Лего минсторн робототехника программирование

Обновлено: 03.05.2024

On these pages we will show you how to get started programming your EV3 robot on your tablet and on your computer. Watch the videos and follow the instructions to get started and set up your EV3 robot for lots of programming fun!

Programming on Tablet

This video shows you how to download the EV3 Programmer App, connect your tablet to EV3 robot, and get started on your first programming mission.

Create Your First Program on Your Tablet

Watch this video to learn how you create your first program with the EV3 Programmer App and bring your LEGO® MINDSTORMS® robot to life.

Watch this short introduction to programming on your PC or Mac. Then download the software and proceed with the tutorial videos further below to learn how to connect your computer with your EV3 robot and create your first programs.

Use the EV3 Programming tool to build a program for your robot and bring it to life. This short video explains how you create your first program and how you transmit the program from the App/Programming software to your robot’s EV3 P-brick (the brain of your robot).

Make Your Robot Move

Make your robot move with the EV3 motors. Check out this video to learn how you create a program that makes your robot move.

Make Your Robot Respond to Touch

Make your robot respond to touch with the EV3 touch sensor. The touch sensor makes your robot react when you push or release sensor in front. Check out this video to learn how it works.

5-step guide to updating your LEGO® MINDSTORMS® EV3 firmware. Updating your firmware ensures that you can use the new features in your projects, and increases stability and security.

About Us

Support

Attractions

About Us

Support

Attractions

More From Us

LEGO System A/S, DK-7190 Billund, Denmark. Must be 18 years or older to purchase online. LEGO, the LEGO logo, the Minifigure, DUPLO, LEGENDS OF CHIMA, NINJAGO, BIONICLE, MINDSTORMS and MIXELS are trademarks and copyrights of the LEGO Group. ©2022 The LEGO Group. All rights reserved. Use of this site signifies your agreement to the terms of use.

Здравствуйте. В своих статьях я хочу Вас познакомить с основами программирования микрокомпьютера LEGO NXT Mindstorms 2.0. Для разработки приложений я буду использовать платформы Microsoft Robotics Developer Studio 4 (MRDS 4) и National Instruments LabVIEW (NI LabVIEW). Будут рассматриваться и реализовываться задачи автоматического и автоматизированного управления мобильными роботами. Двигаться мы будем от простого к сложному.

Предвосхищая некоторые вопросы и комментарии читателей.

Почему именно NXT Mindstorms 2.0? Потому-что для своих проектов данный набор мне показался наиболее подходящим, т.к. микрокомпьютер NXT полностью совместим с платформами MRDS 4 и NI LabVIEW, а так же данный набор является очень гибким в плане сборки различных конфигураций роботов — затрачивается минимум времени на сборку робота.

Почему платформы MRDS 4 и NI LabVIEW? Так сложилось исторически. Обучаясь на старших курсах университета стояла задача в разработке учебных курсов с использованием данных платформ. К тому же платформы обладают достаточной простотой в освоении и функциональностью, с их использованием можно написать программу непосредственно для управления роботом, разработать интерфейс пользователя и провести тестирование в виртуальной среде (в случае с MRDS 4).

Да кому вообще нужны эти ваши уроки, в сети и так куча проектов по робототехнике! С использованием данной связки (NXT+MRDS 4/NI LabVIEW) учебных статей практически нет, в основном используется родная среда программирования, а в ней совсем все тривиально. Всем кому интересны робототехника, программирование и у кого есть набор NXT (а таких не мало), возрастная аудитория любая.

Графические языки программирования это зло, а те кто на них программируют еретики! Графические языки программирования коими и являются MRDS 4 и NI LabVIEW несомненно имеют свои минусы, например ориентированность под узкие задачи, но все же в функциональности они мало уступают текстовым языкам, тем более NI LabVIEW изначально разрабатывался как язык легкий в освоении для решения научных и инженерных задач, для этого в нем присутствует множество необходимых библиотек и инструментов. По-этому для решения наших задач данные графические языки являются наиболее подходящими. И не надо нас за это ~~сжигать на костре~~ презирать.

Все это выглядит по-детски и вообще не серьезно! Когда задача состоит в реализации алгоритмов, в обучении основам и принципам программирования, робототехники, систем реального времени без углубления в схемотехнику и протоколы, то это очень подходящий инструмент хоть и не дешевый (касаемо набора NXT). Хотя для этих же целей неплохо подойдут наборы на базе Arduino, но совместимости с MRDS 4 и NI LabVIEW у данного контроллера почти нет, а в данных платформах есть свои прелести.

Технологии, которые используются, являются продуктом загнивающих капиталистических стран, а автор враг народа и пособник западных заговорщиков! К сожалению, большинство технологий в области электроники и вычислительной техники родом с запада, буду очень рад если мне укажут на аналогичные технологии исконно отечественного производства. А пока будем использовать то, что имеем. И не надо на меня за это ~~сообщать спецслужбам~~ держать зла.

Краткий обзор платформ MRDS 4 и NI LabVIEW.

Внесу некоторую ясность в терминологию. Под платформой, в данном случае, имеется ввиду совокупность различных инструментов, например язык VPL в MRDS, а так же среда выполнения приложений, т.е. непосредственной компиляции приложений в исполняемые (*.exe) файлы нету.

блочной диаграммы, описывающей логику работы виртуального прибора;
лицевой панели, описывающей интерфейс пользователя виртуального прибора.

Краткий обзор набора LEGO NXT Mindstorms 2.0.

Рисунок 1 — Микрокомпьютер NXT с подключенными датчиками и приводами

И конечно же в наборе находятся разнообразные детали LEGO в форм-факторе LEGO Technic из которых будут собраны исполнительные механизмы и несущая конструкция.

Рисунок 2 — Детали в форм-факторе LEGO Technic

Пишем первое приложение.

Напишем первое приложение. Пусть, классически, данное приложение выводит текст “Hello, World!”. Реализация будет происходить поочередно в MRDS 4 и NI LabVIEW, в процессе будем рассматривать специфику каждой платформы.

Предварительно инсталлируем платформы MRDS 4 и NI LabVIEW, в случае с MRDS 4 инсталляция должна проводится в папку путь к которой не состоит из кириллицы (русских букв), учетная запись пользователя так-же должна состоять только из латинских букв.

1. Платформа MRDS 4.

Запускаем среду VPL (Меню Пуск — Все Программы — Microsoft Robotics Developer Studio 4 — Visual Programming Language). Данная среда позволяет разрабатывать приложения на языке VPL, проводить тестирование в виртуальной среде VSE. Программа в VPL представляет собой диаграмму, состоящую из соединенных между собой блоков. В открывшемся окне, помимо стандартной панели команд и меню, присутствует 5 основных окон:

Basic Activities – содержит базовые блоки, которые реализуют такие операторы как константа, переменная, условие и т.д.;
Services – содержит блоки, предоставляющие доступ к функционалу платформы MRDS, например блоки для взаимодействия с какой-либо аппаратной составляющей робота, или блоки для вызова диалогового окна;
Project – объединяет диаграммы входящие в проект, а так же различные конфигурационные файлы;
Properties – содержит свойства выделенного блока;
Diagrams window – содержит, непосредственно, диаграмму (исходный код) приложения.

Рисунок 3 — Среда программирования VPL

Выполним следующую последовательность действий:

добавим блоки Data (из окна Basic Activities) и блок сервиса Simple Dialog (из окна Services),
в блок Data введем “Hello, World!” (без кавычек) и выберем тип данных String,
соединим блок Data с блоком Simple Dialog, появиться диалоговое окно,
далее, все выполняем как на рисунках

Рисунок 4 — Окно Connections

Рисунок 5 — Окно Data Connections

Рисунок 6 — Законченный вид диаграммы

2. Платформа NI LabVIEW.

На данной платформе все реализуется, практически, идентично. Запустим среду LabVIEW. Перед нами появиться два окна, первое — Front Panel, предназначено для реализации интерфейса пользователя (внешнего вида виртуального прибора), второе — Block Diagram, для реализации логики программы.

Рисунок 8 — Окна среды LabVIEW

Мы будем использовать окно Block Diagram. Выполним следующие шаги:

в окне Block Diagram вызовем контекстное меню, нажатием правой кнопкой мыши,
в появившемся окне перейдем по вкладкам, как на рисунке и выберем String Constant,

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.

Предвосхищая некоторые вопросы и комментарии читателей.

Краткий обзор платформ MRDS 4 и NI LabVIEW.

блочной диаграммы, описывающей логику работы виртуального прибора;
лицевой панели, описывающей интерфейс пользователя виртуального прибора.

Краткий обзор набора LEGO NXT Mindstorms 2.0.

Рисунок 1 — Микрокомпьютер NXT с подключенными датчиками и приводами

Рисунок 2 — Детали в форм-факторе LEGO Technic

Пишем первое приложение.

1. Платформа MRDS 4.

Basic Activities – содержит базовые блоки, которые реализуют такие операторы как константа, переменная, условие и т.д.;
Services – содержит блоки, предоставляющие доступ к функционалу платформы MRDS, например блоки для взаимодействия с какой-либо аппаратной составляющей робота, или блоки для вызова диалогового окна;
Project – объединяет диаграммы входящие в проект, а так же различные конфигурационные файлы;
Properties – содержит свойства выделенного блока;
Diagrams window – содержит, непосредственно, диаграмму (исходный код) приложения.

Рисунок 3 — Среда программирования VPL

Выполним следующую последовательность действий:

добавим блоки Data (из окна Basic Activities) и блок сервиса Simple Dialog (из окна Services),
в блок Data введем “Hello, World!” (без кавычек) и выберем тип данных String,
соединим блок Data с блоком Simple Dialog, появиться диалоговое окно,
далее, все выполняем как на рисунках

Рисунок 4 — Окно Connections

Рисунок 5 — Окно Data Connections

Рисунок 6 — Законченный вид диаграммы

2. Платформа NI LabVIEW.

Рисунок 8 — Окна среды LabVIEW

Мы будем использовать окно Block Diagram. Выполним следующие шаги:

в окне Block Diagram вызовем контекстное меню, нажатием правой кнопкой мыши,
в появившемся окне перейдем по вкладкам, как на рисунке и выберем String Constant,

EV3 программирование лучше всего начинать с детального изучения среды программирования EV3. Создав любым способом новую программу, мы попадаем в окно программы. Сейчас создан новый проект, в котором кроме блока «Начало», ничего нет.

программирование Lego

Слева от программы находится вкладка с изображением гаечного ключа. Это страница «Свойства проекта». В ней содержится обзор проекта и есть возможность управлять файлами проекта. Рассмотрим эту страницу подробнее.

Свойства проекта

Для того, чтобы было нагляднее можно открыть в основном окне «Лобби» любой проект и посмотреть его структуру. Я открою для примера проект «Гиробой», сделанный на основе базового набора Lego EV3.

проект «Гиробой»

В окне «Свойства проекта» можно редактировать, добавлять или удалять файлы рабочего проекта. В верхней части окна расположены:

В средней части окна можно увидеть надпись подключение шлейфом.

Если поставить галочку, то можно связать вместе несколько модулей Lego EV3. При этом они будут работать вместе и это позволяет значительно расширить возможности создаваемых роботов.

Появляется возможность управлять большим количеством моторов и опрашивать больше датчиков. При этом EV3 программирование становиться немного сложнее.

вкладки

В нижней части «Свойства проекта» расположено окно с вкладками:

Программы
Изображения
Звуки
Мои блоки
Переменные
Экспортируемые элементы

Файлы проекта можно вставить или экспортировать. Переменные можно добавить или удалить.

Инструменты области программирования EV3

Перейдем опять в область программирования окна проекта. В правом верхнем углу расположена панель инструментов области программирования Lego EV3.

панель инструментов

Панель инструментов состоит из:

1. Список программ и экспериментов. Если нажать на эту иконку, то можно увидеть список открытых проектов. В нем отображены все открытые программы проекта.

2. Иконка сдвиг и выбор. Сдвиг выглядит как ладонь и позволяет передвигать содержимое области программирования. Выбор дает возможность выбрать один блок или выделить несколько блоков и редактировать выбранные элементы.

3. Иконка комментарии служит для добавления комментариев в область программирования. Это помогает дать пояснения к программе.

4. Иконка сохранения проекта. При нажатии на эту иконку сохраняется проект и все программы, которые входят в проект и связаны с ним.

5. Иконка отменить действие, вернуть действие. Иконка «Отменить» отменяет последнее действие, иконка «Вернуть» возвращает.

6. Иконка масштабирования. Лупа со знаком минус уменьшает масштаб. Лупа со знаком плюс увеличивает масштаб. Иконка 1:1 сбрасывает масштаб.

7. Последняя иконка — это редактор контента. При нажатии на эту иконку открывается окно редактирования, где можно редактировать текст, видео, изображения, звуки, производить запись с веб-камеры.

Редактор контента бывает полезен, когда вы хотите оформить свой проект. Он дает возможность создавать различные страницы с инструкциями по сборке, видеозаписями, фотографиями, различными описаниями.

Программные блоки

Слева внизу под областью программирования находятся программные блоки. EV3 программирование является визуальным.

блоки программирования

Окно программных блоков содержит шесть вкладок с различными категориями блоков:

Блоки действий
Блоки управления операторами
Блоки датчиков
Блоки операций с данными
Блоки дополнений
Мои блоки

Каждый из этих блоков лучше всего изучать отдельно и с использованием примеров программирования. Это отдельная большая тема, без изучения которой нельзя научиться EV3 программированию роботов в среде программирования Lego EV3.

Справа под областью программирования расположена панель управления и мониторинга Lego EV3. Про работу с этой панелью я расскажу в следующих статьях.

Читайте также: