fischertechnik быстро занял место на полках магазинов и был тепло принят образовательным сообществом. Первые результаты коммерциализации изобретения появились весной 1966 года – в продажу поступили три базовых набора fischertechnik – 100, 200 и 400 и пять наборов с деталями для апгрейда – 10, 15, 20, 25 и 30.
На картинке конструкторский набор FT200:  Апгрейдить наборы можно было по следующим формулам:
FT200 = FT100 + FT10 + FT15 + FT20
FT400 = FT200 + FT10 + FT15 + FT25 + FT30 На картинке набор для апгрейда FT30:  Это были простые наборы для конструирования машин и механизмов с ручным приводом. Однако уже в то время fischertechnik выделялся инженерным уклоном – все конструкции так или иначе были связаны с реальной техникой, в них отсутствовали какие-либо декоративные элементы без функционального смысла. Такую философию конструктор fischertechnik сохраняет и сейчас. На картинке ниже скан страницы из инструкции к набору FT 100:  В самом начале 1967 года в продаже появились наборы расширения mot.1 и mot.2 с двигателями постоянного тока, редукторами и элементами зубчатых передач. С помощью этих наборов можно было расширить функциональные возможности уже имеющихся конструкторов и «оживить» собранные конструкции с помощью электропривода. На картинке набор FT mot.1:  Также в этом году появилось шесть дополнительных наборов с разными деталями для расширения возможностей конструкторов:  Через год в линейке fischertechnik появился первый электромеханический набор e-m1 – «Elektro-Mechanik», в состав которого входили лампы, кнопки, провода и переключатели. Также в конструкторе было несколько контактных колец для скользящих контактов, из которых можно было собрать простейший командоаппарат для циклического управления собранными моделями. На картинке ниже страница из инструкции по сборке светофора с автоматическим управлением:  В 1969 Артур Фишер продолжает развивать электронное направление в своих конструкторах и выпускает набор l-e1 – «Licht-Elektronik»:  В наборе можно было найти линзы, зеркала, лампы, механические и электронные компоненты для выполнения экспериментов и многостраничный буклет с описанием каждого варианта конструкции. Каждый год fischertechnik выпускал новые наборы, постепенно охватывая новые технические области. Появилось разделение на наборы для домашнего использования и образовательные. Думаю, что детальное перечисление наборов будет утомительным. Поэтому вместо подробного хронологического альманаха я отмечу ключевые, на мой взгляд, даты в истории конструктора. В этом году в продажу поступил пневматический конструктор «Pneumatik», выполненный в виде набора дополнительных деталей с пневматическими цилиндрами, распределителями, шлангами и штуцерами. Для нагнетания сжатого воздуха предлагалось использовать ручной насос или электрический компрессор. Позже появился набор для апгрейда, в котором были детали для сборки фирменного поршневого компрессора с электродвигателем, цилиндром и ресивером. Этот набор пережил несколько ревизий и сейчас выпускается в виде конструктора 516185 «Пневматика 3».   Через год после пневматики в продаже появляется несколько наборов с гидравлическим приводом. В этих наборах в качестве насоса использовался один из входящих в комплект цилиндров. Есть легенда, что эти наборы не получили дальнейшего развития по причине массового недовольства родителей, которые столкнулись с залитыми водой полами – видимо, они никогда не бывали на производстве, где есть гидравлика.  Ключевой момент в истории fischertechnik – в продажу поступил первый конструктор с возможностью компьютерного управления – fischertechnik Computing. Дополнительно к этому набору требовалось приобрести электронный блок Interface для связи с компьютером. Всего было выпущено 7 блоков для подключения к популярным компьютерам того времени, среди которых: Apple, Sinclair, Acorn, Commodore. Причем IBM PC в этом списке не было. Модуль для подключения к IBM появился только в 1986 г.  Схема подключения датчиков и исполнительных устройств к компьютеру через интерфейсный блок:  С помощью этого набора можно было познакомиться с технологиями компьютерного управления различными машинами и технологическими процессами и даже построить маленький сварочный манипулятор. Для программирования предлагалось использовать языки программирования BASIC и PASCAL. В комплекте шел буклет с подробным разбором каждой задачи и примерами исходного кода.   Немного позже в этом году вышли еще два набора, посвященные автоматике и робототехнике – «Trainingsroboter» и «Plotter-scanner». Конструктор «Trainingsroboter» для сборки действующей модели манипуляционного робота с функцией обучения движениям:  Конструктор «Plotter-scanner» – из него можно было построить плоттер и сканер с компьютерным управлением.  Следующий набор в серии Computing, как вы наверное уже догадались, был посвящен мобильной робототехнике. В 1987 г. вышел набор fischertechnik «Computing-Experimental».  Тележка, построенная из этого конструктора, подключалась к компьютеру через интерфейсный блок и могла двигаться, выполняя команды в соответствии с программой, составленной на языках BASIC или PASCAL. Конечно, постоянное наличие кабеля для связи с компьютером сильно ограничивало пространство для экспериментов, но уже тогда в дидактическом буклете была целая глава, посвященная хиту современной образовательной робототехники – следованию по линии (line following):  Темп развития компьютерных технологий продолжал увеличиваться, и как следствие в 1991 г. в инструментарии fischertechnik появилось новое ПО LuckyLogic – учебный пакет для разработки управляющих программ на визуальном языке в виде блок схем. До выхода на рынок графических пользовательских интерфейсов было еще далеко, поэтому в ПО LuckyLogic использовалась псевдографика. Если вы застали времена NC или VC, то следующая картинка будет вам знакома:  Следующее поколение инструментального ПО выходит в 1997 г. под названием LLWin для ОС Windows 3.11 и 95. В LLWin управляющие программы, также как и в Lucky Logic, составляются в виде блок-схем. Кроме того, имеется возможность строить многопоточные пользовательские алгоритмы, поддерживаются подпрограммы, локальные и глобальные переменные, а также имеются элементы визуализации и пользовательского интерфейса – кнопки и индикаторы:  Одновременно с ПО LLWin компания fischertechnik выпускает новый блок управления Intelligent Interface – полноценный программируемый контроллер с процессором и ОЗУ, что позволяет строить автономные модели, которые могут работать самостоятельно без постоянной связи с компьютером:  Для загрузки управляющих программ в контроллер требовалось подключение к компьютеру через интерфейс RS232. После мобильных роботов в 1999 г. fischertechnik выпускает набор «Pneumatik Robots», посвященный пневматическому приводу в промышленной автоматике. Из конструктора можно было собрать 8 моделей различных производственных машин с пневматическим приводом. Ключевым элементом этого набора были электромагнитные пневмоклапаны, которые подключались к выходам контроллера и использовались для управления подачей сжатого воздуха в пневмоцилиндры.
На картинке ниже электрическая и пневматическая схемы из инструкции по сборке:  Следующая итерация в серии Computing конструкторов fischertechnik началась в 2004 году с выходом нового контроллера ROBO Interface и новой версии инструментального ПО ROBO Pro.
Одновременно с этим обновились и конструкторские наборы. Вышли новые версии мобильных роботов «Robo Mobile Set», промышленных роботов – «Industry Robots II» и набор для начинающих – «Robo Starter Set».
Новый контроллер ROBO Interface обзавелся flash-памятью, так что теперь программы не пропадали после выключения питания. Для подключения к компьютеру можно было использовать интерфейсы RS232 или USB. Инструментальное ПО ROBO Pro было разработано с нуля и предлагало пользователю расширенный набор функций для разработки и отладки управляющих программ в виде блок-схем:  На смену ROBO Interface в 2010 г. пришел контроллер ROBO TX, построенный на процессоре ARM9 с встроенными интерфейсами Bluetooth и USB. У контроллера появился дисплей, на который можно было выводить пользовательскую информацию. У контроллера было 4 выхода для подключения моторов, 8 универсальных входов и 4 входа для сигналов от энкодеров. При необходимости можно было увеличить количество входов-выходов, подключив через разъем расширения еще один ROBO TX. Всего в одной сети можно было собрать 8 контролеров и таким образом получить 64 входа и 32 выхода.
Контроллер входил в состав нового конструктора, посвященного мобильной робототехнике, – «ROBO TX Training Lab».  В настоящее время в конструкторах fischertechnik серии ROBOTICS используется два контроллера – BT Smart и TXT, начального и продвинутого уровней соответственно. Контроллеры поставляются как отдельно, так и в составе готовых наборов 540586 BT Smart Beginner Set и 524328 TXT Discovery set. Контроллер ROBOTICS TXT выполнен в виде двухпроцессорной системы на базе процессоров ARM Cortex-A8 и Cortex-M3. Имеет встроенные беспроводные интерфейсы Bluetooth и WiFi, а также стандартный набор коммуникационных шин: I2C, CAN, USB, USB-Host и еще ИК-приёмник. TXT работает под управлением ОС GNU/Linux. При желании можно загрузиться с micro-sd flash-карты. Главная фишка этого набора – наличие мощной системы компьютерного зрения, которую можно использовать для решения задач автоматического управления различными объектами.  Для программирования контроллеров используется ПО ROBO Pro Light и ROBO Pro. Причем ROBO Pro Light существует в виде приложения для iOS и Android. Кроме того, можно использовать языки программирования C, С++, Python и любые другие, для которых есть кросс-компилятор или возможность запуска в окружении ОС Linux. Для отдельной группы пользователей есть возможность использовать Scratch. На картинках ниже мобильный робот из набора «ROBOTICS TXT Discovery Set» с системой компьютерного зрения в реальном времени определяет координаты геометрических объектов в кадре и охотится за мячиком:   Пожалуй, для обзора этих наборов потребуется отдельная статья. Поэтому в конце будет опрос. 52 года назад Артур Фишер придумал оригинальный подарок для своих клиентов, который в итоге превратился в инженерный конструктор fischertechnik. Возможно, сейчас история повторяется и у нас есть отличная возможность сделать новогодний подарок подрастающему поколению. Подарок, который сможет отвлечь будущих изобретателей от непрерывного потребления цифрового контента. Как обычно, для любителей инженерного творчества, осиливших весь пост, скидка 20% по коду gktmswlkm до 14.12.17 включительно в магазине Пакпак. Слава роботам! Оператор гравитационного транспортера