Lego mindstorms ev3 аналоги

Обновлено: 18.05.2024

Из шести кубиков LEGO размером 2х4 можно собрать 915 миллионов различных комбинаций. Но в LEGO Education конструирование из кубиков — это лишь часть дела. Даже проекты для дошкольников здесь включают в себя программирование, пусть и в простейшей форме.

Мы стремимся к тому, чтобы гибкость программной платформы LEGO Education была сопоставима с ее гибкостью на аппаратном уровне. И в этом нам помогают наши партнеры — Microsoft, Массачусетский технологический университет, Институт интегральных схем общества Фраунгофера, а также разработчики из России. В этом посте мы расскажем о новых инструментах для программирования, с которыми возможности LEGO Mindstorms Education EV3 и WeDo 2.0 становятся шире.

Microsoft MakeCode

MakeCode — это бесплатная браузерная платформа, с помощью которой можно создать программы для множества устройств, от Arduino до роботов в Minecraft. С марта в этом списке и LEGO Mindstorms EV3.

В основном окне MakeCode можно составлять программу для EV3 из блоков. Форма блоков подсказывает, как их нужно выставлять, переменные выставляются списками в окошках внутри. Слева в режиме реального времени идет демонстрация программы. Из цветастого графического редактора одним кликом можно перейти в JavaScript — здесь также будет работать живая демонстрация и выбор функций.

Редактор MakeCode работает из браузера и не требует активного интернет-соединения — целиком загружается в кэш. Созданную программу можно скачать в формате UF2 и сразу загрузить в блок EV3. Или расшарить для просмотра. Экспортируя и импортируя UF2-файлы, можно делать совместные проекты.

Scratch

Scratch — это визуальная среда программирования, разработанная в Массачусетском технологическом университете для младшей и средней школы. Объектами Scratch являются спрайты, у которых можно изменять внешний вид и поведение с помощью скриптов. Программа в Scratch работает на поле размером 480х360 пикселей.

Бета-версия Scratch 3.0

Пока что актуальна вторая версия Scratch, где можно работать только с виртуальными объектами. Но на 2 января 2019 года запланирован релиз Scratch 3.0, которая станет гораздо интересней. В нем появятся расширения для работы с физическими объектами — с устройствами для рисования, записи звука и видео, а также с LEGO Mindstorms EV3 и WeDo 2.0. WeDo 2.0 — это «младший брат» EV3, который позволит использовать LEGO Education уже в начальной школе.

Бета-версия Scratch 3.0 уже доступна, но расширений в ней пока нет. Как и MakeCode, Scratch реализован в виде бесплатного браузерного приложения. Scratch, в принципе, более функционален по сравнению с MakeCode — здесь есть инструменты для работы с графикой и звуком. С другой стороны, сейчас MakeCode гораздо теснее интегрирована с LEGO Education. Но мы еще не видели, как работают расширения Scratch — возможно, эта функция появится только к релизу.

Open Roberta

Open Roberta — это проект института интегральных схем общества Фраунгофера, вдохновленный успехами среды Scratch. Программы, написанные с помощью Open Roberta, имеют собственную семантику и синтаксис и работают через свою прошивку. Ее можно установить на SD-карту и запускать вместо оригинальной прошивки EV3. С одной стороны, это создает дополнительные сложности. С другой — благодаря этому Open Roberta совместима с наборами NXT, которые выпускались до EV3. В этом году в список поддерживаемых систем также добавили WeDo.

«Кодвардс»

Образовательная платформа «Кодвардс» — это не среда программирования, как все описанное выше. Это учебно-методический комплекс, который помогает детям через обучение основам программирования развивать цифровые навыки. Программа «Кодвардс» + LEGO Education рассчитана на школьников 7-12 лет и состоит из 8 уроков, сочетает методические материалы для учителей, а также онлайн-платформу и рабочую тетрадь для учеников. Все полученные знания закрепляются с помощью наборов LEGO Education WeDo 2.0.

Фрагмент демонстрационного урока «Кодвардс»

Для курса был разработан вариант языка CoffeeScript с упрощенным синтаксисом. Он не используется за пределами платформы, поскольку рассчитан исключительно на усвоение общих концепций языков программирования. Сейчас в состав «Кодвардса» входит два модуля программирования и ИКТ по 32 урока, которые сопровождаются двумя практическими модулями по 8 уроков, где школьники работают с LEGO Education WeDo 2.0. Запланирован выход нового модуля с собственной средой разработки (компьютерные игры, дисциплины STEM), рассчитанный на закрепление навыков проектной работы.

Создать дополнительные программные и даже аппаратные компоненты для LEGO Education Mindstorms EV3 вы можете самостоятельно. Для этого мы предоставляем все необходимые ресурсы: пакеты разработки и исходный код фирменной прошивки. WeDo 2.0 также является открытой платформой — вы можете загрузить пакет разработчика для создания ПО, совместимого со смарт-хабом WeDo 2.0, и управления другими компонентами.

У LEGO Education Mindstorms EV3 есть и собственная среда программирования, построенная на нотации LabView — инженерного языка, наиболее распространенного в проектных бюро. А базовое ПО со встроенным языком программирования для WeDo 2.0 можно скачать отсюда.

Под катом мы попытались как-то обобщить и систематизировать наш опыт по выбору платформы для занятий с детьми. Если вы организуете кружок робототехники, возможно, вам это будет полезно.
К прошлой серии было много справедливых замечаний, по такому случаю я полностью переработал материал.

Введение

механика;
периферийная электроника;
управляющий модуль;
софт (среда разработки).

Сначала лирическое отступление.
В свое время я был одним из самых счастливых детей в Екатеринбурге, потому что отец привез мне из Германии целый чемодан Лего (тогда в России его еще совсем мало было). И я думаю, это очень здорово повлияло на мое умственное развитие — мелкая моторика, пространственное мышление. Однако у людей есть такое свойство: взрослея они иногда начинают нелюбить ту среду, из которой вышли, так и меня часто упрекают в предвзятости к Лего. Сейчас я все-таки попытаюсь это преодолеть.

Итак, главное достоинство леговской механики — это скорость сборки. Наверно, раз в десять выше, чем на винтах, раза в два выше, чем на заклепках. По большому счету главный соединительный элемент Lego Technic — это та же заклепка, которую не нужно зажимать, раскрывается сама за счет упругости:

Второй элемент — ось с крестообразным сечением:

По сути это заменитель винта, только “гайки” на ней не закручиваются, а держатся за счет продольного трения.
Плюс к этому в Лего есть специальные детали для сборки некоторых специфичных узлов, например, дифференциала. Все это позволяет быстро собирать очень сложные механизмы, и для детей это действительно здорово. Жаль только, что не навсегда мы остаемся детьми, и вот тогда возникает проблема: во взрослой жизни такие соединения нигде не используются, и плавный переход с Лего на что-то другое, насколько мне известно, еще никому не удавалось реализовать. Кроме того, возникает еще одна неприятность, с которой я сам при взрослении столкнулся: в Лего все из коробки подогнано идеально, до микронов, ребенок к этому привыкает, принимает как данность. В реальности для такой точности нужно прикладывать огромные усилия, и я этому уже в студенчестве долго учился, кажется, до сих пор толком не научился.

Управляющий модуль у Лего скучный.

С одной стороны, он очень прочный, почти не ломается, с другой имеет всего 8 разъемов и туда не влезает ничего, кроме кроме фирменных леговских проводов (кстати, насколько я знаю, самая ломкая часть). Разумеется, штатно с ним работают только леговские датчики и моторы.
С точки зрения преподавателя Леговская электроника самая малохлопотная: все легко подключается, почти никогда ничего не ломается, однако и простора для творчества очень мало.

Поскольку Лего — это большая компания, об инфраструктуре она позаботилась: подавляющее число соревнований по робототехнике имеют ограничение — только Лего.

Кроме того проводится множество разных конференций и мероприятий для преподавателей.

Резюме следующее: вещь невероятно классная, это действительно так, однако, как и для всех игрушек, чем раньше ребенок с нее соскочит, тем лучше, по нашему опыту седьмой класс — в самый раз. Так же Лего — единственный конструктор, который не требует от преподавателя серьезной технической подготовки. Ну а еще по идеологии своей он очень похож на Майкрософт, некоторые Майкрософт не любят.

Fischertechnik

По этой причине какие-то простые механизмы на Fischertechnik делать не очень удобно, но зато там есть множество специальных элементов, с которыми можно делать совершенно невероятные вещи: пневмоприводы, хемотроника, ионисторы, электрохимические суперконденсаторы и др. (подробнее см. ссылку выше). Кроме того, есть специализированные наборы, моделирующие то или иное производство.
В целом идеология Fischertechnik повторяет идеологию Лего, все-таки это игрушка, но очень технически продвинутая.

Кроссплатформенные управляющие модули

Сначала немного терминологии. Вся переферийная электроника для взрослой робототехники имеет стандартные разъемы, работает по стандартным протоколам. Fischertechnik, Лего и другие закрытые продукты создает искусственные препятствия для подключения через эти разъемы и протоколы. Продукты по-проще, например, Raspberry, хотя и не являются опенсорсными, но все стандарты поддерживают. Вообще по нашему опыту в данном случае опенсорсность железа не имеет столь большого значения: все разъемы стандартны, среды разработки тоже стандартны и, как правило, опенсорсны, и железная прокладка между ними существенной роли не играет, переход на другую железку никаких проблем не вызовет. Здесь еще можно по-рассуждать о нашей миссии по развитию опенсорсного железа, но для краткости опустим это, к теме не очень относится.

Низкая цена.
Быстрый старт: воткнул USB-провод, открыл среду разработки, загрузил пример, поехали. С Raspberry придется еще помучиться: образ на карточку загрузить, подключиться, настроить автозапуск скриптов и т.д.
Большее удобство подключение периферии (например, на плате уже есть аналоговые входы, к Raspberry АЦП подключить сложно), большое количество разнообразных шилдов.
Низкое энергопотребление.

По сравнению со своими аналогами Raspberry является самой распространенной и дешевой, по характеристикам последняя ее версия аналогам ничем особо не уступает, поэтому мы работаем с ней.

Среди ардуин мы выбрали Uno, поскольку, опять же, самая распространенная и дешевая (в Китае стоит порядка 30 юаней или ~ 300 рублей). Характеристики у нее не самые, но нам вроде хватает.

Конструкторы

Из других конструкторов наиболее популярен Huna (кстати, вроде бы отчасти российская разработка):

Трик предлагает неплохой конструктор, но, опять же, уж очень дорогой.

Общий принцип у всех конструкторов примерно один и тот же: плоские детали и уголки соединяемые винтами, по сути старый советский железный конструктор. При этом у каждого свои особенности: в Мультипло основные детали вырезаны из трехмиллиметрового пластика + маленькие алюминиевые уголки + пластиковые заклепки; в Huna плоский металл дополняется объемными пластиковыми деталями, похожими на Лего; Трик просто очень массивен.

Заключение

Наш выбор — ардуино + Raspberry + Multiplo. Цена самая низкая, простор для творчества самый большой. В то же время от преподавателя требуется очень высокая квалификация.
Вообще мы работаем с детьми с третьего класса, но это скорей исключение, все-таки до седьмого класса нужно что-то другое, типа Лего или Fischertechnik.

Несмешной и баянистый анекдот, но нельзя просто так взять и начать эту публикацию не с него – он в лучшем виде отображает суть того, о чём пойдёт речь далее. Впрочем, из заголовка вы и так поняли, о чём речь.

Осторожно! Публикация может вызвать непреодолимое желание завести сына.

Урок истории

Компания LEGO (название произошло от датской фразы «leg godt», «Играй с удовольствием») не нуждается в представлении – она была основана в далёком 1932 году, хотя первые знакомые всем пластиковые кубики появились значительно позже, в 1947. Примечательно, что кубики LEGO, выпускаемые в те годы, полностью совместимы с теми, что выпускаются сейчас.

История создания компании, выпущенная компанией Pixar к 80-летнему юбилею LEGO:

Сейчас компания производит около 20 миллиардов деталек в год, то есть более 630 штук в секунду. В текущем модельном ряду более 600 различных конструкторов и так уж получилось, что серия Mindstorms является своего рода вершиной технической мысли, самым-самым навороченным конструктором. Если вкратце, то она позволяет делать вполне себе полноценных роботов.

Как гласит википедия, серия LEGO Mindstorms была впервые представлена в 1998 году. Через 8 лет (в 2006) на свет появился набор LEGO Mindstorms NXT 1.0, а уже в 2009 — набор LEGO Mindstorms NXT 2.0. Сегодня речь пойдёт о LEGO Mindstorms EV3 – последнем (третьем) поколении ~~терминатора~~ конструктора, который был представлен почти год назад, 4 января 2013 года (в продаже появился только спустя полгода).

Отличия EV3 от NXT 2.0

В принципе, главная идея осталась прежней – серия предназначена для сборки программируемых роботов. Поэтому первым встаёт вопрос, а что же поменялось с момента выхода предыдущего конструктора и стоит ли покупать новый? Основное отличие заключается в обновленных датчиках/моторах и, самое главное, в интеллектуальном блоке EV3 (EV означает EVolution):

EV3	NXT
Дисплей	Монохромный LCD, 178x128	Монохромный LCD, 100x64
Процессор	300 МГц Texas Instruments Sitara AM1808 (ARM9)	48 МГц Atmel AT91SAM7S256 (ARM7TDMI)
Память	64 Мб RAM 16 Мб Flash Слот microSDHC (до 32 Гб)	64 Кб RAM 256 Кб Flash
USB-хост	Есть	Нет
Wi-Fi	Опционально, через USB-донгл	Нет
Bluetooth	Есть	Есть
Поддержка Apple-устройств	Есть	Нет

Как видите, разница довольно существенна – было бы странным, если бы за 4 года поменяли только разрешение экрана и набор наклеек.

Ещё одно отличие заключается в том, что серия NXT продавалась в нескольких версиях (в разные годы) и представляла собой разные наборы, базовые и ресурсные. У нового EV3 с этим попроще – пока он продаётся в основном варианте – 31313 (601 деталь), из которого можно наделать кучу всего. Но при желании можно докупить базовый набор 45544 (541 деталь) с дополнительными сенсорами и детальками (использовать детали от обычных конструкторов также никто не мешает). Кстати, обратите внимание на пятизначные артикулы – на такую нумерацию компания перешла в 2013 году.

Что касается совместимости, то тут было проделано всё возможное. Все NXT-сенсоры и моторы совместимы с EV3 и распознаются как NXT. EV3-сенсоры не работают с NXT, но EV3-моторы вроде как совместимы. NXT-кирпичик может быть запрограммирован софтом от EV3, но некоторые функции могут быть недоступны, а вот запрограммировать EV3-кирпичик NXT-софтом без сторонних решений не получится.

Внутри коробки

Ещё когда я сам был маленький и ездил с родителями в центральный Детский Мир (когда он ещё был), на Лубянку – уже тогда я не мог оторвать глаз от коробок с LEGO. Тогда не было ни Гиктаймс, ни даже Хабра, но с тех пор коробки остались всё такими же яркими и сочными, даже во взрослом возрасте активируют процесс слюновыделения ) В этом плане другим производителям есть чему поучиться.

Часть коробки, на самом деле, представляет собой (если её разрезать) трассу с различными цветовыми зонами, которую можно использовать для роботов с сенсорами цвета.

Все детальки аккуратно разложены по пакетикам, в комплекте – инструкция и набор наклеек. Давайте вкратце пройдёмся по тому, что положили в комплект.

Сам EV3, он же интеллектуальный блок, он же сердце системы, он же «кирпичик» или «кубик». Служит центром управления и энергетической станцией для вашего робота и имеет следующие функциональные элементы:

– Многофункциональный монохромный дисплей с разрешением 178х128
– Шестикнопочный интерфейс управления с функцией изменения подсветки (3 цвета) для индикации режима работы
– 4 порта ввода (1, 2, 3, 4) для подключения датчиков
– 4 порта вывода (A, B, C, D) для выполнения команд
– 1 разъём miniUSB для подключения EV3 к компьютеру
– 1 порт USB–хост (для соединения нескольких EV3 в одну цепь, например)
– 1 слот для карт памяти формата microSD (до 32Гб) – для увеличения объёма доступной памяти EV3
– Встроенный динамик

Кубик EV3 также поддерживает Bluetooth, WiFi (через USB-адаптер NETGEAR WNA1100 Wireless-N 150), для связи с компьютерами имеет программный интерфейс, позволяющий создавать программы и настраивать регистрации данных непосредственно на микрокомпьютере EV3.

» Большой EV3-сервомотор (2 штуки). Cоздан для работы с микрокомпьютером EV3 и имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса. Используя этот датчик, мотор может соединяться другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью. Кроме того, датчик вращения может использоваться и при проведении различных экспериментов для точного считывания данных о расстоянии и скорости.

– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 град
– Максимальные обороты до 160-170 об/мин
– Максимальный крутящий момент в 40 Нсм
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Средний EV3-сервомотор. Идеален для задач, когда скорость и быстрота отклика, а также размер робота важнее его грузоподъёмности.

– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса
– Максимальные обороты до 240-250 об/мин
– Максимальный крутящий момент в 12 Нсм
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Датчик цвета (EV3). Способен определить 8 различных цветов, хотя также может использоваться как датчик освещённости.

– Измеряет отраженный красный свет и внешнее рассеянное освещение, от полной темноты до яркого солнечного света
– Фиксирует и определяет 8 цветов
– Частота опроса до 1 кГц
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Датчик касания (EV3). Позволяет роботу реагировать на касания, распознает три ситуации: прикосновение, щелчок и освобождение. Также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных.

» Цифровой ИК-датчик (EV3). Для определения приближения робота. Также способен улавливать ИК-сигналы от ИК-маяка, позволяя создавать дистанционно управляемых роботов, навигационные системы для преодоления препятствий.

– Измерения приближения/удаления в радиусе 50-70 см
– Радиус улавливания ИК-сигналов до 2 метров
– До 4 индивидуальных каналов приёма сигнала
– Получение удаленных ИК-команд управления
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Удалённый инфракрасный маяк. Разработан для использования с ИК-датчиком EV3. Маяк излучает ИК-сигнал, улавливаемый датчиком – может использоваться в качестве пульта дистанционного управления микрокомпьютера EV3, передавая сигналы на ИК-датчик.

– До 4 индивидуальных каналов передачи сигнала (переключатель прямо на корпусе)
– Имеет кнопку и тумблер для включения/выключения
– При работе ИК-маяка горит зелёный светодиод
– Автоматическое отключение при простое более 1 часа
– Радиус действия до 2 метров

В отдельном пакетике смотаны провода для подключения датчиков и моторов к кубику, а также USB-шнур для подключения кубика к компьютеру.

Стоит отметить два важных момента. Во-первых, существуют другие датчики Lego, такие как:

» Гироскопический датчик (EV3). Цифровой гироскопический датчик EV3 позволяет измерять движение вращения робота, а также улавливать изменения в его движении и положении. Режим измерения углов с точностью до ± 3 градуса; встроенный гироскоп улавливает вращения с моментом до 440 град/с; частота опроса до 1 кГц.

» Ультразвуковой датчик (EV3). Генерирует звуковые волны и фиксируюет их отражения от объектов, тем самым измеряя расстояние до объектов. Также может использоваться в режиме сонара, испуская одиночные волны. Может улавливать звуковые волны, которые будут являться триггерами для запуска программ. Измеряет расстояния в пределах от 1 до 250 см, а точность измерений составляет ± 1 см.

А во-вторых, поддерживаются сенсоры и прочие аксессуары от сторонних производителей, таких как HiTechnic и Mindsensors – они предлагают всевозможные джойстики, инфракрасные датчики расстояний, магнитные датчики, компасы, гироскопы, акселерометры, таймеры, мультиплексоры, шаровые опоры, и т.д. Так что, если задаться вопросом, можно найти много всего интересного.

В общем, как вы уже поняли, LEGO – это для реальных пацанов!

Первая модель

В комплекте с конструктором идёт бумажная инструкция, по которой можно собрать одну-единственную модель – некое подобие гусеничной самоходной машины.

Сначала я удивился, ведь даже в самых простых наборах (серии типа LEGO Creator) всегда идёт несколько инструкций, а тут вдруг бумаги пожалели или места в коробке не нашли. Оказалось… что только на официальном сайте из набора деталей предлагается собрать 17 разных роботов! Поэтому 17 инструкций в коробке были бы действительно лишними (и для логистики, и для лесов природы). Вот названия роботов: EV3RSTORM, GRIPP3R, R3PTAR, SPIK3R, and TRACK3R. ROBODOZ3R, BANNER PRINT3R, EV3MEG, BOBB3, MR-B3AM, RAC3 TRUCK, KRAZ3, EV3D4, EL3CTRIC GUITAR, DINOR3X, WACK3M, и EV3GAME – инструкции для них придётся качать из инета, равно как и софт для подключения EV3 к компьютеру.

Инструкция наиподробнейшая, накосячить сложно. Сын сказал , что детали в пакетиках расфасованы не очень удачно – на первой же странице может потребоваться вскрыть 3 разных пакета, но это тоже мелочи.

Кубик EV3 необходимо запитать, для чего можно использовать аккумулятор (нет в комплекте) или 6 пальчиковых батареек. Забегая вперёд – ещё 2 батарейки (но уже мизинчиковых) понадобятся для питания ИК-маяка (он же пульт ДУ).

Первую модель ребёнок (7 лет) собрал примерно минут за 30.

Процесс оказался не таким увлекательным, как, например, сборка моделей LEGO Technics – в инструкции предлагается собрать далеко не самого интересного робота: в нём лишь крупные детали, среди которых были практически все датчики и двигатели – видимо, чтобы продемонстрировать работу каждого из них.

Но вот результат превзошёл все детские ожидания – впервые он собрал модель, которая могла двигаться сама: вперёд-назад, поворот, разворот на месте, крутила щупальцами…

Запуск осуществляется с кубика EV3, для чего следует нажать пару кнопок на лицевой панели. Некоторые действия можно запрограммировать прямо на кубике: выбрать количество итераций, настроить подачу звукового сигнала и так далее – в одной статье всего не рассказать, курите мануалы.

Программировать через компьютер собранную выше модель не пришлось. Тем не менее, возможность такая есть, при этом на разных уровнях хардкорности.

Ребёнку проще всего будет начать с предлагаемого производителем софта, который есть как под Windows, так и под OS X. Во втором случае дистрибутив весит 666 Мб, а установленное приложение займёт гигабайт. Оно называется LEGO Mindstorms EV3 Home Edition и разработано совместно с небезызвестной компанией LabView. На сайте LEGO довольно много обучающих программированию материалов.

Сразу после запуска перед нами возникает интерактивный «гараж» из роботов, которых можно собрать из набора:

Выбираем понравившегося и начинаем собирать: перед нами появится интерактивная инструкция по сборке, видеоролики, а также подборка различных миссий, которые можно выполнить с собранным роботом. Вот почему дистрибутив весил так много.

Не вижу смысла описывать всё в деталях: вы быстрее скачаете приложение сами и увидите, что там есть и на каком уровне. Разве что упомяну один из недостатков, который мне больше всего запомнился: не самый дружелюбный (особенно для детей) интерфейс – от приложения попахивает каким–то банк-клиентом.

Нельзя ещё раз не отметить, что кубиком EV3 можно управлять со смартфона на операционных системах Android или iOS, для чего есть отдельные приложения.

Если всего этого оказалось мало, можете повысить градус хардкора. Для кубика EV3 существуют различные прошивки, которые позволяют расширить его возможности, скорость работы и т.д. Вот, например, альтернативная прошивка leJOS EV3 – прошивка с jvm, позволяющая программировать EV3 на языке Java. Хотите на другом языке? Окей, гугл – в вашем распоряжении почти 60 вариантов на выбор: ASM/C/C++/Perl/Python/Ruby/VB/Haskell/Lisp/Matlab/LabVIEW и многое-многое другое.

Более подробно об этом я рассказывать не буду по нескольким причинам: во-первых, программист из меня полный false (все надежды на сына), во-вторых, пока мы успели собрать только одну модель (и на выходных возьмёмся за вторую), а в-третьих – вы уже и так оформили заказ на этот конструктор и скоро сами всё узнаете ;) Ну а если серьёзно, то статья и так уже огромная – вот лучше две ссылочки изучите: раз и два.

Ну и ещё большой плюс – это LEGO-сообщества, которых полно по всему миру. Можете быть уверены, что на любом из этапов экспериментов с роботами вы всегда сможете найти единомышленников и тех, кто сможет помочь с решением проблемы. Помимо дружелюбных сообществ, на просторах сети выложено огромное множество различных инструкций, моделей, исходников, видеороликов и обучающих материалов. Всё это означает одно: с Mindstorms вы не соскучитесь.

Конструирование как хобби достаточно широко распространено в нашей стране. Им увлекаются и взрослые, и дети, с интересом создавая из купленных наборов самые разнообразные вещи: начиная от архитектурных шедевров, сцен из мультфильмов и блокбастеров, автомобилей, самолётов и заканчивая магазинами «Перекрёсток» и Звёздами Смерти…

На рынке сегодня присутствует множество видов конструкторов. Деревянные (экологичные!), железные, пластмассовые… Все они в той или иной степени интересны, увлекательны и полезны как для детей и подростков, так и для взрослых.

Но, как нам кажется, в наибольшей степени привлечь внимание могут конструкторы, позволяющие создать робота – аппарат, устройство или машину, способную самостоятельно выполнять различные действия под управлением процессора и программного кода.

Наши эксперты отобрали четыре варианта подобных конструкторов.

Отметим, что мы старались обращать внимание на оригинальные и полноценные конструкторы, которые комплектуются как электронными компонентами, так и строительными элементами. Также мы отбирали именно конструкторы – то есть, наборы, с помощью которых можно собрать не один конкретный вариант, а несколько различных роботов.

LEGO Mindstorms

LEGO Mindstorms, наверное, самый известный широкой аудитории конструктор для создания роботизированных конструкций. В настоящее время на рынке присутствует его третье (не считая NXT 2.0) поколение, а первый LEGO Mindstorms был выпущен в 1998 году.

За это время конструктор развивался, регулярно получая обновление центрального блока в соответствии с требованиями времени. При этом, сохранялась программная обратная совместимость блоков, прочие электронные компоненты конструктора также были обратно совместимы из поколение в поколение. К настоящему времени LEGO Mindstorms имеет огромную базу конкретных наработок и множество реализованных проектов роботизированных устройств.

Ещё одно важное достоинство LEGO Mindstorms – это полная совместимость к другими наборами LEGO. Из обилия их элементов на его базе можно создать устройство любой сложности, размера и функциональности. При этом необходимые «строительные материалы» для проекта всегда легкодоступны в любых количествах.

На рынок LEGO Mindstorms третьего поколения поступил в двух вариантах: EV3 Home (артикул 31313) и Education EV3 Core Set (артикул 45544). В основе обоих лежит новый центральный программируемый блок EV3. Он включает в свою конструкцию процессор TI Sitara AM1808 с архитектурой ARM9 частотой 300 мегагерц, монохромный дисплей с разрешением 178 на 128 точек, порт USB, 64 мегабайта ОЗУ, 16 мегабайт рабочего пространства, слот для карт памяти microSD ёмкостью до 32 гигабайт и модуль Bluetooth. К порту USB можно подключать модули Wi-Fi, а с карт памяти microSD загружать альтернативные программные среды.

Для управления внешними модулями EV3 оборудован 8 портами: 4 вводных для подключения сенсоров и 4 вывода для сервомоторов. Порт USB позволяет синхронизировать несколько (до 4) блоков EV3 через архитектуру master-slave.

Помимо блока EV3 в наборе EV3 Home находятся 3 мотора (2 большей мощности и 1 – меньшей), 1 сенсор касания, 1 цветоопределяющий сенсор, 1 инфракрасный сенсор, дистанционный пульт управления, кабель USB и элементы LEGO из стандартного конструктора линейки Technic в количестве 585 штук.

В наборе Education EV3 Core Set можно найти дополнительный сенсор касания, один гироскопический сенсор, ультразвуковой сенсор, дополнительные провода и аккумулятор. При этом строительных элементов тут чуть меньше – 547 штук.

Базовое программирование блока EV3 можно производить с помощью разработанного компанией National Instruments пакета MyBlocks с графическим интерфейсом и блочной визуализацией алгоритмов.

Более сложные программы для роботов LEGO, собранных на основе конструкторов Mindstorms, можно писать с помощью платного пакета RobotC, среды LabView. Также блок EV3 позволяет устанавливать с карты microSD java-машину lejOS и выполнять программы на Java.

В целом, инструментарий для программирования роботов LEGO Mindstorms крайне широк и, как было уже сказано, отработан на протяжении десятилетий существования конструктора на рынке.

Для тех, кто по принципиальным соображениям не приемлет конструкторы с LEGO-подобным механизмом сборки и ратует за импортозамещение, наверняка будет интересен набор марки «Трик». Он разработан в Санкт-Петербурге в 2014 году и использует механику Meccano (элементы с дырочками под винт М4 с шириной шага 10 миллиметров). Таким образом, он совместим со старыми советскими металлическими конструкторами, их современными аналогами и деталями, напечатанными на 3D-принтере (из модели можно найти на сайте производителя).

Конструктор «Трик» отличается очень серьёзными характеристиками центрального программируемого блока. Его сердцем стали два процессора: центральный TI OMAP-L138 C6-Integra на архитектуре ARM9 с частотой 375 мегагерц и периферийный TI MSP430F5510 с частотой 24 мегагерца. Процессоры дополнены 256 мегабайтами ОЗУ, 16 мегабайтами рабочей памяти и слотом для карт памяти microSD.

Помимо этого слота на корпусе блока мы находим порт USB, 2 интерфейса UART, 2 интерфейса I2C, аудиовход и аудиовыход, 4 порта для подключения двигателей, 19 портов для подключения периферийных модулей и 2 порта BT.656 для подключения видеоматриц VGA. Также на корпусе расположен цветной дисплей с диагональю 2,4 дюйма и разрешением 320 на 240 точек, а внутри – модули Bluetooth и Wi-Fi, динамик на 1 ватт, гироскоп, сенсор ускорения…

Сегодня на рынке представлено пять различных наборов конструктора «Трик»: «Стартовый», «Малый образовательный», «Образовательный», «Учебная пара» и «Олимпиада НТИ». Стоимость их колеблется от 41 до 122 тысяч рублей – в зависимости от количества программируемых блоков, периферийных модулей и элементов конструкции в комплекте. Также по предзаказу доступен набор «Лаборатория».

«Из коробки» программирование роботов, собранных из конструктора «Трик», проходит в среде пакета TRIK Studio – он бесплатно доступен для скачивания на сайте разработчиков. Там же можно найти учебную литературу по нему. Также роботами «Трик» можно управлять с помощью мобильного приложения TRIK Gamepad или настоящего TRIK Gamepad, который продаётся отдельно.

Более глубокое программирования центрального блока «Трик» доступно на JavaScript, Python и Pascal. Наконец, прошивка центрального блока открывает для пользователя возможности программирования на иных языках.

Tinkerbots

Если LEGO Mindstorms и «Трик» рассчитаны на уже достаточно взрослую аудиторию (как минимум – на старших школьников), то конструктор Tinkerbots можно советовать и достаточно юным любителям кибернетических устройств.

Tinkerbots относительно новый конструктор, его с 2015 года производит немецкая компания Kinematics GmbH. В основе конструктора – идея сборки моделей из кубиков-модулей, каждый из которых имеет свою функциональность.

Базовый элемент Tinkerbots – красный кубик Powerbrain с микроконтроллером. В нём находится аккумулятор, платформа Arduino, модуль Bluetooth, динамик и гироскоп. Вовне корпуса выведен порт USB, панель управления с сенсорными кнопками и контактные площадки для подключения к блоку функциональных модулей.

Их обилие для «детского» конструктора впечатляет: тут есть моторы с вращением, сервоприводы, работающие на изгиб, моторы-качели, толкатели и так далее. Сенсоры представлены датчиком инфракрасного излучения и датчиком освещения. Есть панель с солнечной батареей и трёхпалый захват. Добавкой ко всему вышеперечисленному служат строительные кубики и площадки-переходники на сцепление со стандартными элементами LEGO.

На сейте производителя Tinkerbots можно купить стартовый My First Robot и шесть наборов из линеек Robotics или Arduino Specials – по три в каждой. Они отличаются количеством и качеством представленных элементов. На сайте есть отдельная страница, где можно узнать и сравнить наполнение каждого варианта конструктора, что очень удобно.

В России конструкторы Tinkerbots можно найти на разных торговых площадках по цене от 13 тысяч (My First Robot) до 50 тысяч рублей (Sensoric Mega Set).

Управлять и программировать роботов, собранных из конструкторов Tinkerbots можно несколькими способами. Самый простой – через приложение для смартфонов и планшетов. Оно превращает мобильный гаджет в пульт управления, который через канал Bluetooth передаёт команды центральному блоку.

Также можно запрограммировать робота с помощью макроса-движения. Для этого на центральном блоке нажимается кнопка «записи» и пользователь вручную воспроизводит на конструкции нужные движения. После этого запись останавливается. Теперь робот способен бесконечно повторять «заученное» после прикосновения к кнопке запуска.

Наконец, для Tinkerbots доступно программирования в средах, поддерживаемых контроллером Arduino – для этого центральный блок нужно подключить через порт USB к компьютеру.

Makeblock

Поклонники серьёзной работы с микроконтроллерами Arduino и Raspberry Pi наверняка заинтересуются китайским конструктором Makeblock. В 2011 году его разработал инженер Джасен Венг, руководствуясь принципами открытости программного кода, надёжности конструкции робота и универсальности сборки.

В результате получился продукт, сочетающий слегка подправленные дизайном микроконтроллеры Arduino и Raspberry Pi со строительными элементами из анодированного алюминия. Сборка в Makeblock осуществляется с помощью винтов и гаек, однако конструктор не совместим со стандартами Meccano – перфорация в элементах конструкции идёт с шагом 8 миллиметров.

Основная линейка конструкторов Makeblock – mBot – включает три набора: mBot, mBot Ranger и Ultimate 2.0. Также в продаже по отдельности имеются все производимые модули (сенсоры, моторы, центральные блоки, динамики, световые элементы и т.д., а также наборы строительных конструкций.

На своём сайте производитель выложил несколько пакетов программирования с графическим интерфейсом. При этом стандартные среды программирования для платформ Arduino и Raspberry Pi также доступны пользователям Makeblock.

Стоимость конструкторов линейки Makeblock mBot варьируется от 10 до 30 тысяч рублей.

Конструкторы Makeblock отличаются высокой функциональностью и достаточно низкой стоимостью. Роботы, собранные из них, выглядят эстетично и солидно – сказывается металлическая основа, которая, по уверениям, разработчика способна выдерживать нагрузки до 70 килограмм.

Электронный конструктор — это развивающая и обучающая игра, которая знакомит детей с работой простых электроприборов, учит их читать электросхемы и самостоятельно собирать по ним настоящих роботов. ZOOM.CNews выбрал лучшие на сегодня электронные конструкторы, доступные на рынке.

Помимо увлекательного процесса сборки, ребенок сможет «оживить» свое творение — заставить робота двигаться, танцевать, говорить и т. д. Это возможно с помощью программирования игрушки — внесения в программу последовательности определенных действий. Роботом-конструктором можно управлять с помощью компьютера, планшета или смартфона. Есть также модели, программируемые при помощи кнопок на корпусе игрушки.

Конструкторы не только развивают логическое мышление и математические способности, но и пробуждают интерес к науке и технологиям, закрепляют школьные знания в области физики. Одна сплошная польза!

Xiaomi Mitu Mi Robot Builder Rover

Конструктор-робот Xiaomi Mitu Mi Robot Builder Rover программируется и управляется с помощью смартфона. Из тысячи деталей собираются четыре разные конструкции: робот, динозавр, самолет и мотоцикл. Часть инструкций по сборке находится в приложении Mi Robot Builder, доступном на Android и iOS.

Детали Xiaomi Mitu Mi Robot Builder Rover полностью совместимы с конструкторами LEGO

Xiaomi Mitu Mi Robot Builder Rover умеет передвигаться самостоятельно по заданной траектории или с помощью ручного управления, поворачивать в разные стороны и крутиться вокруг своей оси. Робота можно запрограммировать на целый ряд действий: например, прошагать пять секунд, остановиться на пять секунд, развернуться и воспроизвести музыку.

LEGO Education Mindstorms EV3

У конструктора LEGO Mindstorms EV3 две версии — Home (домашняя) и Education (образовательная). Набор Home больше подойдет детям 5-9 лет и для игровых целей; если же ребенок старше 10 лет или всерьез увлекается программированием, то стоит купить Education — у него больше датчиков. Например, ультразвуковой сенсор в старшей модели гораздо точнее определяет расстояние, чем инфракрасный, который используется в Home. Также в обучающей версии робота есть гироскоп, датчики прикосновения и цвета.

LEGO Education Mindstorms EV3 относят к серьезной робототехнике и используют для обучения детей программированию

Из 541 детали собирают роботов для самых разных задач. Робот Color Sorter самостоятельно сортирует детали по цветам (с помощью датчика цвета), робот-сигвей ездит и балансирует на месте, робо-рука перемещает предметы, как настоящий строительный кран. Есть даже робот-собачка, которая умеет «есть», «спать», «гавкать» и реагировать на ласку.

Игрушка программируется и управляется с помощью компьютера, смартфона или планшета. Возможности LEGO Education Mindstorms EV3 можно расширить, купив дополнительный «Ресурсный набор».

LEGO Boost 17101

Робототехнический конструктор LEGO Boost создан для обучения детей основам механики и программирования. В нем более 800 деталей, из которых можно собрать красивые и интересные модели (робота, кота, гитару, различный транспорт).

LEGO Boost рекомендован для детей старше 7 лет

Процесс оживления собранных моделей реализован отлично — задания с роботами нужно проходить в приложении последовательно. Это помогает ребенку не просто бездумно повторять за инструкцией, а понять взаимосвязь программирования и действий игрушки. К тому же приложение красиво оформлено и озвучено, а также выдает виртуальные награды за прохождение — то, что нужно для работы с детьми.

Но взаимодействовать с роботом можно только с помощью планшета, к смартфону и компьютеру он не подключается. При этом диагональ экрана должна быть не менее 8”, версия Bluetooth — не ниже 4.1.

Clementoni Mio the Robot

В отличие от LEGO Boost со множеством мелких элементов, Clementoni Mio the Robot собирается быстрее — деталей в нем гораздо меньше, и они довольно крупные (главное, внимательно подсоединить провода). В собранном виде он выглядит очень мило и чем-то напоминает мультяшного робота WALL-E.

Помимо движения по заданной траектории робот может искать металлические предметы с помощью металлоискателя с магнитом, который закрепляется в его руке. Например, можно разложить на полу монеты, а затем попробовать запрограммировать игрушку так, чтобы она собрала их по ходу движения.

Clementoni Mio the Robot программируется с помощью кнопок на «спине» игрушки

Еще одна возможность — это рисование. Здесь принцип тот же: в руке игрушки закрепляется карандаш, а робот двигается по заданной траектории, создавая на бумаге рисунок.

Знаток 70707 Магия голоса

«Знаток Магия голоса» — это электронный конструктор, с помощью которого собираются разные интересные схемы на плате. У игрушки довольно широкая функциональность: она умеет рассказывать сказки, записывать голос ребенка и затем проигрывать его, изображать звуки животных и природных явлений (дождь, гром), а еще повторять слова, как попугай.

«Знаток Магия голоса» рекомендуется детям старше 5 лет

Принципы, по которым работают схемы конструктора, применяются и в реальных устройствах. От них он отличается только тем, что при сборке не нужно ничего паять.

Игрушка реагирует на голосовые команды — можно попросить ее рассказать сказку, спеть песню, прочитать стих, включить/выключить свет.

Амперка AMP-S026 Робоняша

«Амперка Робоняша» — это робот на JavaScript, который научит ребенка основам конструирования, электроники и программирования.

К процессу сборки компания подошла творчески. Чтобы не дать заскучать юному инженеру, конструирование разбили на 12 проектов: от простых вроде сборки сенсорных выключателей до создания боевых ботов и марсоходов на дистанционном управлении. Таким образом, ребенок пошагово собирает все более сложных и умных роботов.

«Амперка Робоняша» рекомендована детям старше 12 лет

«Робоняша» умеет ездить по линии, объезжать препятствия, избегать падения с высоты, везде следовать за ребенком, толкать предметы перед собой. Все эксперименты подробно описаны и проиллюстрированы, в инструкции есть необходимая теория по написанию кода и готовые программы для робота.

Амперка AMP-S042 Робожук

«Амперка Робожук» — это электронный конструктор российского производителя для детей помладше: от 8 лет. Игрушка заинтересует ребенка электроникой, познакомит с ее базовыми принципами и компонентами, научит собирать электрические схемы.

Красочная инструкция разработана таким образом, чтобы у ребенка не осталось вопросов при сборке. Здесь есть подробные схемы, руководства и принципы работы компонентов для самых любознательных.

«Амперка Робожук» двигается и вращается с разной скоростью, светится и издает звуки

Как и в предыдущем конструкторе, процесс сборки разбили на увлекательные эксперименты — от запуска двигателя до дистанционного управления полноценно собранным роботом-жуком. На корпусе уже спаяны необходимые детали, остальные подписаны и расфасованы в коробке, так что ребенок легко разберется с ними самостоятельно. Кстати, производитель позаботился и положил деталей с запасом — если что-то потеряется, не страшно.

UBTECH Jimu Astrobot

Перед тем как конструировать UBTECH Jimu Astrobot, необходимо установить на смартфон фирменное приложение Jimu. С его помощью можно не только собирать роботов, но также программировать и управлять ими.

Для сборки доступны три разные модели: они отличаются как внешне, так и принципами передвижения. Большинство функциональных узлов этого конструктора состоит из сверхточных сервоприводов UBTECH, благодаря чему их можно программировать даже на изменения малейшего градуса наклона.

UBTECH Jimu Astrobot рекомендован для детей старше 8 лет

В приложении есть список действий, которые выполняет игрушка: двигается в разных направлениях, хлопает, боксирует, танцует, разговаривает, подмигивает и многое другое. Управляется робот с помощью джойстика на экране смартфона, также можно записать последовательность действий, чтобы гаджет их выполнил.

Makeblock Neuron Inventor Kit

Makeblock Neuron Inventor Kit — это конструктор для STEM-обучения, из которого в прямом смысле слова можно собрать все, что угодно. Модули выполнены таким образом, что юные инженеры без проблем сконструируют кота, динозавра, кролика, электрогитару, игрушечную бомбу с таймером, диджейский пульт, безумного робота и другое.

Строительные блоки крепятся с помощью магнитов — это наиболее устойчивый и удобный вариант. Они надежно держатся друг на друге и на металлических поверхностях. Соединительные элементы конструктора совместимы с LEGO.

Makeblock Neuron Inventor Kit программируется и управляется с помощью приложения на смартфоне

Для программирования действий не нужно прописывать код — набор собирается из цветных блоков на основе логических связей, с которыми справится даже дошкольник (хотя игрушка рекомендована детям старше 6 лет). В интуитивно понятном приложении Neuron есть видеоинструкции и учебные пособия: ребенок может использовать готовые программы, а может сам создавать их.

Fischertechnik Robotics 544624 TXT Умный дом

Fischertechnik Robotics Smart Home — это настоящая система умного дома, но только для детей. Из 220 деталей можно собрать 6 разных сенсорных станций с движущейся камерой (которая может делать снимки), мониторингом окружающей среды и датчиками для измерения температуры, давления, качества, влажности воздуха и т. д.

Fischertechnik Robotics Smart Home — это настоящий умный дом в детском варианте

Конструктор программируется и контролируется с помощью программы ROBO Pro и контроллера ROBOTICS TXT. Он подключается к сети Wi-Fi, так что камерой можно управлять на расстоянии. Кроме того, контроллер подключается к облачному серверу, на котором сохраняются данные датчиков. Таким образом, можно постоянно контролировать данные и управлять движением камеры из любой точки мира.

Читайте также: