Lego mindstorms ev3 video

Обновлено: 14.05.2024

Robotic Shark by Kyle

LEGO® MINDSTORMS fan Kyle has created a supercool robotic shark creation that goes under the name of Timmyton! He made it using only one LEGO MINDSTORMS EV3 set (31313). Check out the interview from World Makerfaire in New York clip to hear him talk about the concept, how it evolved and how he programmed the robot to behave in the most funky ways.

Minecraft CREEP3R robot by Andy

LEGO® MINDSTORMS fan Andy has created a supercool CREEP3R robot! He made it from a combination of LEGO MINDSTORMS EV3 (31313), additional LEGO MINDSTORMS sensors and motors and lots of green LEGO TECHNIC! Check out this interview from World Makerfaire in New York to hear him talk about his AW3SOME creation!

Mindstorms® Inventors: Robot Waiter

<p>Have you ever wanted a robot waiter that could bring you anything you ask? Watch Iori and Sheon making their own LEGO MINDSTORMS® robot waiter. What would your robot waiter bring you?</p>

Aw3some Fan Creations!

Watch this compilation of awesome LEGO® MINDSTORMS® creations made by fans!

Meet EV3MEG and find out its special skill. Henrik and his robot friends will introduce you to the 4 LEGO® MINDSTORMS® Creatures and their secret talents!

KRAZ3 is able to tell you the color of the surface it drives over. It’s built from LEGO® MINDSTORMS®. In this fun video you can see how it was made!

Dare to do a dance-off?

Let’s dance! Look at these LEGO® MINDSTORMS® Robot Inventor Charlies dancing – they’ve got the moves! See if you can copy the dance and do your own robo dance-off. Do you think it’s difficult or easy to learn? Let us know in the comments below!

Up for an Easter challenge?

We have heard that Charlie is exceptionally good at sorting LEGO® eggs! Created by Dave Parker.

Dean Kamen Interview

Watch innovator Dean Kamen talk about the role LEGO MINDSTORMS can play in teaching kids about science and technology.

AWESOME LEGO® Robots

Kids and robots meet at the ultimate LEGO® event: LEGO World in Denmark!

Discover LEGO® MINDSTORMS EV3

Discover the 5 hero robots, TRACK3R, EV3RSTORM, GRIPP3R, SPIK3R and R3PTAR, and all the cool stuff they can do!

Mindstorms® Inventors: The Famous Robot Artist

To celebrate the launch of new LEGO MINDSTORMS® we have created some fun videos for you. Watch Iori and Sheon making their own LEGO MINDSTORMS® Robot Artist. What would your robot draw?

Enter a world of amazing, interactive robots and vehicles with LEGO® MINDSTORMS® Robot Inventor! Construct amazing models and code them with your phone or laptop to complete brain-teasing missions and fun activities. With so many LEGO pieces, you can also build your own inventions and share them with other robot fans on LEGO Life. Create your own robot and make up your own rules with Robot Inventor!

LEGO® MINDSTORMS® EV3

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.

LEGO Mindstorms Education EV3 - это конструкторский набор программируемой робототехники, который дает возможность создавать и управлять собственными роботами LEGO.

Этот набор, несомненно, вызовет интерес у учащихся, вдохновит их на совместное обсуждение реальных задач и поиск творческого решения, которые затем можно будет воплотить в жизнь, построив и протестировав робота, используя набор моторов, датчиков и строительных элементов LEGO. Использование конструктора при изучении информатики, физики, математики, технологии делает процесс обучения увлекательным, наглядным, повышает мотивацию к решению сложных задач.

Набор LEGO Mindstorms Education EV3 поставляется в удобной коробке, идеальной для хранения элементов и использования в классе. Программное обеспечение и зарядное устройство продаются отдельно.

Робототехническая платформа Lego Mindstorms EV3 была разработана, как и предыдущая модель конструктора LEGO Mindstorms NXT, для двух разных целевых аудиторий: для домашнего пользования (дети и энтузиасты-любители) - Lego Mindstorms Home Edition EV3 (31313) и в образовательных учреждениях (ученики и преподаватели) - LEGO Mindstorms Education EV3 (45544). LEGO разработала базовый набор для каждой группы, а также несколько дополнительных наборов. Однако не существует четкой границы между домашними пользователями и пользователями учебных заведений, можно прекрасно использовать Образовательную версию дома, и Домашнюю версию в школе. Подробно про сравнение наборов можно посмотреть – здесь.

Наборы LEGO Mindstorms Education EV3 обладают широчайшим учебным потенциалом и могут быть использованы на большинстве технических предметах для повышения эффективности учебного процесса и уровня мотивации обучающихся.

Информатика и программирование. Изучение ключевых принципов программирования, развитие алгоритмического мышления, создание и отладка сложных программ по управлению моделями.
Технология и проектирование. Исследование новейших технологических решений и технологий с помощью создания их аналогов в виде рабочих моделей роботов, изучение ключевых принципов проектирования, прототипирования и моделирования.
Физика. Подтверждение гипотез опытным путем, проведения опытов, всесторонний анализ полученных данных, включая анализ прогнозированных данных, изучение концептов механики, оптики, термодинамики, магнитных явлений, принципов радиосвязи.
Математика. Измерение времени, скорости, ускорения и расстояний, работа с переменными, случайными и пороговыми величинами, изучение геометрических, тригонометрических концепций.
Язык и грамотность. Развитие навыков описания процессов и технологий в повествовательной форме, их объяснения и интерпретирования, освоение навыка построения вербальных моделей различных систем и концепций.

Компоненты LEGO Mindstorms Education EV3

Сердцем набора является программируемый интеллектуальный микрокомпьютер EV3, контролирующий работу моторов и датчиков. Он также поддерживает беспроводные протоколы связи Wi-Fi и Bluetooth. Базовый набор EV3 включают в себя:

Микрокомпьютер EV3
Автоматически определяет и управляет датчиками и моторами.
Воспроизводит звуки и изображения, имеет встроенные светодиоды с возможностью управления.
Возможность программирования и регистрации данных непосредственно на микрокомпьютере EV3.
Встроенный Bluetooth контроллер.
Поддержка Wi-Fi.
Аккумуляторная батарея для микрокомпьютера EV3.

Большой серво мотор EV3, в наборе их два, предназначен для нового микрокомпьютера Mindstorms EV3. Встроенный датчик вращения производит измерения с точностью до одного градуса. С помощью этого датчика мотор можно присоединить к другим моторам, что позволит роботу передвигаться с постоянной скоростью. Помимо этого, датчик вращения можно использовать и во время проведения разных экспериментов с целью точного считывания данных о скорости и расстоянии.

Средний серво мотор для роботов LEGO Mindstorms EV3 лучше всего подходит для выполнения задач, при которых размер робота, быстрота отклика и его скорость важнее грузоподъемности. Точность измерения встроенным датчиком мотора составляет один градус. Идентификация устройств программным обеспечением EV3 происходит автоматически.

С помощью цифрового ультразвукового датчика EV3, который генерирует звуковые волны и фиксирует их отражение от объектов, можно измерять расстояние до объектов. Более того, испуская одиночные волны, его можно использовать в режиме сонара для определения наличия объектов. Также датчик улавливает звуковые волны, выступающие в качестве триггеров для запуска программ. Например, можно использовать датчик с целью построения системы мониторинга трафика, а также измерения расстояния между автомобилями.

Цифровой датчик цвета микрокомпьютера LEGO Mindstorms EV3 может определить восемь разных цветов. Кроме того, его можно использовать в качестве датчика освещенности. Используя такой датчик, пользователь получает возможность построить роботов-сортировщиков, которые в процессе сортировки используют цветовые индикаторы. Экспериментируя со световым отражением разных цветов, вы можете возыметь глубокое понимание технологии, которая широко используется в процессе переработки отходов, а также производстве упаковок в сельском хозяйстве.

С помощью гироскопического цифрового датчика LEGO Mindstorms EV3 можно измерять движение вращения робота и улавливать малейшие изменения в его положении и движении. Этот датчик позволяет легко измерять углы (точность режима измерения углов +/- 3 градуса), создать балансирующего робота, а также исследовать технологии, используемые, как в игровых контроллерах, так и в настоящих навигационных системах.

Аналоговый датчик касаний для LEGO Mindstorms EV3 является простым, но в то же время высокоточным инструментом, определяющим, нажата его кнопка или нет. Кроме того, он может определять количество как одиночных, так и множественных нажатий. Ученикам он пригодится для построения систем контроля запуска/остановки либо для создания роботов, которые способны выбраться из лабиринта. Все это позволяет глубоко понять технологии, используемые в кухонных устройствах, компьютерных клавиатурах и в цифровых музыкальных инструментах.

Кроме того, Базовый набор LEGO Mindstorms Education EV3 также включает 2 пластиковых лотка для хранения и сортировки деталей, и 541 тщательно подобранных элементов LEGO Technic.

Интерфейс микрокомпьютера EV3

Микрокомпьютер EV3 – это сердце роботов LEGO Mindstorms Education EV3. Используйте дисплей и 6 кнопок, расположенных на лицевой стороне микрокомпьютера, чтобы перемещаться по четырем основным экранам интерфейса системы, которые предоставят вам доступ к разнообразию функций микрокомпьютера EV3. Это может быть и простой запуск программ из памяти, так и возможность создания программы с помощью интерфейса микрокомпьютера.

Запуск программ. Запускайте недавно загруженные с настольного ПК программы.

Менеджер файлов. Доступ и управление всеми файлами, хранящимися в памяти микрокомпьютера, а также на карте памяти.

Приложения микрокомпьютера. Пять предустановленных приложений: менеджер портов, управление моторами, ИК интерфейс, программирование с помощью интерфейса микрокомпьютера и программа по регистрации данных.

Настройки. Настраивайте основные функции микрокомпьютера EV3.

LEGO Mindstoms Education EV3 создан для применения при работе в классе:

Прочная пластиковая коробка обеспечивает надежное хранение деталей наборов EV3.
Сортировочный лоток поможет оптимизировать процесс конструирования и обеспечить правильный порядок хранения деталей.
Перезаряжаемая аккумуляторная батарея обеспечивает продолжительную автономную работу, снимая необходимость постоянно тратить бюджет на покупку одноразовых батареек.
С помощью некоторых новых элементов, например нового колеса-шарнира, удалось значительно сократить время, затрачиваемое на сборку базовых моделей (по сравнению с предыдущей версией конструктора).

Конструировать роботов - это увлекательное занятие, однако главное в робототехнике - «вдохнуть в них жизнь», заставить их двигаться и выполнять задачи.Вы обнаружите, что программное обеспечение LEGO Mindstoms Education EV3 - это:

Наглядное и интуитивно понятное введение в программирование.
Полезный комплексный инструмент журналирования данных.
Электронная тетрадь, в которой содержатся инструкции и регистрируются полученные результаты.
Естественная возможность вдохновить и проявить интерес в областях науки, техники, конструирования и математики.

В процессе установки программного обеспечения выбирается необходимая версия – для учителя или для ученика. В версии для учителя содержится дополнительная информация и ресурсы, которые могут быть полезны на уроке и в других ситуациях обучения. Также вы будете иметь расширенные возможности редактора контента для доступа, создания и управления контентом, используемым для обучения, например возможность, делать программы недоступными для учащихся.

Программное обеспечение LEGO Mindstoms Education EV3 основано на LabVIEW, графическом языке программирования, которым пользуются ученые и инженеры по всему миру. Оно оптимизировано для работы на уроках и учитывает все последние тенденции в создании интуитивно понятных интерфейсов пользователя. Программное обеспечение обеспечивает интуитивное визуальное программирование с помощью графических программных блоков, позволяет создавать. В помощь учителю программное обеспечение содержит полное руководство пользователя и другие дополнительные материалы.

Программное обеспечение EV3 можно использовать, как мощный инструмент для научных исследований. Ученики могут использовать его для создания прогнозов, сбора, анализа и управления данными во время проведения экспериментов.

В программное обеспечение встроен редактор контента педагога, который даёт возможность редактировать весь, предоставляемый в рамках ПО EV3, контент адаптируя его под свои цели и задачи разрабатываемых учебных курсов. Также можно создавать и добавлять свои собственные учебные материалы.

В версию ПО для учеников встроены электронные тетради в которых, учащиеся смогут фиксировать свои успехи с помощью добавления текстовых комментариев, изображений, звуковых файлов и видео контента, они превращают простое задание в творческую проектную работу. Электронные тетради дают множество возможностей для создания потрясающих отчетов о созданных проектах, документов и презентаций существующих работ. Благодаря электронным тетрадям каждый ученик сможет легко создать свое портфолио для демонстрации коллегам, преподавателям или родителям. Электронные тетради также позволяют упростить процесс проверки выполнения и оценки работ учеников.

Используя конструкторы LEGO Mindstoms Education EV3, ученики получат возможность мыслить, как настоящие ученые и инженеры. Создав команду из подготовленных учеников, можно принимать участие в различных соревнованиях по робототехнике, в том числе и в самых крупных во «Всемирной Олимпиаде роботов» WRO или в лиге FIRST LEGO League.

Ресурсный набор LEGO Mindstorms Education EV3 (45560)

Это набор содержит множество дополнительных элементов и является идеальным дополнением для Базового набора Lego Mindstorms Education EV3. В него входят более 800 деталей, которых нет в Базовом наборе, в том числе специальных элементов, например, шестерни, большие поворотные элементы, элементы для персонализации роботов и другие уникальные строительные элементы. Набор поставляется в большой и удобной пластиковой коробке. Ресурсный набор позволит вам построить более сложных и функциональных роботов.

Дополнительный набор «Космические проекты» LEGO Mindstoms Education EV3 (45570)

«Космические проекты» - это более 30 академических часов занятий, основное тематическое и три тренировочных поля, а также все необходимые кубики и детали LEGO для сборки требуемых для выполнения миссий и проектов моделей. Комплект заданий «Космические проекты» (2005574) продаётся отдельно

Этот набор создан специально для увлекательного и легкого ознакомления учеников с робототехникой, физикой, информатикой, программированием, математикой и, конечно же, технологией. Ученики будут работать по одной из самых актуальных тем нашего времени – путешествие и жизнь на Марсе.

С помощью Дополнительного набора «Космические проекты» EV3, а также Комплекта заданий к нему, ученики превратятся в настоящих ученых и инженеров, выполняя миссии и проекты, которые помогут им усовершенствовать свои навыки критического мышления, поиска альтернативных методов решения открытых задач, социально-коммуникативные навыки. Кроме того, вы сможете предложить им поработать над ключевыми проблемами, стоящими перед современной космонавтикой, выполняя специальные миссии, разработанные специалистами NASA и Роскосмоса.

Комплект заданий «Инженерные проекты» LEGO Mindstoms Education EV3 (2005544)

Созданный специально для EV3 Комплект заданий «Инженерные проекты» - это 30-часовой пакет учебных материалов, включающий в себя задания для работы в классе по решению проблем с открытым решением, которые делают изучения естествознания, технологии, конструирования и математики невероятно увлекательными. Комплект заданий поставляется в цифровом виде и устанавливается на ПК, становясь частью программного окружения EV3. Учебные материалы состоят из трех основных разделов, а каждый из которых включает 5 проектных работ, в общей сложности 15 проектных работ.

Структура заданий из Комплекта заданий «Инженерные проекты» повторяет процессы и учитывает стандарты проведения проектных работ, которые используются настоящими инженерами, работающими в различных отраслях промышленности. Каждый проект начинается с краткого объяснения задания. Ученикам демонстрируется видео, показывающие реально существующих роботов в действии. А затем ребята строят, программируют, тестируют, а потом и обсуждают свои собственные проекты. На протяжении всего процесса ученики получают знания по естествознанию, технологии, конструированию и математике. Таким образом, структура заданий этого набора способствует развитию навыков обучения 21-го века, включая коммуникативные навыки и навыки решения сложных задач.

Привет, Хабр! Мы уже рассказывали о платформе LEGO MINDSTORMS Education EV3. Основные задачи этой платформы — обучение на практических примерах, развитие навыков STEAM и формирование инженерного мышления. В ней можно проводить лабораторные работы по изучению механики и динамики. Лабораторные стенды из кубиков LEGO и утилиты по регистрации и обработке данных делают опыты еще интереснее и нагляднее и помогают детям лучше понять физику. Например, школьники могут собрать данные о температуре плавления и с помощью приложения систематизировать их и представить в виде графика. Но это только начало: сегодня мы расскажем, как дополнить этот набор средой программирования MicroPython и использовать его для обучения робототехнике.

Учим программированию с помощью EV3

Современные школьники хотят видеть красочный результат. Да, им скучно, если программа выводит в консоль числа, и они хотят рассматривать цветные графики, диаграммы и создавать настоящих роботов, движущихся и выполняющих команды. Обычный код тоже кажется детям слишком сложным, поэтому обучение лучше начинать с чего-нибудь полегче.

Базовая среда программирования EV3 создана на основе графического языка LabVIEW и позволяет задавать алгоритмы для робота визуально: команды представлены в виде блоков, которые можно перетаскивать и соединять.

Такой способ хорошо работает, когда нужно показать, как строятся алгоритмы, но он не подходит для программ с большим количеством блоков. При усложнении сценариев необходимо переходить на программирование с помощью кода, но детям трудно сделать этот шаг.

Здесь есть несколько хитростей, одна из которых — показать, что код выполняет те же задачи, что и блоки. В среде EV3 это можно сделать благодаря интеграции с MicroPython: дети создают одну и ту же программу в базовой среде программирования с помощью блоков и на языке Python в Visual Studio Code от Microsoft. Они видят, что оба способа работают одинаково, но кодом решать сложные задачи удобнее.

Переходим на MicroPython

Среда EV3 построена на базе процессора ARM9, и разработчики специально оставили архитектуру открытой. Это решение позволило накатывать альтернативные прошивки, одной из которых стал образ для работы с MicroPython. Он позволяет использовать Python для программирования EV3, что делает работу с набором еще ближе к задачам из реальной жизни.

Чтобы начать работать, нужно скачать образ EV3 MicroPython на любую microSD-карту, установить ее в микрокомпьютер EV3 и включить его. Затем нужно установить бесплатное расширение для Visual Studio. И можно приступить к работе.

Программируем первого робота на MycroPython

На нашем сайте есть несколько уроков для освоения базовых понятий робототехники. Модели на EV3 знакомят детей с азами, которые используются в самоуправляемых автомобилях, заводских роботах-сборщиках, станках с ЧПУ.

Мы возьмем для примера чертежную машину, которую можно научить рисовать узоры и геометрические фигуры. Данный кейс является упрощенным вариантом взрослых роботов-сварщиков или фрезеровщиков и показывает, как можно использовать EV3 совместно с MicroPython для обучения школьников. А еще чертежная машина может разметить отверстия в печатной плате для папы, но это уже другой уровень, требующий математических расчетов.

Для работы нам понадобятся:

базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3;
большой лист клетчатой бумаги;
цветные маркеры.

Сначала инициализируем библиотеку модулей EV3:

Настраиваем платформу, которая вращает ручку как мотор в порте B. Задаем передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи с количеством зубьев 20-12-28 соответственно.

Настраиваем подъемный механизм для ручки как мотор в порте C:

Настраиваем гироскоп, измеряющий угол наклона ручки, в порте 2:

Настраиваем цветовой датчик в порте 3. Датчик используется, чтобы определять белую бумагу под чертежной машиной:

Настраиваем датчик касания в порте 4. Робот начинает рисовать, когда датчик нажат:

Определяем функции, которые поднимают и опускают ручку:

Определяем функцию для поворота ручки на заданный угол или до определенного угла:

Если целевой угол больше, чем текущий угол гироскопического датчика, продолжаем движение по часовой стрелке с положительной скоростью:

Если целевой угол меньше, чем текущий гироскопического датчика, то двигаемся против часовой стрелки:

Останавливаем вращающуюся платформу, когда целевой угол будет достигнут:

Устанавливаем начальное положение ручки в верхнем положении:

Теперь идет основная часть программы — бесконечный цикл. Сначала EV3 ожидает, когда датчик цвета обнаружит белую бумагу или синюю стартовую клетку, а датчик касания будет нажат. Затем он рисует узор, возвращается в исходное положение и повторяет все заново.

Когда устройство не готово, светодиоды на контроллере принимают красный цвет, и на ЖК-экране отображается изображение «палец вниз»:

Дожидаемся, когда датчик цвета считает синий или белый цвет, устанавливаем цвет светодиодов зеленым, отображаем на ЖК-экране изображение «палец вверх» и сообщаем, что устройство готово к работе:

Дожидаемся нажатия датчика касания, присваиваем гироскопическому датчику значение угла 0 и начинаем рисовать:

Поднимаем держатель ручки и возвращаем его в исходное положение:

Вот такая несложная программа у нас получилась. И теперь запускаем ее и смотрим на робота-чертежника в деле.

Что дают такие примеры

EV3 — это инструмент для профориентации в рамках профессий STEM и точка входа в инженерные специальности. Так как на нем можно решать практические задачи, дети получают опыт технических разработок и создания промышленных роботов, учатся моделировать реальные ситуации, понимать программы и анализировать алгоритмы, осваивают базовые конструкции программирования.

Поддержка MicroPython делает платформу EV3 подходящей для обучения в старших классах. Ученики могут попробовать себя в роли программистов на одном из самых популярных современных языков, познакомиться с профессиями, связанными с программированием и инженерным проектированием. Наборы EV3 показывают, что писать код — это не страшно, готовят к серьезным инженерным задачам и помогают сделать первый шаг к освоению технических специальностей. А для тех, кто работает в школе и связан с образованием, у нас подготовлены программы занятий и учебные материалы. В них детально расписано, какие навыки формируются при выполнении тех или иных задач, и как полученные навыки соотносятся со стандартами обучения.

В статье содержится описание опыта использования конструктора Lego Mindstorms EV3 для создания прототипа робота с его последующим программным и ручным управлением при помощи Robot Control Meta Language (RCML).

Далее будут рассмотрены следующие ключевые моменты:

Сборка прототипа робота на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
Быстрая установка и настройка RCML для Windows
Программное управление роботом на базе контроллера EV3
Ручное управление периферией робота с помощью клавиатуры и геймпада

Робот имеет конструкцию схожую с автомобильным шасси. Два мотора, установленные на раме, имеют одну общую ось вращения, которая соединена с задними колесами через редуктор. Редуктор преобразует крутящий момент путем увеличения угловой скорости задней оси. Рулевое управление собрано на базе конического редуктора.

2. Следующий шаг — подготовка RCML для работы с конструктором Lego Mindstorms EV3.

Следует скачать архивы с исполняемыми файлами и файлами библиотек rcml_build_1.0.6.zip и rcml_modules_build_1.0.6.zip.

Далее описан процесс выполнения быстрого старта для взаимодействия RCML и Lego робота, управляемого контроллером EV3.

Скаченные архивы нужно извлечь в каталог с произвольным именем, однако следует избегать русских букв в названии.

Далее необходимо создать файл конфигурации config.ini, который необходимо расположить в этом же каталоге. Для реализации возможности управления контроллером EV3 при помощи клавиатуры и геймпада, следует подключить модули lego_ev3, keyboard и gamepad.

Далее следует произвести сопряжение контроллера EV3 и адаптера.

Инструкция содержит пример сопряжения контроллера Lego Ev3 и ПК под управлением операционной системы Windows 7.

1. Нужно перейти в раздел настроек контроллера Ev3, далее в пункт меню «Bluetooth».

2. Следует убедиться в правильности установки параметров конфигурации. На против пунктов “Visibility”,” Bluetooth” должны быть установлены галочки.

3. Необходимо перейти в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth».

4. Необходимо нажать кнопку «Добавление устройства». Откроется окно для выбора доступных Bluetooth устройств.

5. Следует выбрать устройство “EV3” и нажать кнопку «Далее».

6. На экране контроллера EV3 отразится диалоговое окно «Connect?». Нужно выбрать вариант галочки, и подтвердить свой выбор нажатием центральной клавиши.

7. Далее отобразиться диалоговое окно «PASSKEY», в строке ввода должны быть указаны цифры «1234», далее следует подтвердить ключевую фразу для сопряжения устройств, путем нажатия центральной клавиши на позиции с изображением галочки.

8. В мастере сопряжения устройства появится форма для ввода ключа для сопряжения устройств. Нужно ввести код «1234» и нажать клавишу «Далее».

9. Далее отобразиться окно, с успешным подключением устройства. Следует нажать клавишу «Закрыть».

10. На ПК необходимо вернуться в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth». В списке доступных устройств отобразится устройство, с которым было произведено сопряжение.

11. Следует двойным нажатием зайти в свойства подключения “EV3”.

12. Далее необходимо перейти во вкладку «Оборудование».

13. Далее следует двойным нажатием перейти в свойства подключения «Стандартный последовательный порт по соединению Bluetooth».

14. Указанный в свойствах индекс COM-порта, следует использовать в конфигурационном файле config.ini модуля lego_ev3. В примере показаны свойства Bluetooth подключения контроллера Lego EV3 с использованием стандартного последовательного порта COM14.

Дальнейшая конфигурация модуля сводится к тому, что необходимо прописать в конфигурационном файле модуля lego_ev3 адрес COM-порта, через который осуществляется коммуникация с роботом Lego.

Теперь необходимо произвести настройку модуля keyboard. Модуль находится в каталоге control_modules, далее keyboard. Следует создать конфигурационный файл config.ini рядом с файлом keyboard_module.dll. Перед тем, как создать конфигурационный файл, необходимо определить, какие действия должны быть совершены по нажатию клавиш.

Модуль клавиатуры позволяет задействовать клавиши, которые имеют определенный числовой код. Таблицу виртуальных кодов клавиш можно посмотреть здесь.

В качестве примера, буду использовать нажатия следующих клавиш:

Стрелки вверх/вниз используются для вращения мотора задних колес вперед/назад
Стрелки влево/вправо поворачивают колеса влево/вправо

1. При добавлении новой оси, необходимо в секцию [mapped_axis] добавить свойство, имя которого есть имя оси, и присвоить ему значение кнопки клавиатуры в HEX формате, при этом на каждую кнопку заводится подобная запись, т.е. имя оси может быть использовано несколько раз. В общем случае запись в секцию [mapped_axis] будет выглядеть следующим образом:

2. Необходимо установить максимальное и минимальное значение, которое может откладываться по данной оси. Для этого необходимо с новой строки добавить секцию в конфигурационном файле config.ini, одноименную с именем оси, и задать свойства upper_value и lower_value, которые соответствуют максимум и минимуму оси соответственно. В общем виде данная секция выглядит следующим образом:

3. Далее следует определить, какое значение будет иметь ось в случае нажатия кнопки на клавиатуре, которая ранее была прикреплена к ней. Определение значений происходит посредством создания секции, название которой состоит из имени оси и значения кнопки клавиатуры в HEX формате, разделенные между собой символом нижнего подчеркивания. Для задания значения по умолчанию (в не нажатом) и нажатом состоянии используются свойства unpressed_value и pressed_value соответственно, в которые передаются значения. Общий вид секции в таком случае выглядит следующим образом:

Текст спойлера для удобства просмотра скопирован из документации по RCML.

Для реализации управления прототипом робота был создан конфигурационный файл модуля keyboard, который включает в себя оси go и rotate. Ось go используется для задания направления движения робота. При нажатии клавиши “стрелка вверх” ось получит значение 100, при нажатии клавиши “стрелка вниз” ось примет значение -50. Ось rotate используется для установки угла поворота передних колес. При нажатии клавиши “стрелка влево” значение оси будет равно -5, при нажатии «стрелки вправо» ось примет значение 5.

Далее для реализации управления при помощи геймпада, необходимо настроить модуль gamepad. Конфигурирование модуля включает в себя создание конфигурационного файла config.ini рядом с gamepad_module.dll, находящего в каталоге control_modules, далее gamepad.

Дополнительная информация об особенностях настройки модуля gamepad отображена в справочном руководстве по RCML.

3. Следующий шаг — написание программы на языке RCML.

В корне созданного каталога, необходимо создать файл программы. Имя файла программы и его расширение может быть любым, однако следует избегать русских букв в названии. В примере использовано имя файла — hello.rcml.

Для модуля lego_ev3 программный код резервирования робота, имеет следующий вид:

На странице подключения модуля lego_ev3 описано большинство функций, поддерживаемых контроллером. В качестве тестового примера, была создана программа для автоматического вхождения робота в занос.

Алгоритм программы следующий:

После резервирования первого свободного робота, устанавливается связь двух двигателей для последующей работы с ними, как с одним. Затем робот начинает выполнять заносы. Программное описание действий робота позволяет точно устанавливать углы поворота передних колес и скорость вращения задних. Использование этого приёма позволяет добиваться результатов, которые сложно повторить во время ручного пилотирования с клавиатуры или геймпада.

Для компилирования программы необходимо использовать командную строку window. Сначала следует переместиться в созданный каталог с исполняемыми файлами rcml_compiler.exe и rcml_intepreter.exe. Далее нужно ввести следующие команды.

Команда для компилирования файла hello.rcml:

В результате компилирования, в созданной директории появится новый файл hello.rcml.pc.

Теперь следует убедиться в том, что контроллер EV3 включен, сопряжен с Bluetooth адаптером. Геймпад должен быть подключен к ПК. После этого нужно выполнить команду исполнения программного файла:

Видеоролик демонстрирующий программу движения робота расположен внизу статьи.

4. Следующий шаг – управление роботом в ручном режиме при помощи клавиатуры.

Далее будет продемонстрирован процесс программной установки связи между двигателями робота и клавиатурой.

При помощи клавиатуры возможно управление любым двигателем робота. В рамках примера реализовано управление следующими механизмами:

Углом поворота передних колес
Направлением вращения задних колес

Далее следует откомпилировать программу и выполнить её. Результат ручного управления Lego роботом при помощи на клавиатуры показан на видео внизу страницы.

5. Помимо клавиатуры доступен модуль gamepad позволяющий манипулировать роботом при помощи геймпада. Для реализации управления робота при помощи геймпада необходимо описать на уровне программы, какие оси робота будут принимать значения осей геймпада.

Далее следует повторить процесс компилирования программы и затем выполнить её. Далее показан результат ручного управления Lego роботом при помощи на геймпада, и все ранее подключенные способы:

В статье кратко продемонстрированы только лишь некоторые возможности RCML. Наиболее подробное описание находиться в справочном руководстве.

Читайте также: