Датчик lego mindstorms ev3 который нужен для создания проекта лабиринт

Обновлено: 07.05.2024

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

ДАТЧИКИ LEGO EV 3

ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Датчик гироскоп — это цифровой датчик, который способен отслеживать вращение всего по одной оси. На верхней стороне датчика расположены две стрелки. Эти стрелки показывают плоскость работы гироскопического датчика.

Рисунок 1. Гироскопический датчик

Для правильной работы датчика его нужно включать в контроллер EV3 в полностью неподвижном состоянии. Робот должен стоять без движения, иначе датчик будет работать некорректно. При помощи этого датчика можно легко программировать повороты робота вокруг оси.

Гироскопический датчик можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. Но по умолчанию датчик подключается ко второму порту.

ДАТЧИК КАСАНИЯ

Датчик касания является обычной подпружиненной кнопкой. Очень похожая кнопка у обычных дверных звонков. Когда нажимаешь на кнопку, раздается звонок. Если нажатия нет, то контакт под действием пружины возвращается обратно.

Датчик представляет собой специальную кнопку, которая может находиться в трех состояниях:

Датчик касания не определяет с какой силой происходит нажатие на кнопку. Но можно осуществлять подсчет нажатий. Часто датчик касания служит для остановки робота на определенном расстоянии от препятствия. Это расстояние может регулироваться закрепленными красной кнопке осями. Для крепления осей есть специальное крестообразное отверстие.

Используя вводы датчика касания, робота можно запрограммировать таким образом, чтобы он воспринимал мир, как его может воспринимать слепой человек, когда он протягивает руку и реагирует при соприкосновении с чем-либо (нажатие).

Вы можете построить робота с датчиком касания, который прижат к поверхности под ним. Вы можете запрограммировать робота так, чтобы он реагировал (Стоп!), когда он вот-вот скатится с края стола (когда датчик отпущен).

Боевой робот может быть запрограммирован так, чтобы он продолжал двигаться вперед на своего соперника до тех пор, пока соперник не отступит. Эта пара действий — нажатие и затем отпускание — образуют щелчок.

Для работы нам понадобится желтая палитра программирования Датчик

ДАТЧИК ЦВЕТА

Датчик цвета — это цифровой датчик, который может определять цвет или яркость света , поступающего в небольшое окошко на лицевой стороне датчика.

Режимы датчика

в режиме "Цвет" датчик может определить цвет поднесенного к нему предмета.

в режиме "Яркость отраженного света" датчик направляет световой луч на близкорасположенный предмет и по отраженному пучку определяет яркость предмета.

в режиме "Яркость внешнего освещения" датчик может определить - насколько ярко освещено пространство вокруг.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК

Ультразвуковой датчика нужен для определения расстояния до предметов, находящихся перед ним. Для этого датчик посылает звуковую волну высокой частоты (ультразвук), ловит обратную волну, отраженную от объекта и, замерив время на возвращение ультразвукового импульса, с высокой точностью рассчитывает расстояние до предмета.

Рисунок 1. Ультразвуковой датчик

Ультразвуковой датчик может выдавать измеренное расстояние в сантиметрах или в дюймах. Диапазон измерений датчика в сантиметрах равен от 0 до 255 см, в дюймах - от 0 до 100 дюймов. Датчик не может обнаруживать предметы на расстоянии менее 3 см (1,5 дюймов). Так же он не достаточно устойчиво измеряет расстояние до мягких, тканевых и малообъемных объектов.

Режим «Присутствие/слушать» - датчик не излучает ультразвуковые импульсы, но способен обнаруживать импульсы другого ультразвукового датчика. Результатом обнаружения является логическое значение: «Да», если найдено ультразвуковое излучение, или «Нет», если ничего не найдено. Данный режим можно использовать, например, в состязаниях роботов-шпионов (описание режима уже говорит о том, что для его использования необходимо минимум два робота).

На данном уроке мы рассмотрим, как пользоваться собственными блоками Ev3 при программировании Ev3.

Напишем программу для Ev3 для прохождения лабиринта. Когда в программе много раз повторяется одна и также последовательность команд, то удобно использовать собственные блоки. Это делает программу очень наглядной и удобной для изменения. Каждый блок отвечает за свой смысловой набор действий,, который можно обособить и выделить. А далее из этих собственных блоков конструируется программа, согласно логике задания. Рассмотрим, как написать программу для Ev3 для прохождения лабиринта с помощью собственных блоков.Напишем блокидвижение вперед до стены.

Поворот направо на Ev3

Поворот налево на Ev3

Выделяя эти части программы и выбирая в меню Инструменты раздел Конструктор моего блока, создадим три блока: vpered, parvo, levo. Подробно как создавать свои блоки в Ev3.Составим программу из собственных блоков Ev3 для прохождения такого лабиринта.Робот должен двигаться со старта вперед до левой стенки, потом повернуться направо и двигаться до стенки, потом повернуться направо и двигаться до стенки, налево и до стенки, и налево и до стенки до финиша.

Реализуем этот лагоритм с помощью собственных блоков Ev3 , которые мы создали.

Как видим программа достаточно лаконичная. Представьте, какая была бы большая программа без использования собственных блоков.Аналогично мы можем составить программу для прохождения лабиринта любой сложности.

Вернуться к содержанию Перейти к следующей теме Математика в ev3

Полезно почитать по теме прохождение лабиринта ev3
Собственные блоки ev3
Циклические алгоритмы ev3

Одним из видов соревнований по робототехнике является прохождение роботом лабиринта. Сегодня мы представляем простую модель, собранную на базе домашней версии EV3. Эту модель и программу вы можете использовать как пример для собственной модели робота. Это даст вам возможность принять участие в соревнованиях, которые проходят во многих крупных городах Украины.
Итак, начнем.
1) Скачайте архив с инструкцией по сборке
2) Распакуйте его в любую папку.
3) Запустите файл «Building Instructions [MazeSolver].html»
4) В бровзере откроется инструкция для сборки конструкции.
5) Скачайте программу для робота
6) Запустите среду программирования Lego Ev3 и загрузите файл «MazeSolver.ev3″
7) Подключите робота к ПК и загрузите программу в робота.
8) Робот готов. Поставьте его рядом со стеной (датчик расстояния должен смотреть в стену).
9) Выберите на блоке управления загруженную программу с названием «index» и запустите ее.

Описание принципа работы
Робот использует два датчика:
— датчик касания (кнопка) для определения препятствия спереди
— датчик расстояния (в нашем случае удьтразвуковой, который можно заменить на инфракрасный) для определения препятствия справа.
После старта программы робот начинает двигаться вперед вдоль препятствия справа. Если препятсвие далеко (более 4 см), то он поворачивает вправо, приближаясь к препятствию. Если препятствие близко (менее 4 см), то робот поворачивает влево, удалясь от препятствия. Таким образом робот все время движется вдоль препятствия справа на одном расстоянии. Если препятсвие справа отсутсвует (поворот), то робот старается найти его и поворачивает вправо, пока не обнаружит его.
Если же препятствие будет спереди, то при его достижении сработает датчик касания (кнопка). В этом случае робот отъезжает назад, поворачивается влево на 90 градусов и включает алгоритм движения вдоль препятствия. И так по циклу.
Если переставить датчик расстояния на другую сторону, то робот будет двигаться вдоль препятствия слева.
Мы собрали два примера лабиринта для демонстрации.

Это базовая модель, которую вы можете улучшить, изменив некоторые параметры программы или усовершенстовав конструкцию.
До встречи в роболабиринтах!

Датчик цвета Lego EV3 позволяет расширить возможности робота. Чтобы робот выполнял более сложные действия нужно научить робота видеть. Человек более восемьдесят процентов информации получает при помощи зрения.

При этом в обработке полученной информации принимает участие более тридцати процентов коры головного мозга. Это говорит о большой значимости визуальной информации. Поэтому научить робота использовать для обработки информации датчик цвета или освещенности является важной задачей. Датчик цвета Lego EV3 это отдаленный аналог глаза, пока еще очень несовершенный.

датчик цвета

Датчик цвета является цифровым датчиком.

На лицевой панели датчика расположено небольшое окошко, в которое поступает свет. Сенсор определяет яркость отраженного света или цвет. Оптимальное расстояние, на котором датчиком корректно могут быть определены цвет или яркость отраженного света около 1 сантиметра.

Имеется три разных режима в которых может работать датчик:

Цвет
Яркость отраженного света
Яркость внешнего освещения.

Режим «Цвет»

Режим «Цвет» позволяет датчику определить цвет находящегося перед ним предмета.

режим «Цвет»

Датчик цвета умеет определять семь различных цветов: черный, синий, зеленый, желтый, красный, белый и коричневый цвета. Также если цвет определяется некорректно если предмет назодится далеко от датчика. Датчик определяет отсутствие цвета и приходит в состояние «без цвета».

Режим «Яркость отраженного света»

В этом режиме датчик направляет световой луч от светодиода на расположенный перед ним предмет и определяет яркость предмета по пучку отраженного света.

яркость отраженного света

Светодиод расположен на лицевой (передней) панели сенсора. Если выбран режим яркость отраженного света, то светодиодом излучается красный свет. Датчик использует в работе шкалу от 0 до 100. Ноль значит очень темный, а 100 означает очень светлый.

Режим «Яркость внешнего освещения»

Такой режим позволяет датчику определить насколько ярко освещено оружающее пространство. Датчик цвета может определяеть силу света, который проникает в окошко из внешней среды. Это может быть солнечный свет, луч фонарика или освещение улиц. Сенсор также применяет шкалу от 0 до 100.

яркость внешнего освещения

Для того, чтобы датчик работал наиболее точно в режимах «Цвет» или «Яркость отраженного света», нужно располагать датчик цвета под правильным углом приблизительно в 90 градусов. Исследуемой поверхность должна быть близко, но датчик не должен ее касаться. Расстояние должно приблизительно 1 сантиметр от поверхности. На расстоянии менее 1 сантиметра и более 3 сантиметров датчик уже дает не совсем точные показания.

Работает датчик с частотой дискретизации 1 килогерц. Как и все датчики EV3, датчик цвета подключается к портам ввода программируемого модуля EV3 1, 2, 3 и 4 при помощи плоского соединительного кабеля. По умолчанию датчик цвета подключается к порту ввода номер 3. Если модуль EV3 подключен к компьютеру, то программное обеспечение автоматически определит в какой порт включен датчик.

Использование датчиков цвета

Датчик цвета Lego EV3 часто используется на занятиях, а также на различных соревнованиях, таких как «Сумо роботов», «Кегельринг», «Движение по линии» и многих других.

В быту и промышленности датчики освещенности применяется для автоматизации освещения улиц, управления различными источниками света. То есть датчик освещенности представляет из себя выключатель, который работает в режиме автоматики.

схема подключения датчика освещения

Датчик автоматически включает и отключает свет, когда достигается определенная степень освещенности в месте его установки. Датчики устанавливаются в тех местах, где в дневное время суток пространство освещено естественным светом, а когда наступает темное время суток – электрическим. Это могут быть подъезды жилых домов, заезды в гаражи, тротуары, дороги, магазинные витрины и т.д.

Датчики цвета, например, могут определять загрязнение пряжи в текстильной и легкой промышленности. Они устанавливаются в поточной линии передвижения пряжи.

производство пряжи

Изменение цвета пряжи указывает на ее загрязнение. Когда загрязнение определено, то автоматическая система управления процессом останавливает линию. Это позволяет сократить или полностью исключить вероятность человеческого фактора у уменьшить ошибки при работе. За счет этого повышается точность, и промывка пряжи становиться более эффективной.

Также датчики цвета могут помогать проводить химический анализ. Несколько датчиков цвета помещаются вдоль зоны где происходит химическая реакция.

химическая реакция

По цвету отслеживается стадия на которой находится реакция. Датчики цвета применяются во многих областях и диапазон их применения постоянно расширяется.

Программирование EV3 происходит сразу после того как вы создали своего робота. Нужно научить робота EV3 выполнять различные команды.

лего программирование

Запрограммировать робота с микрокомпьютером EV3 можно несколькими различными способами:

Первый и самый простой способ – это при помощи интерфейса микроконтроллера EV3;

Среда программирования EV3 позволяет при помощи визуального программирования создавать достаточно сложные программы:
При помощи других языков программирования.

Программирование на микроконтроллере EV3

Самым простым является программирование при помощи самого интерфейса микрокомпьютера EV3.

Микропроцессор EV3 поставляется с уже установленным на нем программным обеспечением.

После включения модуля EV3 можно увидеть экран с четырьмя основными закладками.

Для программирования модуля требуется перейти в третью закладку при помощи кнопок управления. Затем открыть окно приложения Brick Program. Сразу отображаются два блока – это блок «Начало» и блок «Цикл».

программирование блока лего

В этом окне можно создавать простые программы при помощи двух типов блоков. Всего в палитре существует одиннадцать блоков ожидания и шесть блоков действия.

Среда программирования EV3

редактор EV3

Также в ПО существуют задания по программированию, которые позволяют быстро научиться программировать роботов EV3. Программное обеспечение является пиктографическим. Оно обеспечивает простое и интуитивно понятное визуальное программирование.

Существенным недостатком является то, что при написании сложных и разветвленных программ, это ПО достаточно сильно грузит систему. При этом слабые компьютеры сильно тормозят. Поэтому желательно иметь компьютеры с хорошими характеристиками. На сайте опубликованы минимально допустимые характеристики компьютеров.

требования к оборудованию

EV3 является целой платформой, которую можно использовать в игровых и образовательных целях. При помощи платформы Lego Mindstorms EV3 можно обучать основам робототехники, программирования, изучать различные алгоритмы. При этом не нужно иметь знаний схемотехники и различных протоколов.

Программирование EV3 Basic

Small Basic

Основными достоинствами EV3 Basic являются:

Простота установки;
EV3 Basic является свободным программным обеспечением
Microsoft Small Basic специально разрабатывался для того, чтобы обучать программированию;
Не нужно перепрошивать микрокомпьютер EV3;
Поддерживает русский язык;
Имеет встроенную справку;
Имеет понятный интерфейс;
Есть множество примеров;
Поддерживает все возможности среды программирования Lego EV3.

Программирование EV3 на RobotC

Среда программирования RobotC специально разработана для образовательной робототехники. Этот язык может использоваться и новичками, и опытными программистами и является кросс-платформенным. Есть базовый и расширенный режим программирования.

RobotC

В среде программирования присутствует C-подобный язык и язык RobotC. Язык RobotC – это переходный язык от визуального программирования к текстовым блокам. Для использования RobotC требуется перепрошивка микроконтроллера EV3. Использовать RobotC можно со многими робототехническими платформами. Это такие платформы как :

VEX IQ;
VEX CORTEX (EDR);
VEX PIC (Legacy Support);
LEGO MINDSTORMS EV3;
LEGO MINDSTORMS NXT;
TETRIX;
RCX (поддержка прежних версий);
UNO Arduino / MEGA 1280, MEGA 2560;

Среда программирования RobotC похожа на среду программирования Visual Studio и имеет интерфейс на английском языке. RobotC является платным с десятидневным бесплатным периодом.

После окончания бесплатного периода нужно приобретать лицензию. Стоимость годовой лицензии:

На один компьютер 49 долларов;
На шесть рабочих мест 149 долларов;
На тридцать рабочих мест 299 долларов.
Кроме этого предлагаются бессрочные лицензии.

Операционная система для RobotC должна быть из семейства Microsoft Windows. При помощи среды программирования RobotC можно создавать эффективные программы с использованием сложных математических выражений.

Программирование EV3 на Python

Одним из наиболее популярных языков программирования в мире является Python. Он имеет небольшое синтаксическое ядро и объемную стандартную библиотеку функций. В операционной системе Linuх язык программирования Python установлен. При желании можно установить нужный вам текстовый редактор.

На микрокомпьютере EV3 установлена операционная система Linux. Для того, чтобы программировать EV3 на Python нужно установить Linux ev3dev на модуль EV3.

ev3dev

Затем нужно установить образ на карту памяти microCD. Желательно, чтобы класс карты был не менее десяти. Объем карты памяти от двух до тридцати двух гигабайт. Можно также использовать карту памяти microSDHC.

После этого карту с образом можно вставлять в микрокомпьютер EV3 и включать его. Подсветка кнопок будет мигать оранжевым цветом. Это означает что происходит загрузка операционной системы. После загрузки на экране блока EV3 будет видно меню программы.

Затем нужно настроить соединение с компьютером и можно приступать к работе. Настройки соединения с компьютером нужно описывать отдельно так как они достаточно сложные. Для написания программ нужен еще редактор кода.

В качестве одного из вариантов можно установить редактор кода PyCharm Edu. Есть бесплатная версия с наличием подсказок, проверкой кода и подсвечиванием синтаксиса. Созданный в программе файл можно передать в блок EV3 при помощи программы PuTTY. Эта программа помогает установить SSH соединение операционной системы Windows с микроконтроллером EV3.

PuTTY

Программирование EV3 при помощи Scratch

Scratch является графической средой программирования. Программировать EV3 при помощи Scratch можно если установить нужное программное обеспечение и настроить его. Программное обеспечение можно установить на любые операционные системы. Для примера выберем операционную систему Windows.

Scratch_2_0

Как и в случае с программированием на Python, потребуется карта памяти с такими же параметрами. Карту памяти нужно отформатировать в файловой системе FAT32. На компьютер надо установить виртуальную Java-машину под названием leJOS.

Затем устанавливаем виртуальную машину на компьютер со всеми компонентами.

После этого устанавливаем образ на карту памяти. В дальнейшем при включении микрокомпьютера EV3 с картой памяти будет загружаться leJOS EV3. Без карты памяти будет происходить загрузка стандартного программного обеспечения Lego EV3.

Также на компьютере должна быть установлена свежая версия Adobe AIR. Затем можно установить редактор Scratch.

Установка редактора не занимает много времени.

Следующим шагом является установка ev3-scratch-helper-app. Это приложение служит для связи редактора Scratch и микроконтроллера EV3. Также в редакторе можно в настойках установить русский язык и нужно добавить блоки EV3 в редактор Scratch. После добавления блоков можно приступать к написанию программ.

В статье приведены не все возможные варианты программирования EV3, а только наиболее простые и не требующие каких-либо специальных знаний. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. Остается только выбрать что больше всего подходит в каждом конкретном случае.

Читайте также: