Lego mindstorms описание блоков

Обновлено: 04.05.2024

Для того, чтобы сделать программирование роботов EV3 более простым и интуитивно понятным в среде программирования EV3 используется палитра блоков. Это блоки программирования различного цвета.

палитра блоков редактора Lego EV3

Всего палитра блоков состоит из шести закладок разного цвета слева направо:

Зеленая – «Действие»
Оранжевая – «Управление операторами»
Желтая – «Датчики»
Красная – «Операции с данными»
Синяя – «Дополнения»
Зеленая – «Мои блоки»

Каждая из этих закладок содержит различные блоки программирования. Кратко опишу состав каждой закладки из палитры блоков.

Закладка «Действие»

Это закладка зеленого цвета и каждый блок имеет в своей верхней части зелёную полосу. Всего в закладке находится семь блоков действия. При помощи этих блоков можно программировать управление моторами, экраном, звуками и индикатором состояния модуля. Блоки действия используются очень часто даже начинающими робототехниками.

программные блоки «Действие»

Перечислю названия блоков:

Блок – «Средний мотор»
Блок – «Большой мотор»
Блок – «Рулевое управление»
Блок – «Независимое управление моторам»
Блок – «Экран»
Блок – «Звук»
Блок – «Индикатор состояния модуля»

Закладка «Управление операторами»

В палитре блоков это закладка оранжевого цвета. При помощи блоков программирования из этой закладки можно реализовывать достаточно сложные программы управления роботом EV3. В ней содержатся сложные алгоритмические конструкции.

вкладка «Управление операторами»

Всего в закладке «Операторы» пять блоков:

Блок – «Начало»
Блок – «Ожидание»
Блок – «Цикл»
Блок – «Переключатель»
Блок – «Прерывание цикла»

Работа с этими блоками более понятна, чем использование тех же самых конструкций в любом текстовом языке программирования.

Закладка «Датчики»

Это закладка желтого цвета. Для создания обратной связи с робототехнической системой необходимо применять различного типа датчики. Ещё их называют сенсорами. Датчики Lego EV3 позволяют автономно управлять роботом EV3.

Использование датчиков уже дает возможность сделать не просто электромеханическую систему. Это позволяет создать полноценного робота, способного реагировать на изменения в окружающей среде.

Всего в закладке «Датчики» одиннадцать блоков:

Блок – «Кнопки управления модулем»
Блок – «Датчик цвета»
Блок – «Гироскопический датчик»
Блок – «Инфракрасный датчик»
Блок – «Вращение мотора»
Блок – «Температурный датчик»
Блок – «Таймер»
Блок – «Датчик касания»
Блок – «Ультразвуковой датчик»
Блок – «Счетчик электроэнергии»
Блок – «Датчик звука NXT»

У всех блоков датчиков из палитры блоков Lego EV3 есть режимы измерения и сравнения. В некоторых блоках еще добавлен режим калибровки и сброса.

Палитра блоков. Закладка «Операции с данными»

Это закладка красного цвета. Здесь можно производить различные математические операции с константами, переменными, массивами. Без использования блоков операций с данными сложно принимать участие в различных конкурсах и соревнованиях.

«Операции с данными»

Закладка «Операции с данными» состоит из десяти блоков программирования:

Блок – «Переменная»
Блок – «Константа»
Блок – «Операции над массивами»
Блок – «Логические операции»
Блок – «Математика»
Блок – «Округление»
Блок – «Сравнение»
Блок – «Интервал»
Блок – «Текст»
Блок – «Случайное значение»

В этой закладке палитры блоков широко используется булева алгебра, различные логические операции и операции с массивами.

Палитра блоков. Закладка «Дополнения»

Закладка синего цвета. Блоки программирования в закладке дополнений позволяют значительно расширить возможности робототехнических систем Lego EV3. С их помощью можно организовать совместную работу нескольких роботов. При помощи блока EV3 удаленно управлять другим Lego роботом и многое другое.

блоки «Дополнения» ПО Лего EV3

Закладка «Дополнения» в палитре блоков состоит из десяти блоков программирования:

На начальном этапе изучения программирования роботов Lego EV3 эти блоки не понадобятся. Но с ростом знаний и усложнением решаемых задач без этих блоков будет тяжело обойтись.

Палитра блоков. Закладка «Мои блоки»

Это закладка зеленого цвета. Изначально в ней не содержится ни одного блока. Все блоки создает сам пользователь в том случае, когда есть часто повторяющиеся конструкции. Это позволяет не писать код каждый раз. Вместо этого можно использовать собственный сохраненный блок.

вкладка «Мои блоки»

Каждую из закладок палитры блоков я разберу отдельно в статьях. Также приведу примеры использования блоков программирования.

Блоки программирования Лего EV3

В оранжевой закладке палитры редактора Lego EV3 находятся блоки «Управление операторами». Это алгоритмические структуры, без которых невозможно создавать программы. С их помощью происходит запуск кода, переключение, прерывание, зацикливание и прочее. Еще их называют блоками последовательности действий. В верхней части пиктограмм расположена узкая оранжевая горизонтальная полоса.

блоки управления операторами Lego Education EV3

Всего во вкладке «Управление операторами» находится пять иконок слева направо:

Начало
Ожидание
Цикл
Переключатель
Прерывание

«Начало»

Он всегда расположен в начале и служит для запуска программы на выполнение. На пиктограмме изображена стрелка зеленого цвета. Без него код работать не будет и другие значки не будут активными. В окне редактора если значка «Начало» нет или он не соединен с другими, остальные фрагменты программы выглядят немного замутненными.

программный блок «Начало»

Если добавить еще одну или несколько пиктограмм «Начало» в окно редактора Lego, то можно создать несколько параллельных программ, работающих независимо друг от друга. При отладке каждую подпрограмму можно запустить отдельно. Но при запуске на выполнение все параллельные ветки работают одновременно и автономно.

«Ожидание»

На значке нарисованы песочные часы. С помощью ожидания можно ждать наступления какого-нибудь события. Если это событие наступит, то происходит переход программы к другой части.

Всего есть тринадцать вкладок с типами сенсоров, кнопками, счетчиками и т.д. в блоке ожидания EV3:

У каждой закладки есть режимы сравнения, изменения или обновления, которые имеют свои подпункты. В целом это мощный инструмент, позволяющий создавать сложные программы, зависящие от конкретных условий.

Для того чтобы повторить нужную последовательность кода определенное число раз при соблюдении нужных условий в редакторе Lego Education EV3 предусмотрен программный блок. Фактически он представляет собой контейнер с визуальным кодом. Проверка условий происходит после однократного выполнения кода. Конструкция «Цикл» является алгоритмической структурой типа «while» с постусловием.

Фрагмент программы внутри контейнера будет повторяться. Блоки, не входящие в него повторяться не будут. По завершению произойдет переход к следующим блокам, которые не входят в цикл. Иконка цикла расположена третьей по счету слева во вкладке «Управление операторами». Управление режимами находится в правом нижнем углу пиктограммы.

программный блок «Цикл» Lego Mindstorms-EV3

Всего есть шестнадцать закладок. Тринадцать из них такие же, как и у блока «Ожидание». Добавлены еще три пункта:

Неограниченный
Подсчет
Логическое значение

В левой части иконки расположен вывод «Параметры цикла». С его помощью можно выполнить подсчет числа повторений, времени, логического значения, типов сравнения, порогового значения и прочее. Введенное значение зависит от заданного режима или от переданного по шине данных значения от выводов других блоков.

Циклы можно вкладывать друг в друга. Если в конструкцию добавляются фрагменты, то размер значка увеличивается. Также размер пиктограммы можно изменять с помощью маркеров, находящихся на границах изображения. Это очень похоже на изменения размера картинки в документе Word.

«Переключатель»

Находится четвертым слева в оранжевой закладке алгоритмических структур. По сравнению с циклом у него на одну вкладку меньше. Отсутствует пункт «Неограниченный». Он соответствует конструкции «if»… «else» или «если»… «то».

блок «Переключатель» Lego EV3

«Переключатель» может включать в себя 2 и более последовательности блоков. Эти последовательности называют вариантами. В зависимости от выбранной закладки определяется входное значение сенсора или какого-нибудь параметра. Исходя из входного параметра запускается только один из возможных вариантов.

Если нужно чтобы проверка вариантов выполнялась несколько раз, «Переключатель» нужно поместить в циклический блок.

«Прерывания цикла»

Это последний пятый значок во вкладке «Управление операторами». Он предназначен для завершения циклического блока. Имя прерывания выбирается в верхней части пиктограммы и больше никаких настроек нет.

программный блок «Прерывание цикла»

«Прерывание цикла» можно использовать по условиям, можно прерывать цикл, находящийся в цикле, из другой подпрограммы или ветки. После остановки последовательности начнут выполняться блоки, расположенные после циклического.

Микрокомпьютер EV3 начали выпускать в 2013 году. Он пришел на смену микрокомпьютеру NXT и является более современной моделью.

Микрокомпьютер EV3 часто называют микроконтроллер EV3, блок управления EV3, модуль EV3, интеллектуальный блок. Также часто можно встретить в литературе название «P — кирпич» или «P — brick».

Это название является сокращением от Programmable brick — то есть программируемый блок (кирпич).

блок EV3

Микрокомпьютер EV3 входит в состав робототехнических конструкторов Lego Mindstorms Education EV3 образовательной и домашней версии. Микроконтроллер EV3 является компьютерным мозгом робота. Операционной системой микрокомпьютера является Linux. Датчики опрашиваются со скоростью в 1 Гигагерц.

Интерфейс управления микрокомпьютера EV3

В модуле EV3 реализован шестикнопочный интерфейс управления. Этот интерфейс имеет программируемую визуальную индикацию состояний — подсветка различных цветов.

Ход выполнения программы может контролироваться при помощи подсветки модуля. В этом случае подсветка выполняет роль индикатора состояния контроллера EV3. Индикатор может приобретать зеленый, оранжевый или красный цвет. Также индикатор может мигать. Индикатор состояния модуля имеет следующие коды:

Красный цвет означает запуск. Также он сигнализирует об обновлении или показывает завершение работы
Если красный цвет мигает, то микроконтроллер занят
Оранжевый цвет — это оповещение, блок работает
Когда зеленый цвет пульсирует это значит, что происходит выполнение программы

Для лучшего понимания на каком этапе находится программа можно отдельно программировать индикатор блока EV3. Тогда при выполнении различных условий индикатор сможет гореть различными цветами и пульсировать.

Порты модуля EV3

С одной стороны, блок EV3 оснащен четырьмя портами входа для подключения различных датчиков.

порты блока

Также сбоку есть дополнительный USB — порт, который можно использовать для чтения USB-flash накопителей, подключения Wi-Fi приемника WiFi. Адаптер нужно приобретать отдельно. Flash память адаптера 16 Мб. При помощи этого порта можно создать последовательную цепь микрокомпьютеров EV3. Всего можно последовательно соединить до четырех программируемых блоков управления EV3.

соединение микроконтроллеров

Порты входа обозначаются цифрами от одного до четырех. На другой стороне модуля есть четыре порта выхода, куда происходит подключение моторов. Это позволяет создавать сложные и функциональные модели роботов. Порты выхода обозначаются буквами A, B, C, D. Также со стороны портов выхода имеется мини – USB порт. Он позволяет при помощи USB кабеля соединять модуль EV3 с компьютером.

С этой же стороны блока есть слот для чтения карт формата микро-USB. Этот слот позволяет увеличить объем памяти доступной для хранения данных микрокомпьютера EV3 до 32 гигабайт. SD карта в комплект не входит и покупается отдельно.

Динамик EV3

С другой стороны блока расположен высококачественный встроенный динамик. Этот динамик может воспроизводить любые звуки программируемого блока EV3. Качество звука всегда будет хорошим если динамик микроконтроллера не будет закрыт.

динамик блока EV3

Динамик позволяет эффективно использовать звуковые функции микроконтроллера EV3. Благодаря дополнительному объему памяти и улучшенным характеристикам встроенного динамика увеличились возможности использования звука и вышли на новый качественный уровень.

Программирование с помощью интерфейса микрокомпьютера EV3

В микрокомпьютере есть возможность программирования при помощи самого микрокомпьютера. Есть двенадцать программируемых блоков при помощи которых можно создавать программы.

программирование с помощью интерфейса микрокомпьютера EV3

Можно писать сложные программы без использования компьютера. Эту программу можно экспортировать на компьютер. На компьютере программу можно улучшить при помощи программного обеспечения EV3. После этого ее снова можно загрузить на микрокомпьютер и проверить на практике. Это является очень полезной функцией.

Как соединить микроконтроллер EV3 с компьютером

Всего существует три способа установить соединение микроконтроллера с компьютером:

Через USB – кабель
С помощью встроенного модуля Bluetooth
Через Wi — Fi приемник

Установка и зарядка батарей блока EV3

На нижней стороне модуля находится литиево — ионный аккумулятор. Конструкция аккумулятора выполнена таким образом, что позволяет плотно устанавливать блок и детали модели робота. Когда батарея используется в первый раз или в случае полностью разряженной батареи нужно в течении как минимум двадцати минут произвести зарядку батареи.

Производить зарядку батареи можно, не вынимая ее из собранной модели. Это значит, что не нужно тратить время на разборку и сборку робота, чтобы заменить аккумулятор.

аккумуляторы и батареи ev3

Батарея заряжается при помощи стандартного адаптера Lego EV3, который входит в комплект. Когда батарея разряжена, то при включении в розетку через адаптер индикатор начинает гореть красным светом. После завершения зарядки индикатор начинает гореть зеленым цветом, а индикатор красного цвета гаснет.

При использовании программируемого микроконтроллера EV3 во время зарядки аккумулятора время зарядки увеличивается. Для зарядки аккумулятора нужно три – четыре часа. Когда аккумуляторная батарея используется в первый раз, рекомендуется, чтобы она имела полную зарядку.

При этом модуль при использовании аккумулятора работает дольше, чем при использовании батареек. Чтобы батарея дольше сохраняла работоспособность есть несколько простых правил:

Если батарея не используется, то ее лучше на время вынуть
Каждый комплект батарей должен хранится отдельном контейнере для совместного использования
Громкость динамик лучше уменьшить
Произвести правильные настройки параметров спящего режима
Если вы не используете Bluetooth и Wi-Fi, то их нужно отключить
Стараться избегать ненужного износа моторов

Технические характеристики микрокомпьютера EV3

Микрокомпьютер Lego EV3 имеет следующие характеристики:

Процессор — ARM9
Микрокомпьютер EV3 имеет операционную систему Linux
Контроллер блока программирования — ARM9 с частотой 300 МегаГерц
Объем flash-памяти составляет 16 МБ
Объем оперативная памяти — 64 МБ
Модуль EV3 имеет монохромный черно-белый экран с разрешение 178×128 px
При осуществлении связь с главным компьютером через шину USB 2 .0 скорость передачи данных достигает 480 Мбит/с
При осуществлении связь с главным компьютером через шину USB 1 .1 скорость передачи данных до 12 Мбит/с
Карта памяти типа Micro SD с поддержкой SDHC, версии 2 .0. Максимальный объем памяти карты 32 ГБ
По 4 входных и выходных порты для подключения моторов и датчиков
Соединение осуществляются при помощи кабелей с коннекторами типа RJ12
Поддерживается автоматическая идентификация сенсоров и моторов
Электропитание от 6 батареек типа AA (батарейки можно заменить на литиевые аккумуляторы) или от аккумуляторной батарея

EV3 является третьей версией конструктора Lego Mindstorms Education. Вторая версия носила название NXT, первая версия – RCX.

Как включить микрокомпьютер EV3

Для включения микрокомпьютера EV3 нужно нажать на кнопку, находящуюся в центре шестикнопочного интерфейса микрокомпьютера EV3. После нажатия индикатор статуса модуля загорится красным цветом.

подсветка блока EV3

По умолчанию будет выбран вариант «Прервать X». При помощи кнопки «Вправо» нужно выбрать вариант «Принять». После этого нажмите центральную кнопку (OK). Теперь микрокомпьютер EV3 выключен. Если нажать OK, то при выбранном варианте Х, произойдет возврат в окно «Запустить последнюю».

На этой странице собраны инструкции по сборке роботов или механизмов из стартового образовательного набора LEGO MINDSTORMS Education EV3 (45544). Кроме инструкций вы найдёте здесь видео, показывающие возможности собранных моделей, и демонстрационные программы. Для некоторых моделей даны рекомендации, с помощью каких приложений можно дистанционно управлять роботами и как настраивать эти приложения.

Имея под рукой образовательный набор LEGO Mindstorms EV3 (45544) и шарики для пинг-понга вполне можно собрать пушку, стреляющую шариками. Пушкой можно управлять со смартфона с помощью приложения RoboCam.

Если вы горите желанием сделать робота с большими колёсами из образовательного набора LEGO Mindstorms EV3 (45544), но у вас нет таких колёс, не расстраивайтесь. Вы можете изготовить их самостоятельно из толстого гофрированного картона. Как сделать робота с большими картонными колёсами, чтобы колёса нормально крутились и не отваливались, я предлагаю вам прочитать в этой статье.

Мне очень понравился проект робота-художника EV3 Print3rbot, в котором, к сожалению, используются нестандартные детали, которые нужно печатать на 3D-принтере. Я решил собрать такого же робота, но используя детали только из образовательного набора LEGO Mindstorms EV3 (45544). И у меня это получилось, правда, пришлось добавить ещё резинок.

Роботом, собранным из конструктора LEGO Mindstorms EV3, вы легко можете управлять дистанционно от первого лица. Для этого вам дополнительно понадобится два смартфона, с установленным приложением RoboCam на один из них. Давайте познакомимся подробнее с приложением RoboCam и научимся им пользоваться.

Используя конструктор LEGO MINDSTORMS EV3 и веб-камеру, вы сможете провести эксперимент по обнаружению лиц в помещении. Для эксперимента подойдёт любой колёсный робот EV3, который умеет вращаться на месте, и на который вы сможете закрепить веб камеру. Робот будет сканировать помещение, поворачиваясь вокруг, а, увидев лица, будет останавливаться и дёргаться столько раз, сколько лиц увидел.

С помощью веб-камеры и образовательного набора конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 (45544) вполне можно сделать робота, отслеживающего двигающийся объект. Робот сможет не только поворачивать камеру в сторону объекта, но и выдерживать определённую дистанцию до него, т.е. подъехать поближе, если объект удаляется от камеры, или отъехать подальше, если объект приближается. О том, как это сделать поговорим в этой статье.

Гимнаста выполняющего различные упражнения на турнике сделать достаточно просто, если у вас есть образовательный конструктор LEGO MINDSTORMS Education EV3 (45544). Я научил гимнаста выполнять три упражнения, а вы можете научить его и другим различным трюкам.

Гоночную машину, имитирующую болид формулы 1, можно сделать с помощью образовательного набора LEGO MINDSTORMS Education EV3 (45544). В машине сидит водитель и держится за руль. Машина дистанционно управляется с Android-смартфона.

Робот мойщик пола передвигается за счёт поворотов двух дисков параллельно полу. С помощью резинок на диски можно закрепить смоченные моющим раствором тряпки и тогда ваш пол станет немного чище.

Этот робот с клешнёй умеет не только хватать, но и приподнимать предметы. И оба эти действия он делает с помощью всего одного мотора. А за счёт резиновых кончиков клешни, робот может приподнимать даже скользкие предметы. Ну и конечно, то, что робот схватил, он может перевезти на другое место.

Селеноход – это луноход, созданный российской командой для участия в конкурсе Google Lunar X PRIZE. В настоящий момент проект закрыт, но интересная конструкция с не менее интересной системой передвижения по лунной поверхности остались. С помощью стартового образовательного набора LEGO MINDSTORMS Education EV3 (45544) возможно собрать модель Селенохода, который будет передвигаться по такому же принципу и так же поднимать и опускать «голову».

В базовом образовательном наборе LEGO Mindstorms Education EV3 (45544) оказалось достаточно шестерёнок и других деталей, чтобы собрать часы с часовой и минутной стрелками. Кроме того, что часы точно отображают время, они издают звуковой сигнал каждый час.

В образовательном наборе конструктора Mindstorms Education EV3 всё обучение робототехники в классе ведётся с помощью приводной платформы, на колёсном ходу. Мне же захотелось сделать точно такую же платформу, чтобы на неё точно также можно было установить все датчики, но только, чтобы она передвигалась с помощью гусениц.

В предыдущей статье мы рассмотрели новый набор LEGO Mindstorms EV3. EV3 является улучшенной версией более старого набора - NXT. Однако, ресурс набора ПервоРобот NXT еще не исчерпан, этот конструктор все еще активно используют в школах и дома, поэтому не будем списывать его со счетов.

Краткую информацию о линейке конструкторов LEGO Mindstorms, а также сравнение NXT и EV3 наборов можно найти в статье, посвященной EV3.

Сразу перейдем к содержимому набора LEGO Mindstorms NXT 2.0. Вот что входит в образовательную версию набора:

1 программируемый блок
3 мотора:
5 датчиков:
- 2 датчика касания
- 1 датчик освещенности
- 1 ультразвуковой датчик расстояния
- 1 микрофон
Датчики и моторы

Рассмотрим основные возможности и характеристики моторов и датчиков:

Датчик касания

Этот датчик напоминает кнопку любого устройства – телефона, пульта или клавиатуры. Датчик способен определить, когда кнопка нажата или отпущена, также он может подсчитывать одиночные и многократные нажатия.

Датчик освещенности

Он позволяет роботу различать яркость объектов и определять освещенность помещения.
- Способен работать в 2 режимах – измерение отраженного света и окружающего освещения
- В режиме определения яркости можно различать цвета – например, у желтого цвета яркость ниже, чем у синего
Датчик звука

Датчик звука (микрофон) позволяет определить уровень шума.

Ультразвуковой датчик расстояния

С помощью этого датчика робот может «видеть» предметы перед собой и определять расстояние до них.
- Может измерять расстояние в диапазоне 3 - 250 см.
- Дискретность результата измерений: +/- 1 см.
Все три мотора в наборе одинаковые. Стоит отметить, что в каждом моторе присутствует датчик оборотов – энкодер. Он позволяет контролировать движение мотора с высокой точностью. Характеристики мотора:
- Максимальные обороты - 160- 170 об/мин.
- Крутящий момент - 20 Н/см
- Встроенный датчик угла поворота (энкодер) мотора с точностью 1 градус
NXT датчики, моторы и кабели совместимы с EV3, поэтому оба набора – NXT и EV3 можно комбинировать.

Программируемый блок NXT

Программируемый блок NXT представляет собой «мозг» робота. К «мозгу» можно подключить 3 мотора и 4 сенсора, и именно в нем хранятся программы робота. Когда программа запущена блок NXT читает программу и в соответствии с ней дает команды моторам и сенсорам. Робота можно подключить к компьютеру через USB или Bluetooth. Между собой роботы могут «общаться» по Bluetooth

Ниже представлены характеристики программируемого блока NXT:

С NXT поставляется графическая среда разработки на базе LabView - NXT-G. Поддерживаемые операционные системы - Windows и Mac. Среда разработки NXT очень простая и рассчитана на ребят, не обладающих специальными знаниями по информатике и не знакомых с программированием.

В среде NXT-G каждая команда роботу представлена в виде графического блока. Пример команды для мотора – включить мотор на 3 секунды или включить мотор на 4 оборота. Команда для сенсора зависит от типа сенсора. Например, для датчика освещенности команда может звучать так – скажи, какова освещенность комнаты, а для датчика расстояния – скажи, какое расстояние до препятствия. Составив последовательность таких блоков, можно создать программу – запрограммировать робота.

В образовательный набор включена инструкция для сборки базового робота.

Для NXT набора был выпущен ресурсный набор, позволяющий собирать другие модели, используя новые детали.

Робототехнические конструкторы NXT и EV3 являются отличным средством для изучения информатики, физики, математики, программирования. Давайте учиться интересно!

Читайте также: