Эмулятор lego mindstorms ev3

Обновлено: 18.04.2024

Перевод на русский язык с изменениями и дополнениями:

Проектирование и конструирование

Программирование

Имитационное моделирование (симуляция)

Анализ

  • MINDSTORMS EV3 / NXT — Ультразвуковой датчик
  • MINDSTORMS EV3 / NXT — датчик касания
  • MINDSTORMS EV3 — ИК-датчик
1. Введение
  • Возможно, наиболее очевидным преимуществом является то , что при использовании моделируемого робота мы можем писать программы для работы с роботом, даже если он физически не доступен. Например, ваш клуб робототехники может иметь только один комплект для сборки MINDSTORMS ® робота, но вся команда может работать и программировать на цифровую версию такого же комплекта MINDSTORMS ® робота в классе или дома.
  • Когда речь заходит о средах (реальных и виртуальных), моделирование предлагает гораздо большее разнообразие решений, чем это будет возможно физически. Это может быть даже слишком дорогим , чтобы протестировать наш робот в ближайшем невесомом космическом пространстве, в нашем случае мы могли бы легко имитировать его.
  • С помощью виртуальных робототехники, вы никогда не потеряете детали LEGO ® MINDSTORMS ® , и их всегда легко найти, а кроме того у Вас будет своя библиотека деталей, узлов и готовых роботов и программ к ним.
  • Работая в полностью цифровом пространстве, мы можем построить Вашу модель один раз, а затем сохранить её навсегда. Что дает нам возможность гораздо легче конкурировать и делиться своим роботами с другими пользователями по всему миру.
2. Установка и настройка

2.1 Минимальные системные требования к компьютеру

  • Intel Core Duo или лучше
  • 2 Гб оперативной памяти
  • 1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
  • Windows 7 или выше

2.2 Рекомендуемые системные требования к компьютеру

  • Intel ISeries, i3 или лучше
  • 4 Гб оперативной памяти
  • 1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
  • Dedicated видеокарта
  • Windows 7 или выше
2.3 Поддерживаемые платформы Robotics

2.3.2 LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 ™ — (3 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.2) приведен список датчиков EV3, которые поддерживаются в тренажере.

2.3.1 LEGO ® MINDSTORMS ® NXT ™ — (2 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.1) приведен список датчиков NXT, которые поддерживаются в тренажере.

2.4 Дополнительные ресурсы

2.4.1 LEGO ® среда программирования как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

lego-educator

Рисунок 2.3 Пример кода программы робота в среде программирования ev3.

2.4.2 Среда моделирования LEGO ® Digital Designer ™ как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

LEGO ® Digital Designer ™ (или LDD, так он обычно называется) является свободно доступным CAD инструментом. Если у Вас есть серьезный интерес в разработке собственных цифровых роботов, то Вам будет полезным рассмотреть вопрос о более близком ознакомлении с этим инструментом проектирования.

lego-digital-disigned

LDraw

В дополнение к LEGO Digital Designer, вы можете также рассмотреть вопрос установки LDraw «все-в-одном» библиотеки деталей LEGO ® . LDraw поддерживает многие форматы файлов, поддерживаемых LEGO Digital Designer, и, вероятно, самый популярный формат файлов для создания и совместного использования 3D моделей LEGO между программами САПР.

Virtual Robotics Toolkit содержит мастер импорта, который может быть использован, чтобы импортировать LDraw файлы в тренажер. Правда, нет необходимости устанавливать эту библиотеку, но она предоставит намного больше возможностей для различных типов LEGO ® деталей, которые могут быть приведены в тренажере.

Ldraw

После установки LDraw «все-в-одном» библиотеки, вы также можете, обновить LEGO Digital Designer , так что вы можете экспортировать свои модели на SIM — карте. Для этого достаточно в меню Virtual Robotics Toolkit нажать на Help и выбрать пункт Patch LEGO Digital Designer .

lego-digital-disigned-1

Рисунок 2.5: Применение заплатки для LEGO Digital Designer

2.4.3 Дополнительные Интернет ресурсы

3. Экран приветствия

В этой главе рассмотрим проекты по умолчанию, которые включены в базовую установку Virtual Robotics Toolkit, и будем рекомендовать курс обучения. Мы завершим эту главу, продемонстрировав, как интерфейс Тренажера может быть настроен, чтобы наилучшим образом удовлетворить ваши потребности.

3.1 Установка Virtual Robotics Toolkit

Virtual-Robotics-Toolkit

Рисунок 3.1.1 При первом запуске Virtual Robotics Toolkit введите лицензионный ключ если Вы приобрели лицензию или выберите радиокнопку Continue with trial period. (14 days remaining) — продолжить 14 дневную пробную версию — > нажать OK

Далее, через 30-40 секунд появиться экран приветствия с открытой вкладкой Sim Basics — Базовые Симуляции:

Virtual-Robotics-Toolkit-1

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

Virtual-Robotics-Toolkit-2

Рисунок 3.2: Вкладка SimBasics (Базовые симуляторы). Прокрутите справа движок окна вниз и вы увидите 8 проектов виртуальных миров (сред обитания роботов) из них 4 мира спроектированы для LEGO ® EV3

Перевод на русский язык с изменениями и дополнениями:

Проектирование и конструирование

Программирование

Имитационное моделирование (симуляция)

Анализ

  • MINDSTORMS EV3 / NXT — Ультразвуковой датчик
  • MINDSTORMS EV3 / NXT — датчик касания
  • MINDSTORMS EV3 — ИК-датчик
1. Введение
  • Возможно, наиболее очевидным преимуществом является то , что при использовании моделируемого робота мы можем писать программы для работы с роботом, даже если он физически не доступен. Например, ваш клуб робототехники может иметь только один комплект для сборки MINDSTORMS ® робота, но вся команда может работать и программировать на цифровую версию такого же комплекта MINDSTORMS ® робота в классе или дома.
  • Когда речь заходит о средах (реальных и виртуальных), моделирование предлагает гораздо большее разнообразие решений, чем это будет возможно физически. Это может быть даже слишком дорогим , чтобы протестировать наш робот в ближайшем невесомом космическом пространстве, в нашем случае мы могли бы легко имитировать его.
  • С помощью виртуальных робототехники, вы никогда не потеряете детали LEGO ® MINDSTORMS ® , и их всегда легко найти, а кроме того у Вас будет своя библиотека деталей, узлов и готовых роботов и программ к ним.
  • Работая в полностью цифровом пространстве, мы можем построить Вашу модель один раз, а затем сохранить её навсегда. Что дает нам возможность гораздо легче конкурировать и делиться своим роботами с другими пользователями по всему миру.
2. Установка и настройка

2.1 Минимальные системные требования к компьютеру

  • Intel Core Duo или лучше
  • 2 Гб оперативной памяти
  • 1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
  • Windows 7 или выше

2.2 Рекомендуемые системные требования к компьютеру

  • Intel ISeries, i3 или лучше
  • 4 Гб оперативной памяти
  • 1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
  • Dedicated видеокарта
  • Windows 7 или выше
2.3 Поддерживаемые платформы Robotics

2.3.2 LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 ™ — (3 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.2) приведен список датчиков EV3, которые поддерживаются в тренажере.

2.3.1 LEGO ® MINDSTORMS ® NXT ™ — (2 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.1) приведен список датчиков NXT, которые поддерживаются в тренажере.

2.4 Дополнительные ресурсы

2.4.1 LEGO ® среда программирования как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

lego-educator

Рисунок 2.3 Пример кода программы робота в среде программирования ev3.

2.4.2 Среда моделирования LEGO ® Digital Designer ™ как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

LEGO ® Digital Designer ™ (или LDD, так он обычно называется) является свободно доступным CAD инструментом. Если у Вас есть серьезный интерес в разработке собственных цифровых роботов, то Вам будет полезным рассмотреть вопрос о более близком ознакомлении с этим инструментом проектирования.

lego-digital-disigned

LDraw

В дополнение к LEGO Digital Designer, вы можете также рассмотреть вопрос установки LDraw «все-в-одном» библиотеки деталей LEGO ® . LDraw поддерживает многие форматы файлов, поддерживаемых LEGO Digital Designer, и, вероятно, самый популярный формат файлов для создания и совместного использования 3D моделей LEGO между программами САПР.

Virtual Robotics Toolkit содержит мастер импорта, который может быть использован, чтобы импортировать LDraw файлы в тренажер. Правда, нет необходимости устанавливать эту библиотеку, но она предоставит намного больше возможностей для различных типов LEGO ® деталей, которые могут быть приведены в тренажере.

Ldraw

После установки LDraw «все-в-одном» библиотеки, вы также можете, обновить LEGO Digital Designer , так что вы можете экспортировать свои модели на SIM — карте. Для этого достаточно в меню Virtual Robotics Toolkit нажать на Help и выбрать пункт Patch LEGO Digital Designer .

lego-digital-disigned-1

Рисунок 2.5: Применение заплатки для LEGO Digital Designer

2.4.3 Дополнительные Интернет ресурсы

3. Экран приветствия

В этой главе рассмотрим проекты по умолчанию, которые включены в базовую установку Virtual Robotics Toolkit, и будем рекомендовать курс обучения. Мы завершим эту главу, продемонстрировав, как интерфейс Тренажера может быть настроен, чтобы наилучшим образом удовлетворить ваши потребности.

3.1 Установка Virtual Robotics Toolkit

Virtual-Robotics-Toolkit

Рисунок 3.1.1 При первом запуске Virtual Robotics Toolkit введите лицензионный ключ если Вы приобрели лицензию или выберите радиокнопку Continue with trial period. (14 days remaining) — продолжить 14 дневную пробную версию — > нажать OK

Далее, через 30-40 секунд появиться экран приветствия с открытой вкладкой Sim Basics — Базовые Симуляции:

Virtual-Robotics-Toolkit-1

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

Virtual-Robotics-Toolkit-2

Рисунок 3.2: Вкладка SimBasics (Базовые симуляторы). Прокрутите справа движок окна вниз и вы увидите 8 проектов виртуальных миров (сред обитания роботов) из них 4 мира спроектированы для LEGO ® EV3

Разве можно заниматься робототехникой «виртуально» и зачем это нужно? Рассказывает Валентина Любимова, педагог дополнительного образования и методист Академии цифровых технологий (г. Санкт-Петербург). Подборка виртуальных сред проектирования и программирования роботов поможет вам перенести занятия в онлайн.

Симулятор Virtual Robotics Toolkit

Симулятор Virtual Robotics Toolkit

Робототехника дистанционно?

Последние два месяца самыми актуальными вопросами для преподавателей образовательной робототехники являются вопросы «Как работать?»

Я еще несколько лет назад начала рассматривать разные варианты для возможности проведения занятия по робототехнике с детьми 7-13 лет не только с реальными конструкторами, но и с использованием разных симуляторов и других инструментов. Нельзя сказать, что выбор доступных средств достаточно широк. Однако, за последнее время мы видим тенденцию развития данных направлений. Появляются новые платформы. Уже существующие платформы снижают плату за свое использование или делают использование бесплатным на определенный период.

Зачем?

При этом остается вопрос — зачем заниматься робототехникой «виртуально»?

Даже если есть возможность использовать реальные конструкторы (да простят меня приверженцы ардуино – я данные робототехнические конструкции тоже отношу к конструкторам), использование симуляторов и других инструментов компьютерного моделирования дает существенное развитие ребенку, открывает новые возможности.

  • В виртуальных средах можно заниматься даже без оборудования, только имея компьютер и доступ в интернет.
  • Владение инструментами САПР дает возможности для дальнейшего совершенствования моделей.
  • Работа в виртуальных программных оболочках позволяет быстрее отлаживать различные программные алгоритмы, которые потом гораздо проще тестировать на реальных роботах (при наличии определенного опыта).
  • Увлеченные дети могут дома в любое свободное время заниматься созданием конструкций, написанием кода, которые позже тестируют на занятиях в классе. При таком подходе усвоение материала проходит гораздо быстрее.
  • В виртуальных средах можно проводить соревнования.
  • На крупных соревнованиях возрастают требования к участникам — недостаточно только прийти на площадку и запустить собранного и настроенного дома робота.
    • Проверяются знания участников в умении программировать роботов под измененные задачи.
    • Оценивают процесс работы над проектом и то, что проект может быть «тиражируемым», т.е. другой участник при должной квалификации сможет создать такого же робота по вашей инженерной книге.

    Платформы для дистанционных занятий

    Образовательная робототехника включает в себя две главные части:

    Систем автоматизированного проектирования (САПР), используемых в образовательной робототехнике, немало, и выбор инструмента зачастую зависит от робототехнической платформы, на которой работает преподаватель, возраста учащихся и целей занятий.

    Системы САПР

    САПР для LEGO

    Например, для подготовки проектной документации для Lego существует несколько:

    Самая простая, которая подходит для «быстрого старта» и простого изучения с детьми — LDD, другие CAD-системы может быть и сложнее для изучения и использования, но имеют больший функционал.

    Lego Digital Disigner

    Lego Digital Disigner

    САПР для VEX

    Для конструкторов VEX используют другие САПР. Наиболее популярная система на текущий момент SnapCAD для VEX IQ. Достаточно простая в использования, содержит библиотеку элементов VEX IQ, есть возможность создать свои детали и распечатать на 3D-принтере.

    Если же вы проводите занятия на конструкторах «старших» серий VEX, то для проектирования можно использовать САПР с расширенным функционалом, такие как Inventor.

    SnapCAD

    САПР для других платформ

    Для занятий с детьми «продвинутого» уровня, которые создают свои модели, проектируя и впоследствии изготавливая на 3D-принтерах и лазерных станках, можно использовать различные популярные САПР.

    Например, работая в tinkercad, можно не только создать 3D-модель для изготовления, но и создать виртуальную электронную схему с Arduino, которую потом и запрограммировать, и посмотреть работу в симуляторе. Таким образом, данная платформа удачно объединяет все возможности для виртуальной работы.

    Виртуальные симуляторы роботов

    Однако, и работая с другими робототехническими конструкторами, можно использовать симуляторы, где можно отрабатывать как простые, так и сложные действия. В основном, все симуляторы, обладающие расширенным функционалом (возможностью создавать физическую среду, загружать собственные полигоны и модели роботов), можно назвать «условно бесплатными», т.е. у них есть или бесплатный период использования, или бесплатный период предоставляется сейчас, ввиду сложившейся ситуации в мире.

    Наиболее известные в данной категории симуляторы:

    Virtrual Robotics Toolkit

    Virtrual Robotics Toolkit

    • Отечественная разработка на русском языке
    • Реализовано для конструкторов ТРИК, Lego Mindstorms и квадрокоптеров «Пионер»
    • Большая библиотека методических разработок
    • Есть возможность загрузки собственных полигонов
    • Визуальный язык программирования + текстовые языки

    TRIK Studio

    На данный момент разработчики предложили новый продукт TRIK Studio Junior, бесплатную среду программирования с «Исполнителем» для младших классов. Возможность загрузки кода в реального робота не предусмотрена.

    У разработчиков TRIK есть огромное преимущество перед зарубежными аналогами – бесплатность и огромное количество методических материалов, позволяющих начинать работать, практически не имея базовой подготовки.

    Однако, и у зарубежных разработчиков есть неплохие, простые, бесплатные симуляторы, позволяющие изучать робототехнику легко и просто.

    Open Roberta

    vr.vex.com

    Безусловно, рассматривая симуляторы в робототехнике, нельзя не отметить еще одну отечественную разработку от Центра робототехники из Владивостока – среду MUR IDE (Python), созданную для робототехнического конструктора Автономный подводный робот.

    Используя симулятор, можно подготовиться к различным соревнованиям, таким как ОНТИ, Олимпиада Innopolis Open и другие.

    Среда MUR IDE (Python)

    Среда MUR IDE (Python)

    Симулятор роботов CoppeliaSim

    Симулятор роботов CoppeliaSim

    В заключении хотелось бы отметить ряд игр, направленных на развитие алгоритмического мышления и конструирование. К первым традиционно относят такие игры как Colobot и Ceebot, которые наверняка известны многим.

    ColoBot

    А для развития конструкторского мышления стоит рассмотреть игру Bad Piggies – для смартфонов и планшетов, в которую с удовольствием играют и успешно осваивают основы физики и конструирования и дошкольники, и взрослые.

    Robot Commander представляет собой управляющее приложение для LEGO® MINDSTORMS®. БЕСПЛАТНАЯ загрузка для большинства смартфонов и планшетов; Robot Commander подключается к модулю EV3 по Bluetooth®. Это простое в использовании приложение позволяет взаимодействовать с вашими уникальными роботами EV3, даже не подключаясь к компьютеру! Это означает, что вы можете мгновенно начать игру с вашими собственными роботами!


    Приложения для компьютеров и планшетов

    Приложения LEGO® MINDSTORMS® EV3 Home для macOS, Windows 10 и планшетов на iOS и Android

    Загрузите, установите, подключите и выполняйте задания по программированию. Для пяти основных роботов есть до пяти задач по программированию. Благодаря более продвинутому, но хорошо знакомому интерфейсу программирования и пяти сложным заданиям для вас и ваших роботов-героев, приложение EV3 Home для PC, Mac и планшетов сможет поднять ваши навыки робототехники на новый уровень!


    Важная информация относительно программного обеспечения и приложений LEGO® MINDSTORMS® EV3!

    Мы рады сообщить, что пользователям LEGO MINDSTORMS EV3 теперь будут доступны новые возможности при сборке и программировании их творений.

    Новое приложение LEGO MINDSTORMS EV3 Home с языком программирования на основе Scratch заменит используемое в настоящее время ПО LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition (Labview) для Windows 10 и macOS, а также приложение LEGO MINDSTORMS EV3 Programmer для планшетов на iOS/Android.

    Приложение LEGO MINDSTORMS EV3 Programmer будет удалено из магазинов приложений в конце июня 2021 года.

    Выведенное из эксплуатации ПО LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition (Labview) для Mac и PC можно найти ниже. Обратите внимание, что это ПО больше не поддерживается LEGO Group.

    Are you looking for a way to enable your students to program a LEGO robot without access to the hardware? Here’s a summary of some of the most popular and accessible EV3 emulators and virtual environments currently available, including both free and licensed software products. They range from open-ended tools that come with no agenda about how they are to be used through to highly-structured, curriculum-aligned activities.


    EV3 emulators and virtual environments

    CoderZ

    Coder Z features block-based programming and a robot in a virtual environment

    Cost: By quote (* see note below)

    CoderZ is an online learning environment for students to learn coding with a block-based programming language and a virtual 3D robot simulation. It’s structured around a series of gamified missions that provide over 15 hours of curriculum, activities, and assignments.

    • Block coding
    • Runs in a browser, so no install needed
    • Consists of a series of guided missions
    • Teachers can create classes and monitor student progress
    • Offers an online coding tournament where classes compete virtually.

    EV3DevSim


    Python programming with EV3DevSim

    DevSim enables students to write Python programs for a virtual EV3 robot. The same programs can be used on a physical EV3 robot running ev3dev.

    • Python programming
    • Runs in a browser, so no install needed
    • A variety of maps are available for testing
    • Versatile robot and map configuation
    • Extensive tutorials.

    Gears


    Program using Blockly or Python with Gears

    From the creator of EV3DevSim, Gears is a newer and more capable simulator that supports Blockly and Python. Generated Python code can run on a physical EV3 robot running ev3dev or Pybricks.

    • Blockly or Python programming
    • Runs in a browser, no login or accounts needed
    • Many built in challenges and missions, or upload your own image to use as a map
    • Realistic 3D physics simulation (eg. the robot won’t run straight without the help of a gyro)
    • Use one of the many built-in robots or configure your own.

    MakeCode for EV3

    Program a virtual or real EV3 brick with MakeCode

    MakeCode for EV3 is a browser-based programming environment that enables students to program a physical robot or a simulated EV3 brick.The simulator enables to students to test and debug their programs interactively. They can precisely control sensor input values and get immediate feedback about what’s happening with the motors and the display.

    • Program in drag-and-drop block coding, JavaScript text programming, or switch between them
    • Runs in a browser, so no install needed
    • Program a real EV3 brick or a virtual one using the interactive simulator
    • Extensive tutorials.

    Open Roberta Lab

    Block-based programming with Open Roberta Lab

    Open Roberta Lab enables students to write programs for a virtual EV3 robot using a block-based programming language.The same programs can be used on a physical EV3 robot running ev3dev.

    • Block coding
    • Runs in a browser, so no install needed
    • A number of maps are available
    • The simulator is relatively versatile, allowing the user to move the robot and obstacle around the map while the program is running
    • Robot configuration can be adjusted
    • Provides good feedback about the robot’s sensor values.

    QEV3Bot Simulator

    QEV3Bot Simulator is a free Windows-based LEGO EV3 simulator. QEV3BotSim allows the user to configure the connection of up to four sensors chosen from the set of eight available sensors mounted on the robot.

    • RobotC text programming
    • Runs on Windows
    • EV3 brick emulator.

    Robot Virtual Worlds

    Robot Virtual Worlds includes a brick emulator and virtual environment

    Cost: Starts at $49 for single seat, or $299 for 30 seats for 365 days.

    Carnegie Mellon University’s Robot Virtual Worlds simulates robots in 3D environments using RobotC and enables students to program virtual or physical robots.

    • RobotC text programming
    • Runs on Windows 7, 8/8.1, or 10
    • EV3 brick emulator
    • A level builder enables you to build your own virtual worlds and import existing 3D models (*.stl files)
    • A selection of curriculum packs are available.

    Virtual Robotics Toolkit

    Virtual Robotics Toolkit complements the EV3 Software with an EV3 emulator and a highly configurable simulation

    Cost: $65 perpetual / $50 subscription per seat

    Cogmation’s Virtual Robotics Toolkit (VRT) is a highly-configurable and incredible versatile simulator that provides an experience that is a close match to the physical experience. Because it complements the EV3 Software rather than introducing an entirely new programming language, the VRT enables students to switch between virtual and physical programming.

    • Requires EV3 Software
    • Runs on Mac OS X or Windows
    • EV3 brick emulator
    • Wide variety of virtual environments, including FLL and WRO competiton mats
    • Highly configurable virtual robot
    • Import custom robot models from free CAD tools such as LEGO Digital Designer
    • Promotes collaboration through sharing virtual robots and sample code
    • Configurable physics engine enables exploration of physical forces e.g. friction, gravity.

    Last updated: July 24, 2020


    Rob Torok

    Читайте также: