Lego wedo lego mindstorms и arduino
Обновлено: 16.04.2024
Сравниваем конструкторы Lego Education WeDo и Mindstorms. Может быть не только WeDo, но и набор Mindstorms подходит для малышей?
В прошлой серии был тест-драйв набора Lego WeDo, называемого также Перворобот (арт. 9580). Lego Education декларирует, что конструкторы WeDo предназначены для занятий с детьми от 7 лет, а с 10 лет следует переходить на Lego Mindstorms. Нашему ученику Альберту менее 4 лет, занятия получаются продуктивными. В этом возрасте уже можно пробовать готовиться к занятиям робототехникой.
С Lego WeDo можно заниматься дома
Lego WeDo или Lego Mindstorms?
И из Lego Mindstorms, и из Lego WeDo можно собрать множество конструкций и учебных моделей. Кроме легоконструирования с обоими конструкторами можно заниматься программированием. У Lego Mindstorms есть автономный программируемый блок, т.е. программа выполняется на контроллере собранного робота. А у Lego WeDo — USB-коммутатор, т.е. программа выполняется на компьютере, с которым WeDo имеет постоянное соединение. В состав конструкторов входят датчики.
Lego Mindstorms открывает для владельцев больше возможностей, но начинать Lego Education рекомендует с WeDo.
Я неоднократно слышал мнение о том, что конструктор Lego WeDo — это недоразумение. Впрочем, то же самое можно услышать и о Mindstorms, и о всей продукции Lego. Критика конструкторов лего не является темой этой статьи, но нужен ли вообще WeDo? Идея о том, что вместо набора лего Перворобот можно было сразу вручить юному робототехнику Mindstorms, не покидала меня. Я решил позаниматься с Альбертом не только с набором Lego Education WeDo, но и с Mindstorms, чтобы сделать собственные выводы.
Я достаю пластиковый контейнер с Lego Mindstorms NXT, который имеет больший размер по сравнению с WeDo, и сообщаю Альберту, что это еще более серьезный робототехнический конструктор, в который играют дети постарше и даже взрослые. Его глаза горят. Какой ребенок не хочет поиграть во взрослые игры?
Первые эксперименты с Lego Mindstorms
Крепление деталей WeDo и Mindstorms
Говорят, что дети младше 10 лет конструирование из деталей серии Lego System, которые находятся в коробке WeDo, осваивают легче, чем из деталей Lego Technic, содержащихся в конструкторе Lego Mindstorms. Возможно, это действительно так, но я не заметил принципиальной разницы.
Когда есть книга инструкция, ребенку хочется повторить
Например, у Альберта иногда не хватало терпения одевать втулки на оси, его поведение было аналогичным, как в случае использования WeDo, так и в случае использования Mindstorms.
Зато соединение датчиков Mindstroms с контроллером NXT проводами было ребенку значительно понятнее, чем соединение сенсоров WeDo c коммутатором, спрятанное в кирпичике.
Соединение коммутатора Lego WeDo и датчика
Для него не представляло никакой сложности соединить кабель с портом NXT-блока, он делал это самостоятельно и много раз, хотя когда он доставал кабель обратно, мне приходилось посматривать, чтобы фиксатор не был сломан. В случае же с WeDo, соединить кирпичи Альберту было не сложно, но он часто пытался соединить датчик не с коммутатором, а где-нибудь рядом, т.к. он плохо улавливал «электрическую суть соединения». Т.е. в случае с WeDo ему не всегда было очевидно, что это разъем для подключения, а не просто еще один кирпичик для строительства.
Соединение датчиков и контроллера Lego Mindstorms
По-моему, с проводами Lego Mindstorms ребенку работать проще по сравнению с WeDo, но фиксаторы на кабелях могут выйти из строя. Соединительные кабели WeDo проживут дольше, чем у Mindstorms, если с конструктором будут заниматься маленькие дети.
Таким образом ребенок, который может освоить конструирование, может собирать модели из деталей конструктора Lego Mindstorms. Мы вместе построили двухмоторную тележку, Альберт настоял на том, чтобы присоединить к ней все датчики из набора.
Если у вас есть и набор Mindstorms NXT, и набор Mindstorms EV3, вы скорее всего не сможете объясните ребенку возраста 3-4 лет, что один из роботов просто хочет постоять в стороне, а также, что не нужно соединять EV3 и NXT-робота проводами вместе. Я не смог.
Программная среда Lego WeDo
Я попытался показать начинающему робототехнику программирование в родной среде Lego Mindstorms NXT-G. Но для ребенка это было явно менее интересно, чем в случае использования программного обеспечения Lego WeDo. Видимо дело в том, что здесь графические блоки менее яркие.
Программы в родной среде Lego Mindstorms EV3 и NXT
Стандартные звуки тоже не веселили и не добавили ребенку программистского энтузиазма (в отличии от WeDo, где звуки лягушки и вроде того). Я запрограммировал тележку так, чтобы она ездила по линии.
Так выглядят программы Lego WeDo
У нас не было специальных полей, поэтому линию на ватмане мы нарисовали самостоятельно. Результат Альберту понравился. Мы немного поиграли, но дальше Альберт предпочитал снова вернуться к лего-конструированию. Сидеть за компьютером с запущенной средой Lego WeDo Education молодому программисту нравилось больше.
Программирование с Lego WeDo
Какой лего робот подойдет? ребенку 4 года…
Следующие несколько дней у ребенка был выбор в принятии решения во что играть. Сначала он предпочитал Mindstorms, потому что понимал, что это конструктор для взрослых. Но потом стал чаще предпочитать Lego WeDo.
Одна из собранных учебных Lego WeDo моделей
Мой вывод состоит в том, что для детей младше 7 лет WeDo все-таки подходит больше. И вот почему:
- пластмассовые детали WeDo и роботы-игрушки, собираемые их них, более яркие чем Mindstorms;
- учебные модели из WeDo более простые и собираются быстрее;
- разработанные компанией Lego учебные и методические материалы адаптированы под возрастные интересы;
- блоки в графической среде программирования WeDo более яркие, звуковые эффекты более детские.
Научился сам — зови друзей
Я надеюсь, что мой опыт понравится и воодушевит тех, кто хочет пораньше начать заниматься с детьми самостоятельно. По-моему, можно смело вычитать из рекомендованного производителем возраста года 2-3. И если малыш уже не берет мелкие детали в рот — можно конструировать. Может быть, мне также удастся развеять сомнения, стоит ли отдавать ребенка в кружок робототехники.
Где купить и сколько стоит Lego WeDo
Рекомендованные Lego Education цены: базовый набор 9500 рублей, ресурсный — 4100 рублей, однопользовательская лицензия ПО — 7000 рублей, многопользовательская — 19 300 рублей. Для образовательных учреждений часто действуют специальные условия.
Upd. 16.03.2017: С января 2017 года все программные продукты и методические материалы LEGO Education стали распространяться бесплатно. Их можно скачать с сайта LEGO Education.
Предыдущие публикации о Lego WeDo:
Цены приведены на день выхода статьи.
Почему война против LEGO уже проиграна? Какие конструкторы являются политически правильными, а какие дают больше возможностей? Надо ли заниматься программированием в детском саду? Сравниваем Mindstorms с Arduino, WeDo с Huna-Роботрек, ТРИК с Lego и современные наборы с теми, что были 10 лет назад.
В разговоре принимают участие Андрей Гурьев, Сергей Косаченко и Лия Султанова — практики образовательной робототехники из Москвы, Томска и Казани с большим опытом и педагогической, и организационной деятельности. Закадровые вопросы задает Динара Гагарина. Съемка не планировалась, поэтому приносим извинения за качество видео. Оно в конце и именно его надо смотреть, но приведем несколько цитат.
Это был неформальный разговор во время олимпиады в Иннополисе, он проходил в приятной домашней обстановке:
Лия Султанова и Сергей Косаченко
LEGO как система
Андрей Гурьев:
Система обучения LEGO — она действительно система, по сравнению с остальными продуктами — у LEGO все сбалансировано. У них железо разрабатывают люди из науки, методики пишут методисты, локализуют по каждой стране профессионалы. Я был в группе локализации физических экспериментов EV3, там серьезно проверяли все и даже сводили все с учебником Перышкина — в каком параграфе какой пункт.
Робототехника в детском саду: LEGO WeDo или Huna-Роботрек?
Андрей Гурьев поставил под сомнение полезность набора WeDo 2.0, который был анонсирован в начале 2016 года:
WeDo 1 — первый робототехнический набор для ребенка, WeDo 2 — еще в 13 году было понятно, что робототехника там будет постольку поскольку.
Сергей Косаченко считает, что самый популярный робонабор для малышей не является оптимальным для детского сада:
Почему WeDo не нравится? Примитивная механика, примитивное программирование. Для маленького ребенка оптимально Scratch и все, что с ним связано. Да, Scratch есть для WeDo, но само WeDo — почему в детсаду эта тема очень туго идет (я про WeDo первое говорю) — без ноутбука эта штука не работает, потому что питается через USB. Я не представляю детский садик, в котором в группе у каждого ребенка по ноутбуку, чтобы WeDo питалось.
Последние пару лет на рынок активно выходят робототехнические наборы Huna-Роботрек. Сергей Косаченко говорит, почему Huna для детского сада лучше, чем WeDo:
Huna имеет упрощение, и датчики все видны — они прикручиваются, и двигатели все видны. Да, контроллер запрограммирован на 4 программы, но зато сама суть, из каких элементов состоит робот, детсадовскому ребенку видна.
Далее участники встречи обсуждали, нужно ли программировать в детском саду. Сергей уверен, что да, Андрей выразил сомнения, а Лия рассказала об интересных решениях для дошкольников.
Сергей Косаченко:
Как только ребенок начинает читать, лучше Scratch я пока ничего не видел.
Arduino или LEGO?
Андрей Гурьев описал разницу между Arduino и LEGO на понятном всем языке:
На уровне LEGO: берешь контроллер — уже кирпич готовый: экранчик, кнопочки, порты, подключил провод — двигатель заработал. А Arduino — это та же самая плата, но экранчик отдельно, кнопочки отдельно, целая куча всего и разнообразие гораздо больше. Плюс платформа открытая. И мировое сообщество проектов на Arduino может даже поспорить с леговским сообществом.
ТРИК или LEGO?
Тема импортозамещения актуальна и для конструкторов. Что важнее в продвижении на рынок? Можно ли сделать российский LEGO?
Андрей Гурьев:
ТРИК — политически правильно, потому что наша разработка.
Почему же тогда большинство занимаются на LEGO?
Андрей Гурьев:
LEGO — это система, где есть все-все-все. Что такое ТРИК? Это супер-пупер-мега контроллер, железная начинка, двигатели и прочее в коробочке. Возникает первый вопрос — программное обеспечение. Которое апгрейдится с такой скоростью, что не уследишь. Тут возникает вопрос методик, вопрос подготовки кадров. У LEGO есть четкие методики, уже вшитые в программное обеспечение, есть LEGO-академия, есть штат, который устраивает мастер-классы. Тут вопрос в системе. Да, ТРИК — хороший конструктор, действительно можно собрать серьезные вещи.
Андрей Гурьев пояснил, что для детей 3-6 класса ТРИК не подходит ввиду его сложности. Для большинства оптимально LEGO, только единицы выходят на уровень ТРИК и Arduino.
— возражает Лия Султанова.
Лия предположила, что LEGO является лидером, в первую очередь благодаря хорошему менеджменту:
Забрось LEGO-менеджера в Россию, он сделает классный робототехнический проект. Это вопрос менеджмента.
И все-таки, есть ли шанс у других платформ?
Андрей Гурьев:
Если LEGO Education вообще не будет заниматься маркетингом и прочим, то все равно в ближайшие 5 лет точно у них никаких конкурентов не будет.
Именно с этой фразы начинается видео:
>> Читайте результаты сравнительного анализа и обзора робототехнических конструкторов, который провел Центр педагогического мастерства Москвы. В обзор вошли наборы от таких производителей как LEGO, Fischertechnik, VEX, ТРИК, ScratchDuino, Huna-MRT, RoboRobo и Амперки.
16 комментариев к статье “Сравнение робототехнических конструкторов: LEGO, Huna, Arduino, ТРИК и другие”
Ни один еще пластмассовый конструктор не может строить свои детали.
Металлический конструктор делает это и ремонтирует свои детали.
Андрей,конструткор из металла стоит на порядок дороже. дешевая пластмасса в детских робоконструкторах вытесняет более качественный металл …
««Главная «фишка» базовых строительных блоков Фишертехник – наличие армирующего стального элемента внутри каждого блока.. » — это не правда! Главная особенность это способ крепления деталей «ласточкин хвост». Детали у конструктора обычные, пластиковые, внутри нет никакого железа! Но есть специальные железные оси для поддержки больших конструкций и разнообразные пластмассовые детали для обеспечения жесткости конструкции.
fischertechnik? Детям 3-5 класса просто оптимально лего (согласен с фразой в тексте)
Для начальной школы скорее всего Лего EV3 самый оптимальный вариант , но в дальнейшем нужно что-то более продвинутое в плане элементной базы и функциональных возможностей. Очень важно не упустить грань перехода от игр в моделирование роботов к основам профориентации.
Про робототехнику в дошколе вообще не согласен — это распил денег на модной теме. Воспринимать это кроме как развивающих игр не серьезно.
Нет универсального решения на все случаи жизни и каждый конструктор хорош для своих задач. Робототехника слишком многогранна, чтобы зацикливаться на однотипной узкоспециализированной элементной базе. С другой стороны квалификация инженера непосредственно связана с его опытом и кругозором, причем опыт даже важнее наличия каких-либо узкоспециальных знаний, которые способный к обучению специалист в состоянии всегда приобрести по мере необходимости. Если смотреть на ведущие мировые бренды, то каждый из них гармонично дополняет друг друга . Простейшие конструкторы типа Лего хороши своей простотой применения, металлические конструкторы позволяют развить идею конструирования на более серьезной уровне, фишертехник позволяет познакомиться с моделями производственных механизмов, танцующие роботы — это не игрушка , а механизмы со сложной кинематикой и т.п. Важно понимать что и с какой целью применять, тогда все встанет на свои места.
Лего всех рвет т.к. это очень вандалостойкий конструктор и действительно — выстроенная система.
Как победить лего? Во первых зачем нам «полная победа»? Во вторых — дайте соревнования серьезного уровня где нет обязаловки по конкретному типу конструктора. Серьезного уровня — значит возможность победителю зачислится в ВУЗ. Поехать в лагерь (типа Артека) для дополнительной подготовки. А там где есть обязаловка — пусть проходят на средства производителя конструктора. И тогда посмотрим что быстрее-сильнее-точнее
Лего после этого займет свою нишу — первый год (ну максимум два года) обучения.
Из интервью с Сергеем Филипповым:
«Разработать и пустить в производство электронику стоит копейки по сравнению с тем, сколько стоит пластмасса. А формы для леговских деталей стоят сотни тысяч евро, для того, чтобы изготовить однотипную деталь, тратятся огромные ресурсы. И эти детали получаются очень высокого качества. Поэтому изобилие пластмассы Lego определяет ее лидерство. Изобилие и совместимость всех форм, начиная с того, что было более 50 лет назад. Электроника уже особой роли не играет – сейчас это легко и доступно. «Вандалоустойчивость» конструктора – одно из основных требований при работе со школьниками.»
Лего это тупик в развитии ребенка. Чтобы мы на входе в ВУЗ получили нормальных, подготовленных ребят — способных развивать технику и технологию, тратить время и бюджетные средства — расточительно. Я с таким тезисом согласен при всем уважении к А.Гурьеву и С. Филипову.
Робототехники не может быть без электроники. Как учить электронике на Лего? И конструирование достаточно поверхностное, точнее, «закрытое» или кулуарное, если угодно.
Робототехники не может быть много без чего. И «без чего не может быть» — неправильный вопрос (риторический). Правильный: «Чего ей еще не хватает.» Ответ на правильный вопрос и должен формировать вектор обучения в кружках.
И еще пара правильных вопросов:
«Вы реально можете в кружке уйти очень далеко за пределы школьной программы?»
«Полученные знания более ценные, чем обучение изобретению каменного топора?»
«Где и во что будут развиваться навыки полученные в кружке? В чем ценность результата такого развития?»
Какой электроники не хватает взрослой» робототехники? Где она проектируется? Где готовятся кадры для проектирования? Что-то конкурентное есть у нас в стране? И какая пропасть между «спаяли на кружке» и промышленными объектами?
По механике — тоже самое.
Есть вещи в которых наиболее близко приближаются «детская»/любительская робототехника со «взрослой»/промышленной — это программирование, ТАУ, фильтрация сигналов, проектная деятельность (product management)).
Есть вещи которые никак не отнять от детской робототехники — вандалостойкость, рамки школьной программы.
Поэтому как мне кажется наиболее полезной является платформы типа scratchduino.
Но она слишком скучная для детей. На соревнованиях с этим что делать?
И это… Про культуру, роль роботов в мире современного ребенка как-то все забывают. А ведь Валл-И, для ребенка гораздо интереснее простой тележки.
Мне повезло в жизни — со мной делился знаниями гениальный человек, по воле судьбы занимавшийся «развитием классов технических систем» в интересах руководства отраслей оборонки в советское еще время. В линейной модели, без конкурентов именно так, как вышеописано. Но тех, кто «в проблеме» с пару десятков лет, положение «достало». Все вместе вышеописанные не выдержат конкуренции с изготовлением «по потребности» узлов аддитивными технологиями, когда на них перестанут спекулировать «технопарки» и «кванториумы». Моя грубая оценка — год-три. Ну-пять. Только шизофреник может мириться с разъемом RJ12 со смещенной защелкой, чтобы в него (не дай бог) что-нибудь не то (не лего) не всунули. Ситуация чем то напоминает рынок, на котором одни и те же луховицкие огурчики предлагает три десятка продавцов. В супермаркете эти огурчики насыпаны в огромный досчатый ящик и из него покупатели насыпают в мешочки и сами взвешивают, а иногда и сами оплачивают. Будь я министром — вопрос был бы решен за неделю!
Абсолютно согласна. И 100% верный тезис о том, что Лего выигрывает за счет системности и готовой методики применения. К сожалению, в нашем образовании остались одни «училки», они не готовы самостоятельно изучать языки программирования и робототехнику, для них и разработана маркетинговая стратегия Лего в виде курсов повышения квалификации, готовых методических решений и учебных программ, проектов, технологических карт. Изобретатели из большинства наших педагогов никудышные. А все по простой причине: те, кто бы мог работать с детьми на Ардуино и с конструкторами серьезнее Лего, работают на заводах, потому что там зарплата в разы выше, а бумажной волокиты минимум.
Мы обожаем LEGO и Crazy Circuits [LEGO-совместимая электроника / прим. перев.], поэтому решили скомбинировать их в простого и интересного робота, умеющего обходить препятствия. Мы покажем, как собрать такого робота и подробно опишем этот процесс. Ваша версия робота может не полностью совпадать с нашей.
Приводим список необходимой электроники и деталек LEGO. Не бойтесь экспериментировать с ними.
Комплектующие
Электроника
- 1 x плата Robotics Board от Crazy Circuits
- 2 x совместимый с LEGO сервомотор полного вращения
- 1 x ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04
- 4 x джампер-кабеля «мама-мама»
- 1 x внешний источник питания с USB
Мы использовали различные детальки, а вам рекомендуем сделать так, как вы считаете нужным, и из того, что есть у вас на руках. Важно, чтобы у вас был способ приделать сервомоторы снизу, ультразвуковой датчик – так, чтобы он смотрел вперёд, и каким-то образом закрепить плату и источник питания. Для этого можно использовать двусторонний скотч, резинки, липучку. Приводим ссылки на наши детальки в магазине BrickOwl, однако вы можете купить их где угодно, где продаётся LEGO и совместимые наборы.
- 2 x LEGO Wedge Belt Wheel (4185 / 49750)
- 1 x LEGO EV3 Technic Ball Pivots Set 5003245
- 1 x LEGO Technic Cross Block Beam 3 with Four Pins (48989 / 65489)
- 1 x LEGO Technic Brick 1 x 6 with Holes (3894)
- 2 x LEGO Axle 4 with End Stop (87083)
- 4 x LEGO Half Bushing (32123 / 42136)
- 4 x LEGO Brick 2 x 2 Round (3941 / 6143)
- 1 x LEGO Plate 6 x 12 (3028)
Шаг 1: строим шасси из LEGO
Мы начали с пластинки LEGO 6×12, это был минимальный размер, который нас устроил. Можно использовать более крупную, однако мельче уже будет сложнее.
Ширина робота определялась имеющимся у нас в наличии внешним источником питания, поскольку нам была нужна возможность вставлять его на место. Для аккумулятора большего размера потребуется робот большего размера.
Шасси должно быть достаточно высоким, чтобы на нём разместилась и батарея, и плата сверху.
Шаг 2: добавляем колёса
Каждый сервомотор нужно разместить снизу шасси. В итоге нам понадобились следующие комплектующие:
- Ось 4 LEGO со стопором (87083)
- Втулка LEGO (32123 / 42136)
- Круглый кирпичик LEGO 2 x 2 (3941 / 6143)
Как и с другими модельками LEGO, вариантов тут масса! У нас получилось с теми комплектующими, что мы перечислили, а вы можете попробовать что-нибудь другое.
Шаг 3: добавляем ролик
Наш ролик позволяет роботу кататься по плоскости на двух моторизованных колёсах, играя роль третьего колеса – так роботу легче поворачивать и двигаться.
Для его закрепления потребовались следующие детали:
- LEGO EV3 Technic Ball Pivots Set 5003245
- LEGO Technic Cross Block Beam 3 with Four Pins (48989 / 65489)
- LEGO Technic Brick 1 x 6 with Holes (3894)
Шаг 4: добавляем датчик расстояния
Ультразвуковой датчик расстояния нужно закрепить на передней части робота, чтобы он «видел», куда едет, и понимал, когда нужно остановиться, чтобы не столкнуться с препятствием.
Если 3D-принтера у вас нет, придумайте, как удержать датчик при помощи деталек LEGO, клейкой ленты, резинок, хомутов и т.п. Важно, чтобы он смотрел прямо – туда, куда едет робот, когда движется вперёд.
Шаг 5: добавляем плату
Плата – мозг всей операции. Она размещается наверху кубиков LEGO, поэтому её крепить легко.
Обычно плата Robotics Board используется совместно с проводящей плёнкой, позволяющей мастерить электрические цепи прямо поверх LEGO, но поскольку у нас тут всего лишь два мотора и датчик расстояния, их можно подключить напрямую к штырькам на плате.
Плату размещаем так, чтобы USB-кабель питания было легко воткнуть. Нам повезло найти в коробке с кабелями очень короткий USB-кабель.
Теперь можно подключать датчик и моторы!
По датчику: разъём echo нужно подключить к контакту 3 на плате, разъём trigger – к контакту 5, VCC – к 5 В, Gnd – к GND. Таким образом датчик будет получать питание и общаться с платой.
Затем нужно подключить каждый из моторов. Это сделать легко – коричневые провода на GND, красные – на 5 В, оранжевые – к контакту D6 для левого мотора и D9 для правого.
Шаг 6: программируем Robotics Board
Перед тем, как робот сможет работать, нужно загрузить код в микроконтроллер. Перед этим убедитесь, что у вас на компьютере установлена последняя версия Arduino IDE.
Свой код мы выложили в репозиторий на GitHub:
Код простой, в нём много комментариев, чтобы было понятно, что за что отвечает.
Вам также потребуется библиотека NewPing
Шаг 7: пускаем робота погулять
Построив робота и загрузив в него код, можно переходить к испытаниям!
Проще всего подключить внешний источник питания и дать роботу возможность ехать вперёд. Если выставить перед ним руку, он должен отодвинуться назад, повернуться и снова поехать вперёд (смотрите, чтобы он не съехал со стола!)
Мы построили простую шестиугольную «арену» из картона, чтобы роботу было где поездить. Не бойтесь экспериментировать с тем, что есть у вас.
Шаг 8: дальнейшее развитие
Если вам интересно развивать этот проект, вот вам вопросы:
— что вы узнали, собирая робота?
— что повлияло на ваш выбор деталей?
— поедет ли робот быстрее, если увеличить ему колёса?
В коде есть две переменных, исправив которые, вы измените время отката робота назад при обнаружении препятствия, и время, которое он будет поворачиваться. Попробуйте поменять goBackwardTime и turnRightTime и посмотреть, как это повлияет на поведение робота.
Под катом мы попытались как-то обобщить и систематизировать наш опыт по выбору платформы для занятий с детьми. Если вы организуете кружок робототехники, возможно, вам это будет полезно.
К прошлой серии было много справедливых замечаний, по такому случаю я полностью переработал материал.
Введение
- механика;
- периферийная электроника;
- управляющий модуль;
- софт (среда разработки).
Сначала лирическое отступление.
В свое время я был одним из самых счастливых детей в Екатеринбурге, потому что отец привез мне из Германии целый чемодан Лего (тогда в России его еще совсем мало было). И я думаю, это очень здорово повлияло на мое умственное развитие — мелкая моторика, пространственное мышление. Однако у людей есть такое свойство: взрослея они иногда начинают нелюбить ту среду, из которой вышли, так и меня часто упрекают в предвзятости к Лего. Сейчас я все-таки попытаюсь это преодолеть.
Итак, главное достоинство леговской механики — это скорость сборки. Наверно, раз в десять выше, чем на винтах, раза в два выше, чем на заклепках. По большому счету главный соединительный элемент Lego Technic — это та же заклепка, которую не нужно зажимать, раскрывается сама за счет упругости:
Второй элемент — ось с крестообразным сечением:
По сути это заменитель винта, только “гайки” на ней не закручиваются, а держатся за счет продольного трения.
Плюс к этому в Лего есть специальные детали для сборки некоторых специфичных узлов, например, дифференциала. Все это позволяет быстро собирать очень сложные механизмы, и для детей это действительно здорово. Жаль только, что не навсегда мы остаемся детьми, и вот тогда возникает проблема: во взрослой жизни такие соединения нигде не используются, и плавный переход с Лего на что-то другое, насколько мне известно, еще никому не удавалось реализовать. Кроме того, возникает еще одна неприятность, с которой я сам при взрослении столкнулся: в Лего все из коробки подогнано идеально, до микронов, ребенок к этому привыкает, принимает как данность. В реальности для такой точности нужно прикладывать огромные усилия, и я этому уже в студенчестве долго учился, кажется, до сих пор толком не научился.
Управляющий модуль у Лего скучный.
С одной стороны, он очень прочный, почти не ломается, с другой имеет всего 8 разъемов и туда не влезает ничего, кроме кроме фирменных леговских проводов (кстати, насколько я знаю, самая ломкая часть). Разумеется, штатно с ним работают только леговские датчики и моторы.
С точки зрения преподавателя Леговская электроника самая малохлопотная: все легко подключается, почти никогда ничего не ломается, однако и простора для творчества очень мало.
Поскольку Лего — это большая компания, об инфраструктуре она позаботилась: подавляющее число соревнований по робототехнике имеют ограничение — только Лего.
Кроме того проводится множество разных конференций и мероприятий для преподавателей.
Резюме следующее: вещь невероятно классная, это действительно так, однако, как и для всех игрушек, чем раньше ребенок с нее соскочит, тем лучше, по нашему опыту седьмой класс — в самый раз. Так же Лего — единственный конструктор, который не требует от преподавателя серьезной технической подготовки. Ну а еще по идеологии своей он очень похож на Майкрософт, некоторые Майкрософт не любят.
Fischertechnik
По этой причине какие-то простые механизмы на Fischertechnik делать не очень удобно, но зато там есть множество специальных элементов, с которыми можно делать совершенно невероятные вещи: пневмоприводы, хемотроника, ионисторы, электрохимические суперконденсаторы и др. (подробнее см. ссылку выше). Кроме того, есть специализированные наборы, моделирующие то или иное производство.
В целом идеология Fischertechnik повторяет идеологию Лего, все-таки это игрушка, но очень технически продвинутая.
Кроссплатформенные управляющие модули
Сначала немного терминологии. Вся переферийная электроника для взрослой робототехники имеет стандартные разъемы, работает по стандартным протоколам. Fischertechnik, Лего и другие закрытые продукты создает искусственные препятствия для подключения через эти разъемы и протоколы. Продукты по-проще, например, Raspberry, хотя и не являются опенсорсными, но все стандарты поддерживают. Вообще по нашему опыту в данном случае опенсорсность железа не имеет столь большого значения: все разъемы стандартны, среды разработки тоже стандартны и, как правило, опенсорсны, и железная прокладка между ними существенной роли не играет, переход на другую железку никаких проблем не вызовет. Здесь еще можно по-рассуждать о нашей миссии по развитию опенсорсного железа, но для краткости опустим это, к теме не очень относится.
- Низкая цена.
- Быстрый старт: воткнул USB-провод, открыл среду разработки, загрузил пример, поехали. С Raspberry придется еще помучиться: образ на карточку загрузить, подключиться, настроить автозапуск скриптов и т.д.
- Большее удобство подключение периферии (например, на плате уже есть аналоговые входы, к Raspberry АЦП подключить сложно), большое количество разнообразных шилдов.
- Низкое энергопотребление.
По сравнению со своими аналогами Raspberry является самой распространенной и дешевой, по характеристикам последняя ее версия аналогам ничем особо не уступает, поэтому мы работаем с ней.
Среди ардуин мы выбрали Uno, поскольку, опять же, самая распространенная и дешевая (в Китае стоит порядка 30 юаней или ~ 300 рублей). Характеристики у нее не самые, но нам вроде хватает.
Конструкторы
Из других конструкторов наиболее популярен Huna (кстати, вроде бы отчасти российская разработка):
Трик предлагает неплохой конструктор, но, опять же, уж очень дорогой.
Общий принцип у всех конструкторов примерно один и тот же: плоские детали и уголки соединяемые винтами, по сути старый советский железный конструктор. При этом у каждого свои особенности: в Мультипло основные детали вырезаны из трехмиллиметрового пластика + маленькие алюминиевые уголки + пластиковые заклепки; в Huna плоский металл дополняется объемными пластиковыми деталями, похожими на Лего; Трик просто очень массивен.
Заключение
Наш выбор — ардуино + Raspberry + Multiplo. Цена самая низкая, простор для творчества самый большой. В то же время от преподавателя требуется очень высокая квалификация.
Вообще мы работаем с детьми с третьего класса, но это скорей исключение, все-таки до седьмого класса нужно что-то другое, типа Лего или Fischertechnik.
Из шести кубиков LEGO размером 2х4 можно собрать 915 миллионов различных комбинаций. Но в LEGO Education конструирование из кубиков — это лишь часть дела. Даже проекты для дошкольников здесь включают в себя программирование, пусть и в простейшей форме.
Мы стремимся к тому, чтобы гибкость программной платформы LEGO Education была сопоставима с ее гибкостью на аппаратном уровне. И в этом нам помогают наши партнеры — Microsoft, Массачусетский технологический университет, Институт интегральных схем общества Фраунгофера, а также разработчики из России. В этом посте мы расскажем о новых инструментах для программирования, с которыми возможности LEGO Mindstorms Education EV3 и WeDo 2.0 становятся шире.
Microsoft MakeCode
MakeCode — это бесплатная браузерная платформа, с помощью которой можно создать программы для множества устройств, от Arduino до роботов в Minecraft. С марта в этом списке и LEGO Mindstorms EV3.
В основном окне MakeCode можно составлять программу для EV3 из блоков. Форма блоков подсказывает, как их нужно выставлять, переменные выставляются списками в окошках внутри. Слева в режиме реального времени идет демонстрация программы. Из цветастого графического редактора одним кликом можно перейти в JavaScript — здесь также будет работать живая демонстрация и выбор функций.
Редактор MakeCode работает из браузера и не требует активного интернет-соединения — целиком загружается в кэш. Созданную программу можно скачать в формате UF2 и сразу загрузить в блок EV3. Или расшарить для просмотра. Экспортируя и импортируя UF2-файлы, можно делать совместные проекты.
Scratch
Scratch — это визуальная среда программирования, разработанная в Массачусетском технологическом университете для младшей и средней школы. Объектами Scratch являются спрайты, у которых можно изменять внешний вид и поведение с помощью скриптов. Программа в Scratch работает на поле размером 480х360 пикселей.
Бета-версия Scratch 3.0
Пока что актуальна вторая версия Scratch, где можно работать только с виртуальными объектами. Но на 2 января 2019 года запланирован релиз Scratch 3.0, которая станет гораздо интересней. В нем появятся расширения для работы с физическими объектами — с устройствами для рисования, записи звука и видео, а также с LEGO Mindstorms EV3 и WeDo 2.0. WeDo 2.0 — это «младший брат» EV3, который позволит использовать LEGO Education уже в начальной школе.
Бета-версия Scratch 3.0 уже доступна, но расширений в ней пока нет. Как и MakeCode, Scratch реализован в виде бесплатного браузерного приложения. Scratch, в принципе, более функционален по сравнению с MakeCode — здесь есть инструменты для работы с графикой и звуком. С другой стороны, сейчас MakeCode гораздо теснее интегрирована с LEGO Education. Но мы еще не видели, как работают расширения Scratch — возможно, эта функция появится только к релизу.
Open Roberta
Open Roberta — это проект института интегральных схем общества Фраунгофера, вдохновленный успехами среды Scratch. Программы, написанные с помощью Open Roberta, имеют собственную семантику и синтаксис и работают через свою прошивку. Ее можно установить на SD-карту и запускать вместо оригинальной прошивки EV3. С одной стороны, это создает дополнительные сложности. С другой — благодаря этому Open Roberta совместима с наборами NXT, которые выпускались до EV3. В этом году в список поддерживаемых систем также добавили WeDo.
«Кодвардс»
Образовательная платформа «Кодвардс» — это не среда программирования, как все описанное выше. Это учебно-методический комплекс, который помогает детям через обучение основам программирования развивать цифровые навыки. Программа «Кодвардс» + LEGO Education рассчитана на школьников 7-12 лет и состоит из 8 уроков, сочетает методические материалы для учителей, а также онлайн-платформу и рабочую тетрадь для учеников. Все полученные знания закрепляются с помощью наборов LEGO Education WeDo 2.0.
Фрагмент демонстрационного урока «Кодвардс»
Для курса был разработан вариант языка CoffeeScript с упрощенным синтаксисом. Он не используется за пределами платформы, поскольку рассчитан исключительно на усвоение общих концепций языков программирования. Сейчас в состав «Кодвардса» входит два модуля программирования и ИКТ по 32 урока, которые сопровождаются двумя практическими модулями по 8 уроков, где школьники работают с LEGO Education WeDo 2.0. Запланирован выход нового модуля с собственной средой разработки (компьютерные игры, дисциплины STEM), рассчитанный на закрепление навыков проектной работы.
Создать дополнительные программные и даже аппаратные компоненты для LEGO Education Mindstorms EV3 вы можете самостоятельно. Для этого мы предоставляем все необходимые ресурсы: пакеты разработки и исходный код фирменной прошивки. WeDo 2.0 также является открытой платформой — вы можете загрузить пакет разработчика для создания ПО, совместимого со смарт-хабом WeDo 2.0, и управления другими компонентами.
У LEGO Education Mindstorms EV3 есть и собственная среда программирования, построенная на нотации LabView — инженерного языка, наиболее распространенного в проектных бюро. А базовое ПО со встроенным языком программирования для WeDo 2.0 можно скачать отсюда.
Читайте также: