Датчики лего mindstorms ev3

Обновлено: 28.04.2024

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).

Датчик касания Lego EV3 является одним из самых простых датчиков.В самом начале нужно разобраться что такое датчики и для чего они нужны. Большинство датчиков являются попыткой скопировать органы чувств человека и животных.

датчик касания

В случае с конструкторами Lego датчики получают какую-то информацию от окружающей среды. Затем полученный сигнал преобразуется в удобную для обработки форму.

То есть датчик — это какой-то преобразователь. Он преобразует контролируемую величину в сигнал, который мы можем использовать для своих целей. Датчики широко используются в роботах и позволяют управлять ими.

Датчик касания Lego EV3 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.

кнопка дверного звонка

Такое хорошо всем знакомое устройство как компьютерная мышь также использует датчик касания. В клавишах мыши расположены кнопочные микровыключатели, которые при нажатии издают характерный щелчок.

мышь для компьютера

Датчик касания Lego EV3 является аналоговым датчиком. Для программирования мы можем использовать три случая:

Кнопка нажата и находится постоянно в этом положении
Кнопка не нажата
Кнопку нажали и отпустили т.е. щелчок

крестообразное крепление датчика касания EV3

Оси имеют различную длину от двухмодульной оси до двенадцатимодульной. В Lego EV3 используется обозначение расстояния в модулях где один модуль равен восьми миллиметрам.

Контроллер Lego EV3

Контроллер Lego EV3 часто называют кирпичом. Кирпич имеет входные порты для датчиков. Они называются порты ввода и обозначаются цифрами 1, 2, 3, 4. Всего четыре входных порта, куда можно подключить четыре датчика.

входные порты

Датчик касания подключается к кирпичу при помощи плоского соединительного кабеля. По умолчанию датчику касания для подключения определен порт под номером 1. Но подключать можно к любому входному порту. Программное обеспечение модуля само автоматически определит порт подключенного датчика.

Где используются датчики касания

Датчики касания часто используются в промышленности. Там они называются концевые выключатели, микровыключатели. Они входят в системы, обеспечивающие безопасность человека при работе на автоматических линиях, различных станках. Как правило они стоят в схеме управления и служат для прерывания работы.

защитные ограждения промышленного оборудования

Например, ограждение шлифовального станка — козырек для защиты глаз от попадания в них искр, стружки, осколков. Если станок работает и козырек поднимается, то размыкается электрическая цепь и работа станка прекращается. При этом часто используется световая и звуковая сигнализация. Это только один из примеров, но их огромное множество и изучать варианты использования датчиков касания нужно в отдельной теме.

Инфракрасный датчик Lego EV3 является цифровым дистанционным датчиком. Датчик предназначен для обнаружения инфракрасного света, который отражается от сплошных предметов (объектов).

инфракрасный датчик

Инфракрасное излучение также называют тепловое излучение. Спектральная область инфракрасного излучения располагается между красным концом видимого света, которое имеет длину волны λ = 0,74 мкм с частотой 430 ТГц и микроволновым радиоизлучением λ ~ 1—2 мм с частотой 300 ГГц.

что такое инфракрасное излучение

Принцип работы датчика взят из живой природы. Для ориентации в пространстве и охоты некоторые виды животных используют тепловое излучение. К таким живым организмам относятся кальмары, летучие мыши-вампиры, некоторые виды змей и другие животные.

Режимы работы инфракрасного датчика

Инфракрасный датчик находится в составе домашней версии робототехнического конструктора Lego Mindstorms EV3 с артикулом 31313. В состав образовательной версии Lego EV3 датчик не входит. При необходимости инфракрасный датчик приобретается отдельно. Инфракрасный сенсор является бесконтактным датчиком.

В комплекте домашней версии присутствует инфракрасный маяк, который предназначен для подачи инфракрасных световых сигналов. Инфракрасный датчик в состоянии обнаруживать эти сигналы. Также при помощи связки инфракрасный датчик плюс инфракрасный маяк можно организовать удаленное управление роботом,

инфракрасный датчик с проводом

У инфракрасного датчика есть три режима, в которых он может работать:

В режиме приближения
В режиме маяка
В дистанционном режиме

Основные характеристики инфракрасного датчика

В режиме «Приближение» инфракрасный датчик определяет расстояние между сенсором и предметом. Для этого используются отраженные от объекта световые волны. В этом режиме не используется измерение в сантиметрах или дюймах. Используются условные единицы от 0 что значит очень близко до100 очень далеко. Приблизительное расстояние, на котором можно использовать датчик около 70 сантиметром. На точность измерения влияет размер и форма предмета.

Режим «Маяк» использует совместно инфракрасный датчик с инфракрасным маяком. Этот режим позволяет приблизительно определить, где расположен инфракрасный маяк перед инфракрасным датчиком. Датчик может выдавать логическое значение истина или ложь при обнаружении маяка. В условных единицах от 0 до 100 показывает относительное расстояние до маяка. В этом режиме максимальное расстояние обнаружения маяка около двух метров. Также в условных единицах от -25 до 25 показывает направление маяка. При этом 0 означает, что маяк находится перед датчиком.
В режиме «Дистанционное управление» можно управлять роботом на расстоянии. В этом режиме датчик может распознавать, какие кнопки нажаты на маяке.

Инфракрасный датчик не является очень точным, и погрешность измерения может достигать 20 процентов. Подключение к контроллеру EV3 стандартным плоским кабелем. Можно подключать датчик к любому порту входа, но по умолчанию подключение происходит к 4 порту. При подключении к любому порту модуль EV3 определит датчик автоматически.

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

Курс повышения квалификации

Обеспечение экологической безопасности руководителей и специалистов общехозяйственных систем управления

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

«Развитие эмоционального интеллекта у младших школьников»

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Описание презентации по отдельным слайдам:

Конкурс-выставка методических материалов «Я-профессионал»
Изучаем ультразвуковой датчик Lego mindstorms EV3
Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования
«Центр технического творчества Орехово-Зуевского муниципального района»
Выполнил: педагог дополнительного образования
Демченков Денис Сергеевич
Номинация: Учебная призентация по дополнительным
общеразвивающим программам
Направленность: Робототехника
2017г.

Изучаем ультразвуковой датчик
Lego mindstorms EV3

Главное назначение ультразвукового датчика, это определение 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.
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. Кроме режимов измерения расстояния в сантиметрах и дюймах датчик имеет специальный режим "Присутствие/слушать". В этом режиме датчик не излучает ультразвуковые импульсы, но способен обнаруживать импульсы другого ультразвукового датчика.

У нашего робота, собранного по инструкции small-robot-45544, ультразвуковой датчик уже закреплен впереди по ходу движения. Подключим его кабелем к порту "3" модуля EV3 и приступим к разбору практических примеров использования ультразвукового датчика.
Задача №1: написать программу, останавливающую прямолинейно движущегося робота, на расстоянии 15 см до стены или препятствия.
Для решения задачи воспользуемся уже знакомым нам программным блоком "Ожидание" Оранжевой палитры, переключив его в Режим: "Ультразвуковой датчик" - "Сравнение" - "Расстояние в сантиметрах« (Рис. 1).

Решение:
Начать прямолинейное движение вперед (Рис. 2 поз. 1)
Ждать, пока значение ультразвукового датчика не станет меньше 15 см. (Рис. 2 поз. 2)
Прекратить движение вперед (Рис. 2 поз. 3)

Рис. 2
Задача решена!

Задача №2: написать программу для робота, держащего дистанцию в 15 см от препятствия.
Решение:
Поведение робота будет следующим:
при значении показания ультразвукового датчика больше 15 см робот будет двигаться вперед, стараясь приблизиться к препятствию;
при значении показания ультразвукового датчика меньше 15 см робот будет двигаться назад, стараясь удалиться от препятствия.
Мы уже знаем, что за организацию выбора выполняемых блоков в зависимости от условия отвечает программный блок "Переключатель" Оранжевой палитры. Установим для блока "Переключатель"режим "Ультразвуковой датчик" - "Сравнение" - "Расстояние в сантиметрах" (Рис. 3 поз.1). Параметр "Тип сравнения" блока "Переключатель" установим в значение "Больше"=2, а"Пороговое значение" определим равным 15 (Рис. 3 поз. 2). Такие настройки программного блока"Переключатель" приведут к следующему поведению программы: При показаниях ультразвукового датчика больше 15 см будут выполняться программные блоки, помещенные в верхний контейнер (Рис. 3 поз. 3), в противном случае будут выполняться программные блоки, помещенные в нижний контейнер(Рис. 3 поз. 4).

Рис. 3
Поместим в эти контейнеры программные блоки, включающие движение вперед и назад. Для того чтобы программный блок "Переключатель" выполнялся многократно, поместим его внутрь программного блока "Цикл" Оранжевой палитры (Рис. 4).

Загрузите получившуюся программу в робота и запустите ее на выполнение. Если перед роботом отсутствует препятствие, то он поедет вперед. Поднесите руку близко к ультразвуковому датчику, попробуйте отводить - приближать руку.
Рис. 4

Робот-полицейский
Принцип работы ультразвукового датчика очень похож на радар, который применяется для измерения скорости движущихся автомобилей. Как радар узнаёт скорость автомобиля? Он измеряет расстояние до движущегося объекта, ждёт заданное небольшое время и повторяет измерение. Разность расстояний - это пройденный путь автомобиля. Разделив пройденный путь на время между двумя измерениями, можно найти скорость, с которой двигался объект измерения.
Давайте же научим и нашего робота работе радара!

Последовательность действий, выполняемых роботом, будет следующей:
Робот ждёт появления в зоне контроля движущегося объекта;
измеряет расстояние до объекта;
ждёт 1 секунду;
повторно измеряет расстояние до объекта;
находит пройденное расстояние и сравнивает его с пороговым значением;
выводит на экран результат и подает тревогу в случае превышения скорости.

Начнём создавать программу для нашего робота-полицейского.
С помощью программного блока "Ожидание" ждём появления объекта в зоне контроля робота (Рис. 6 поз. 1). Расстояние до объекта передаем в программный блок "Математика" (Рис. 6 поз. 4).
С помощью программного блока "Ожидание" ждем 1 секунду.
Второй раз снимаем показание ультразвукового датчика (Рис. 6 поз. 3) и передаем полученное значение в программный блок "Математика" (Рис. 6 поз. 4).
В программном блоке "Математика" находим расстояние, пройденное объектом измерения за 1 секунду. Полученное значение передаем в программный блок "Сравнение" (Рис. 6 поз. 5) и выводим на экран (Рис. 6 поз. 6).
С помощью программного блока "Сравнение" (Рис. 6 поз. 5) сравниваем пройденное расстояние с пороговым значением, равным 10. Результат сравнения двух чисел представляет собой логический вывод. Логический вывод может принимать одно из двух значений: "Да" или "Нет". Этот вывод мы передаем в прогаммный блок "Переключатель" (Рис. 6 поз. 7), настроив его на прием логических значений. Обратите внимание: шины данных, передающие логические значения, окрашены в зеленый цвет, в отличие от желтых шин данных, передающих числовые значения. (В дальнейшем мы подробнее ознакомимся с принципами обработки логических значений).
С помощью программного блока "Переключатель" мы организуем две ветки поведения программы в зависимости от скорости объекта. Если объект за 1 секунду приблизился к роботу, больше чем на10 см, значит, будем считать его приближение критическим и подадим сигналы тревоги (Рис. 6 поз. 8). В противном случае будем считать, что объект движется медленно, в этом случае робот включит зеленую подсветку клавиш модуля EV3 и произнесёт "Okay".
В конце программы еще раз воспользуемся программным блоком "Ожидание" (Рис. 6 поз. 10) и "придержим" завершение программы на 5 секунд, чтобы успеть прочитать информацию на экране модуля EV3.

Загрузите программу в робота, расположите робота так, чтобы перед ним на расстоянии 60 сантиметров отсутствовали другие предметы, запустите программу на выполнение. Перемещайте в направлении к роботу игрушечный автомобиль или объемный предмет, наблюдайте за реакцией робота. Попробуйте изменять пороговые значения в программе.
Рис. 6

Ультразвуковой датчик - режим "Присутствие/слушать"
Как уже отмечалось выше, в этом режиме ультразвуковой датчик способен обнаруживать излучение 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).
Задача № 3: необходимо написать программу, обнаруживающую другого робота, с работающим ультразвуковым датчиком.

Четвёртого января 2013 года LEGO представила третью версию популярного конструктора Mindstorms — EV3 (майндстормс ЕВ3) :

Комплект конструктора LEGO EV3 изменился. Стало больше шестерёнок, ажурных элементов. Убрали часть не нужных маленьких штифтов. Но самое главное, «мозг» компьютера наконец то претерпел значительные изменения и обещает стать любопытной игрушкой не только для детей, но и для взрослых робототехников.

Программируемый блок управления в третьей версии выглядит так:

Технические характеристики LEGO EV3:

Процессор — ARM9 (в предыдущем конструкторе NXT 2.0 использовался ARM7 48 Мгц.)
FLASH память — 16 Mегабайт (было 256Кб. Объём увеличился в 64 раза!)
Оперативная память — 64 Mегабайт (было 64 Кб. Объём вырос в 1024 раза!)
Операционная система — Linux (фантастика. Что было ранее - не известно.)
Слот расширения SD (отсутствовал ранее)
USB 2.0 (поддерживает USB Host, то есть можно вставить WiFi свисток)
Bluetooth 2.1 (был 2.0)
4 порта на вход и 3 порта на выход (без изменений)
Динамик

Комплект поставки

центральный блок управления
Три сервомотора (два больших и один маленький)
Датчик нажатия (Touch Sensor, попросту — кнопка)
Цветовой сенсор
Датчик расстояния (в некоторых пресс-релизах заявлен инфракрасный, но я полагаю, он всё-таки ультразвуковой)

На фотографии второй сенсор слева — это гироскоп-акселерометр, он в базовый комплект поставки, судя по всему, не входит.

Также доступен инфракрасный маячок (возможно его потребуется покупать отдельно), с помощью которого можно управлять роботом, либо можно создать робота, который будет самостоятельно выполнять поиск маячка.

Общее количество блоков Lego-Technics в комплекте — 594. Изготовитель обещает сохранить обратную совместимость с NXT2.0, то есть будет возможно использовать моторы и сенсоры от предыдущей версии.

Заявленная цена — 350 долларов. Будем надеяться, что Лего не будет считать доллар равным евро, как это нынче модно, и в Европе он будет стоить хотя бы 300 Евро. Для сравнения — Lego Mindstorm NXT 2.0D в Германии стоит 274 Евро. Кроме того, возможно появление EV3 вызовет некоторое снижение цены на NXT 2.0.

Программирование будет осуществляться при помощи специальной графической программы, поставляемой компанией National Instruments (также, как и в предыдущей версии конструктора). Эта программа имеет довольно низкий «порог вхождения», что очень хорошо для обучения детей азам робототехники. Будем надеяться, что и взрослые дети не останутся «за бортом» и NI будет продолжать поставлять библиотеку для LabVIEW. Вообще игрушка обещает быть любопытной из-за наличия линукса на борту — почти наверняка через некоторое время появятся прошивки, расширяющие возможности встроенного компьютера.

Также представляет интерес возможность интеграции с iOS и Android (робот может работать автономно, либо получать управляющие команды с планшета по Bluetooth).

Конструктор будет доступен во второй половине этого года. Возможно если вы уже собрались купить NXT 2.0 , то имеет смысл немного подождать. Рекомендованный возраст пользователей — от 10 лет.

В заключение — несколько фотографий роботов, которые можно построить с использованием EV3 , найденных на просторах сети:

Конвейер с сортировкой кубиков по цвету (это для тех детей, кто хочет посвятить свою жизнь промышленной автоматизации):

Балансировщик — что может быть лучше для изучения основ ПИД-регулятора?

Источники: Хабрабабр.ру
Announcing LEGO MINDSTORMS EV3 — Официальный релиз LEGO

ФОТО:

Ещё больше фото Вы можете увидеть в галерее по этой ссылке LEGO MINDSTORMS EV3.

Рекламный ролик LEGO MINDSTORMS EV3:

Презентация набора на выставке CES 2013:

О майндстормс EV3 (на английском языке):

Читайте также: