Lego mindstorms ev3 симулятор

Обновлено: 03.05.2024

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 ™

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.

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.

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 .

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

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:

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

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

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

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.

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
- 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
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.

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)

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.

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.

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 ™

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.

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.

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 .

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

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:

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

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

Познакомьтесь с принципами программирования с использованием конструкторов EV3.

Мы рады помочь вам начать работу с конструкторами LEGO® MINDSTORMS® Education EV3. В рамках этого проекта мы расскажем вам, как подключить модуль EV3, поможем написать первую программу и научим управлять большим мотором, датчиком касания и датчиком цвета. Подготовка может занять до 45 минут.

Включите модуль EV3

Включите модуль EV3 нажатием центральной кнопки.

Подключение модуля EV3 к вашему устройству

Используйте USB-кабель для подключения модуля EV3 к устройству.

Создание и запуск первой программы

Запрограммируйте: напишите программу, описанную в этом руководстве.
- Перетащите блок ||brick:on button|| из раздела «Кнопки» в секцию инструментов ||brick:Brick|| .
- Перетащите блок экрана модуля ||brick:show mood|| внутрь блока ||brick:on button|| .
- Выберите настроение neutral (нейтральное).
- Перетащите музыкальный блок ||music:play sound effect|| под блок ||brick:show mood|| .
- Выберите звуковой эффект communication hello («Скажи привет»).
Загрузка. Нажмите на кнопку «Загрузить» и следуйте инструкциям на экране, чтобы загрузить свою программу в модуль EV3. Для запуска программы нажмите центральную кнопку на модуле EV3.

Получилось?

Отлично!

Run it Again

Use the Brick Buttons and navigate to the File Manager tab. Open the BrkProg_SAVE folder, select Try and click the center button to run it again.

Connect a Large Motor

Теперь вы будете учиться управлять большим мотором.

Подключите большой мотор к порту D вашего модуля EV3 с помощью подходящего соединительного кабеля.

Create and Run This Program

Запрограммируйте: напишите программу, описанную в этом руководстве.
- Создайте новую программу.
- Перетащите блок ||motors:run large A motor|| внутрь блока ||brick:on button|| .
- Измените значение large motor A на large motor D .
- Нажмите на значок (+).
- Установите значение количества оборотов мотора равное 1 .
Загрузка. Нажмите на кнопку «Загрузить» и следуйте инструкциям на экране, чтобы загрузить свою программу в модуль EV3. Для запуска программы нажмите центральную кнопку на модуле EV3.

Мотор вращается?

Убедитесь, что мотор выполнил один оборот с мощностью 50 и затем прекратил работу.

Загрузите и запустите программу столько раз, сколько потребуется для проверки этой функции. Вы также можете изменить значения мощности и количества вращений мотора.

Connect a Touch Sensor

Теперь мы будем управлять большим мотором с помощью датчика касания.

Подключите большой мотор к порту D и затем подключите датчик касания к порту 1 вашего модуля EV3.

Modify Your Program

Code it: Add code to the program for the Touch Sensor.
- Добавьте блок датчика ||sensors:pause until touch 1 pressed|| на блок ||motors:run large motor D|| .
Загрузка. Нажмите на кнопку «Загрузить» и следуйте инструкциям на экране, чтобы загрузить свою программу в модуль EV3. Для запуска программы нажмите центральную кнопку на модуле EV3.

Нажмите на датчик касания

Убедитесь, что большой мотор совершил один оборот ПОСЛЕ нажатия на датчик касания.

Загрузите и запустите программу столько раз, сколько потребуется для проверки этой функции. Вы также можете изменить значения для датчика касания и большого мотора.

Connect a Color Sensor

Теперь мы попытаемся управлять большим мотором с помощью другого датчика.

Подключите большой мотор к порту D и затем подключите датчик цвета к порту 4.

Code it: Modify Your Program to use the Color Sensor.
- Используйте ту же программу: просто замените блок ||sensors:pause until touch 1|| на блок цвета ||sensors:pause color sensor 3|| .
- Выберите цвет, который нужно определить (например, зелёный).
Загрузка. Нажмите на кнопку «Загрузить» и следуйте инструкциям на экране, чтобы загрузить свою программу в модуль EV3. Для запуска программы нажмите центральную кнопку на модуле EV3.

Распознавание цвета

Убедитесь, что большой мотор совершил один оборот ПОСЛЕ того, как датчик цвета обнаружил цветной кубик.

Загрузите и запустите программу столько раз, сколько потребуется для проверки этой функции. Вы также можете изменить значения для датчика цвета и большого мотора.

Перейдитена вкладку JavaScript и выберите цвет, который будет определять датчик цвета: Black (чёрный), Blue (синий), Green (зелёный), Yellow (жёлтый), Red (красный), White (белый) или Brown (коричневый). Пишите названия цветов с заглавной буквы.

Отлично!

Теперь вы знаете, как управлять некоторыми выходами и входами модуля EV3.

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.

Читайте также: