Программирование lego mindstorms nxt education

Обновлено: 25.04.2024

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования станция юных техников города Ейска муниципального образования Ейский район

Открытое занятие

кружка Роботоконструирование

педагог дополнительного образования МБОУ ДО СЮТ г.Ейска

Кривко Вячеслав Михайлович

Занятие для детей первого года обучения

Тема: «Основы программирования Lego Mindstorms Education NXT 2.0. на языке NXT - G »

Тема: «Основы программирования Lego Mindstorms Education NXT 2.0. на языке NXT - G »

Учебные цели:

· Изучить интерфейс среды программирования NXT - G ;

· научить учащихся открывать среду программирования NXT и настраивать её;

· начать изучать основные возможности блоков основной палитры инструментов;

· загружать и запускать программы .

Подготовка к занятиям:

· установить на все компьютеры программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Edu NXT;

Содержание занятия:

· изучение среды программирования, пример работ ы в среде программирования;

· загрузка и запуск программ.

Педагог: Здравствуйте ребята! Сегодня мы начинаем работать с конструкторами LEGO MINDSTORMS Edu NXT и на этом уроке мы познакомимся со средой программирования NXT - G .

Чтобы иметь возможность выполнять полезн ую для людей работу , робот должен быть запрограммирован . Чтобы научиться программировать нам необходимо уметь работать в среде программирования NXT - G .

Запустим программное обеспечение Mindstorms NXT 2.0.

В открывшемся окне (Рис. 1.) можно просмотреть два видео руководство к быстрому старту «Начинаем» и «Обзор программного обеспечения».

Просмотрим эти два видео.


Рис.1 Окно среды программирования NXT-G после запуска

Создание своего профиля пользователя

Если при разработке программ на NXT-G один компьютер используется несколькими учащимися, то удобно создать для каждого учащегося свой уникальный профиль, в котором будут храниться программы только этого разработчика. После установки Lego Mindstorms NXT 2.0 автоматически создаётся один профиль с именем Default (по умолчанию) (Рис. 2.).


Рис. 2. Профиль по умолчанию

Создадим новый профиль под своей фамилией, например Варивода . Для этого выберем пункт меню « Правка» (Рис.3.) .


Далее открываем пункт «Управление профилями» (Рис 4.).


В появившемся окне (Рис. 4.) последовательно нажимаем на кнопку « Создать» (по умолчанию для нового профиля будет предложено имя « Профиль_1» ), заполняем поле « Имя» фамилией «Варивода» и нажимаем кнопку « Закрыть» .

Теперь можно выбрать свой уникальный профиль из списка (Рис. 5.):


Рис. 5. Выбор собственного профиля

Задание 1. Удалите профиль Default и создайте профиль со своей фамилией и именем. Перед дальнейшей работой выберите свой профиль.

Создание и открытие программ

Пользовательский интерфейс среды по умолчанию устанавливает для первой новой программы имя « Untitled-1» (Безымянная-1), (Рис.6).


В дальнейшем номер каждой новой создаваемой Вами программы автоматически увеличивается на единицу. Однако более целесообразно использовать для своих программ уникальные "помогающие быстро найти нужную программу" имена.

В поле «Н овую программа» введите « Пример 1» и нажмите кнопку «Далее» (Рис. 7).


Рис.7. Создание или открытие программы

В дальнейшем открыть уже созданную программу можно, выбрав её из списка в поле « Файл/Открыть» (Открыть существующую программу) (Рис.8).


Доступ к программным блокам

В NXT-G реализован визуальный способ проектирования программ, что очень удобно для работы. Программа составляется из блоков. Каждый блок представляет различные типы действий. Блоки можно настраивать. Все блоки организованы и представлены в трёх палитрах программирования (Рис. 9) – «Основная», (Рис. 10) – «Полная», (Рис.11) – «Моя палитра». Одновременно можно работать только с одной палитрой.

Блоки имеют различную окраску, которая зависит от функционального назначения блока. Блоки, функциональное назначение которых, похоже, окрашены одинаково. Например, все блоки, которые отвечают за выполнение некоторого действия, окрашены зелёным цветом, а блоки, которые отображают текущие значения датчиков - жёлтым цветом. Цветовая окраска позволяет легко находить нужные блоки в палитре.

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:

  1. Basic Activities – содержит базовые блоки, которые реализуют такие операторы как константа, переменная, условие и т.д.;
  2. 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;
  3. Project – объединяет диаграммы входящие в проект, а так же различные конфигурационные файлы;
  4. Properties – содержит свойства выделенного блока;
  5. Diagrams window – содержит, непосредственно, диаграмму (исходный код) приложения.


Рисунок 3 — Среда программирования VPL

Выполним следующую последовательность действий:

  1. добавим блоки Data (из окна Basic Activities) и блок сервиса Simple Dialog (из окна Services),
  2. в блок Data введем “Hello, World!” (без кавычек) и выберем тип данных String,
  3. соединим блок Data с блоком Simple Dialog, появиться диалоговое окно,
  4. 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:

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

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:

  1. Basic Activities – содержит базовые блоки, которые реализуют такие операторы как константа, переменная, условие и т.д.;
  2. 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;
  3. Project – объединяет диаграммы входящие в проект, а так же различные конфигурационные файлы;
  4. Properties – содержит свойства выделенного блока;
  5. Diagrams window – содержит, непосредственно, диаграмму (исходный код) приложения.


Рисунок 3 — Среда программирования VPL

Выполним следующую последовательность действий:

  1. добавим блоки Data (из окна Basic Activities) и блок сервиса Simple Dialog (из окна Services),
  2. в блок Data введем “Hello, World!” (без кавычек) и выберем тип данных String,
  3. соединим блок Data с блоком Simple Dialog, появиться диалоговое окно,
  4. 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:

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



Лет эдак в 10-11, после долгих и беззаботных лет игры с контрукторами Lego, я узнал о существовании великолепного набора Mindstorms, который позволял создавать самых настоящих роботов без специализованных знаний электроники, электротехники и даже программирования. Я сразу же заинтересовался данной серией, но тогда моим мечтам обладать Mindstorms по различным (в основном — финансовым) причинам не суждено было сбыться.
Сейчас мне 20 и в честь юбилея друзья (спасибо им!) решили окунуть меня назад в детство и таки дать возможность полепить собственных роботов. Правда, в этот раз всё будет серьёзнее, чем в моих детских мыслях — мы будем действительно программировать Mindstorms под Debian GNU/Linux.

Неплохо, да?
Собственно, данный робот и будет нашей основной тестовой моделью. Но мы попробуем немного усовершенствовать его навыки. И для этого мы напишем небольшой кусочек кода.


Действительно. Идущее в комплекте ПО работает только в Windows и Mac OS. А у нас, внезапно, Debian Squeeze. К счастью, Mindstorms обладает огромным сообществом фанатов, которые придумали решение данной проблемы — использование альтернативного ПО для программирования роботов, в частности Bricxcc (здесь выложен полнейший мануал по настройке всего и вся).
А теперь немного теории — в программировании Mindstorms, как правило, помимо визуального среды ROBOLAB для Windows и Mac OS используется язык RCX, однако среди фанатов одним из наиболее популярных языков является достаточно простой NXC (Not eXactly C). Простая программа на NXC выглядит примерно так:

  1. task music()
  3. int lastTone=5000;
  4. while ( true )
  6. int tone= Random (5000)+500;
  7. int duration= Random (500);
  8. PlayTone(tone,duration);
  9. Wait(duration);
  10. >
  11. >
  12. task main()
  14. start music;
  15. while ( true )
  17. /* Determine Next Action */
  18. unsigned int duration= Random (5000);
  19. unsigned int motorSpeed= Random (100);
  20. unsigned int syncMode= Random (3);
  21. /* Display Next Action */
  22. ClearScreen();
  23. NumOut(0,LCD_LINE1,duration);
  24. NumOut(0,LCD_LINE2,motorSpeed);
  25. NumOut(0,LCD_LINE3,syncMode);
  26. /* Perform Next Action */
  27. switch (syncMode)
  29. case 0:
  30. OnFwdReg(OUT_AC,motorSpeed,OUT_REGMODE_SYNC);
  31. break ;
  32. case 1:
  33. OnRevReg(OUT_AC,motorSpeed,OUT_REGMODE_SYNC);
  34. break ;
  35. case 2:
  36. OnFwdSync(OUT_AC,motorSpeed,-100);
  37. break ;
  38. case 3:
  39. OnRevSync(OUT_AC,motorSpeed,-100);
  40. break ;
  41. >
  42. Wait(duration);
  43. >
  44. >

Для справки — данная программа заставляет «танцевать» нашего робота под нечто, напоминающее музыку.

Не буду спорить, программа совсем не сложна для понимания, но достаточно громоздка. И её можно заметно упросить, используя вместо написания кода на NXC специальный конвертер PyNXC. Иначе говоря, мы будем писать код на Python'е, а PyNXC будет преобразовывать его в NXC-код и загружать на устройство, избавив нас от необходимости писать громоздкий код на подобии Си.


Ну, а теперь, собственно, напишем на Python'е программу для путешествия нашего робота среди прозрачных чашек, но используя более грамотный алгоритм разворота:

Теперь наш робот научился разворачиваться на месте и, как только мешающий объект пропадет с поля его зрения, продолжать движение вперед.

Как вы уже, наверное, заметили, программировать Mindstorms очень просто. Стоит также сказать, что помимо NXC и Python с использованием PyNXC, можно писать код на Java, Lua, Ruby, Ассемблере, а также, что логично, использовать ассемблерные вставки в других языках.
Благодаря всему этому Mindstorms из детской игрушки превращается в весьма мощную штуку, позволяющую создавать сложные и «умные» механизмы, как например вот эта гитара:

Robot Commander представляет собой управляющее приложение для LEGO® MINDSTORMS®. БЕСПЛАТНАЯ загрузка для большинства смартфонов и планшетов; Robot Commander подключается к модулю EV3 по Bluetooth®. Это простое в использовании приложение позволяет взаимодействовать с вашими уникальными роботами EV3, даже не подключаясь к компьютеру! Это означает, что вы можете мгновенно начать игру с вашими собственными роботами!


Приложения для компьютеров и планшетов

Приложения LEGO® MINDSTORMS® EV3 Home для macOS, Windows 10 и планшетов на iOS и Android

Загрузите, установите, подключите и выполняйте задания по программированию. Для пяти основных роботов есть до пяти задач по программированию. Благодаря более продвинутому, но хорошо знакомому интерфейсу программирования и пяти сложным заданиям для вас и ваших роботов-героев, приложение EV3 Home для PC, Mac и планшетов сможет поднять ваши навыки робототехники на новый уровень!


Важная информация относительно программного обеспечения и приложений LEGO® MINDSTORMS® EV3!

Мы рады сообщить, что пользователям LEGO MINDSTORMS EV3 теперь будут доступны новые возможности при сборке и программировании их творений.

Новое приложение LEGO MINDSTORMS EV3 Home с языком программирования на основе Scratch заменит используемое в настоящее время ПО LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition (Labview) для Windows 10 и macOS, а также приложение LEGO MINDSTORMS EV3 Programmer для планшетов на iOS/Android.

Приложение LEGO MINDSTORMS EV3 Programmer будет удалено из магазинов приложений в конце июня 2021 года.

Выведенное из эксплуатации ПО LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition (Labview) для Mac и PC можно найти ниже. Обратите внимание, что это ПО больше не поддерживается LEGO Group.

Читайте также: