Тренажер для lego mindstorms ev3 virtual robotics toolkit

Обновлено: 28.04.2024

Перевод на русский язык с изменениями и дополнениями:

Проектирование и конструирование

Программирование

Имитационное моделирование (симуляция)

Анализ

MINDSTORMS EV3 / NXT — Ультразвуковой датчик
MINDSTORMS EV3 / NXT — датчик касания
MINDSTORMS EV3 — ИК-датчик

1. Введение

Возможно, наиболее очевидным преимуществом является то , что при использовании моделируемого робота мы можем писать программы для работы с роботом, даже если он физически не доступен. Например, ваш клуб робототехники может иметь только один комплект для сборки MINDSTORMS ® робота, но вся команда может работать и программировать на цифровую версию такого же комплекта MINDSTORMS ® робота в классе или дома.
Когда речь заходит о средах (реальных и виртуальных), моделирование предлагает гораздо большее разнообразие решений, чем это будет возможно физически. Это может быть даже слишком дорогим , чтобы протестировать наш робот в ближайшем невесомом космическом пространстве, в нашем случае мы могли бы легко имитировать его.
С помощью виртуальных робототехники, вы никогда не потеряете детали LEGO ® MINDSTORMS ® , и их всегда легко найти, а кроме того у Вас будет своя библиотека деталей, узлов и готовых роботов и программ к ним.
Работая в полностью цифровом пространстве, мы можем построить Вашу модель один раз, а затем сохранить её навсегда. Что дает нам возможность гораздо легче конкурировать и делиться своим роботами с другими пользователями по всему миру.

2. Установка и настройка

2.1 Минимальные системные требования к компьютеру

Intel Core Duo или лучше
2 Гб оперативной памяти
1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
Windows 7 или выше

2.2 Рекомендуемые системные требования к компьютеру

Intel ISeries, i3 или лучше
4 Гб оперативной памяти
1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
Dedicated видеокарта
Windows 7 или выше

2.3 Поддерживаемые платформы Robotics

2.3.2 LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 ™ — (3 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.2) приведен список датчиков EV3, которые поддерживаются в тренажере.

2.3.1 LEGO ® MINDSTORMS ® NXT ™ — (2 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.1) приведен список датчиков NXT, которые поддерживаются в тренажере.

2.4 Дополнительные ресурсы

2.4.1 LEGO ® среда программирования как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

Рисунок 2.3 Пример кода программы робота в среде программирования ev3.

2.4.2 Среда моделирования LEGO ® Digital Designer ™ как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

LEGO ® Digital Designer ™ (или LDD, так он обычно называется) является свободно доступным CAD инструментом. Если у Вас есть серьезный интерес в разработке собственных цифровых роботов, то Вам будет полезным рассмотреть вопрос о более близком ознакомлении с этим инструментом проектирования.

LDraw

В дополнение к LEGO Digital Designer, вы можете также рассмотреть вопрос установки LDraw «все-в-одном» библиотеки деталей LEGO ® . LDraw поддерживает многие форматы файлов, поддерживаемых LEGO Digital Designer, и, вероятно, самый популярный формат файлов для создания и совместного использования 3D моделей LEGO между программами САПР.

Virtual Robotics Toolkit содержит мастер импорта, который может быть использован, чтобы импортировать LDraw файлы в тренажер. Правда, нет необходимости устанавливать эту библиотеку, но она предоставит намного больше возможностей для различных типов LEGO ® деталей, которые могут быть приведены в тренажере.

После установки LDraw «все-в-одном» библиотеки, вы также можете, обновить LEGO Digital Designer , так что вы можете экспортировать свои модели на SIM — карте. Для этого достаточно в меню Virtual Robotics Toolkit нажать на Help и выбрать пункт Patch LEGO Digital Designer .

Рисунок 2.5: Применение заплатки для LEGO Digital Designer

2.4.3 Дополнительные Интернет ресурсы

3. Экран приветствия

В этой главе рассмотрим проекты по умолчанию, которые включены в базовую установку Virtual Robotics Toolkit, и будем рекомендовать курс обучения. Мы завершим эту главу, продемонстрировав, как интерфейс Тренажера может быть настроен, чтобы наилучшим образом удовлетворить ваши потребности.

3.1 Установка Virtual Robotics Toolkit

Рисунок 3.1.1 При первом запуске Virtual Robotics Toolkit введите лицензионный ключ если Вы приобрели лицензию или выберите радиокнопку Continue with trial period. (14 days remaining) — продолжить 14 дневную пробную версию — > нажать OK

Далее, через 30-40 секунд появиться экран приветствия с открытой вкладкой Sim Basics — Базовые Симуляции:

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

Рисунок 3.2: Вкладка SimBasics (Базовые симуляторы). Прокрутите справа движок окна вниз и вы увидите 8 проектов виртуальных миров (сред обитания роботов) из них 4 мира спроектированы для LEGO ® EV3

Перевод на русский язык с изменениями и дополнениями:

Проектирование и конструирование

Программирование

Имитационное моделирование (симуляция)

Анализ

MINDSTORMS EV3 / NXT — Ультразвуковой датчик
MINDSTORMS EV3 / NXT — датчик касания
MINDSTORMS EV3 — ИК-датчик

1. Введение

Возможно, наиболее очевидным преимуществом является то , что при использовании моделируемого робота мы можем писать программы для работы с роботом, даже если он физически не доступен. Например, ваш клуб робототехники может иметь только один комплект для сборки MINDSTORMS ® робота, но вся команда может работать и программировать на цифровую версию такого же комплекта MINDSTORMS ® робота в классе или дома.
Когда речь заходит о средах (реальных и виртуальных), моделирование предлагает гораздо большее разнообразие решений, чем это будет возможно физически. Это может быть даже слишком дорогим , чтобы протестировать наш робот в ближайшем невесомом космическом пространстве, в нашем случае мы могли бы легко имитировать его.
С помощью виртуальных робототехники, вы никогда не потеряете детали LEGO ® MINDSTORMS ® , и их всегда легко найти, а кроме того у Вас будет своя библиотека деталей, узлов и готовых роботов и программ к ним.
Работая в полностью цифровом пространстве, мы можем построить Вашу модель один раз, а затем сохранить её навсегда. Что дает нам возможность гораздо легче конкурировать и делиться своим роботами с другими пользователями по всему миру.

2. Установка и настройка

2.1 Минимальные системные требования к компьютеру

Intel Core Duo или лучше
2 Гб оперативной памяти
1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
Windows 7 или выше

2.2 Рекомендуемые системные требования к компьютеру

Intel ISeries, i3 или лучше
4 Гб оперативной памяти
1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
Dedicated видеокарта
Windows 7 или выше

2.3 Поддерживаемые платформы Robotics

2.3.2 LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 ™ — (3 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.2) приведен список датчиков EV3, которые поддерживаются в тренажере.

2.3.1 LEGO ® MINDSTORMS ® NXT ™ — (2 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.1) приведен список датчиков NXT, которые поддерживаются в тренажере.

2.4 Дополнительные ресурсы

2.4.1 LEGO ® среда программирования как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

Рисунок 2.3 Пример кода программы робота в среде программирования ev3.

2.4.2 Среда моделирования LEGO ® Digital Designer ™ как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

LDraw

Рисунок 2.5: Применение заплатки для LEGO Digital Designer

2.4.3 Дополнительные Интернет ресурсы

3. Экран приветствия

3.1 Установка Virtual Robotics Toolkit

Далее, через 30-40 секунд появиться экран приветствия с открытой вкладкой Sim Basics — Базовые Симуляции:

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

Разве можно заниматься робототехникой «виртуально» и зачем это нужно? Рассказывает Валентина Любимова, педагог дополнительного образования и методист Академии цифровых технологий (г. Санкт-Петербург). Подборка виртуальных сред проектирования и программирования роботов поможет вам перенести занятия в онлайн.

Симулятор Virtual Robotics Toolkit

Робототехника дистанционно?

Последние два месяца самыми актуальными вопросами для преподавателей образовательной робототехники являются вопросы «Как работать?»

Я еще несколько лет назад начала рассматривать разные варианты для возможности проведения занятия по робототехнике с детьми 7-13 лет не только с реальными конструкторами, но и с использованием разных симуляторов и других инструментов. Нельзя сказать, что выбор доступных средств достаточно широк. Однако, за последнее время мы видим тенденцию развития данных направлений. Появляются новые платформы. Уже существующие платформы снижают плату за свое использование или делают использование бесплатным на определенный период.

Зачем?

При этом остается вопрос — зачем заниматься робототехникой «виртуально»?

Даже если есть возможность использовать реальные конструкторы (да простят меня приверженцы ардуино – я данные робототехнические конструкции тоже отношу к конструкторам), использование симуляторов и других инструментов компьютерного моделирования дает существенное развитие ребенку, открывает новые возможности.

В виртуальных средах можно заниматься даже без оборудования, только имея компьютер и доступ в интернет.
Владение инструментами САПР дает возможности для дальнейшего совершенствования моделей.
Работа в виртуальных программных оболочках позволяет быстрее отлаживать различные программные алгоритмы, которые потом гораздо проще тестировать на реальных роботах (при наличии определенного опыта).
Увлеченные дети могут дома в любое свободное время заниматься созданием конструкций, написанием кода, которые позже тестируют на занятиях в классе. При таком подходе усвоение материала проходит гораздо быстрее.
В виртуальных средах можно проводить соревнования.
На крупных соревнованиях возрастают требования к участникам — недостаточно только прийти на площадку и запустить собранного и настроенного дома робота.
- Проверяются знания участников в умении программировать роботов под измененные задачи.
- Оценивают процесс работы над проектом и то, что проект может быть «тиражируемым», т.е. другой участник при должной квалификации сможет создать такого же робота по вашей инженерной книге.
Платформы для дистанционных занятий

Образовательная робототехника включает в себя две главные части:

Систем автоматизированного проектирования (САПР), используемых в образовательной робототехнике, немало, и выбор инструмента зачастую зависит от робототехнической платформы, на которой работает преподаватель, возраста учащихся и целей занятий.

Системы САПР

САПР для LEGO

Например, для подготовки проектной документации для Lego существует несколько:

Самая простая, которая подходит для «быстрого старта» и простого изучения с детьми — LDD, другие CAD-системы может быть и сложнее для изучения и использования, но имеют больший функционал.

Lego Digital Disigner

САПР для VEX

Для конструкторов VEX используют другие САПР. Наиболее популярная система на текущий момент SnapCAD для VEX IQ. Достаточно простая в использования, содержит библиотеку элементов VEX IQ, есть возможность создать свои детали и распечатать на 3D-принтере.

Если же вы проводите занятия на конструкторах «старших» серий VEX, то для проектирования можно использовать САПР с расширенным функционалом, такие как Inventor.

САПР для других платформ

Для занятий с детьми «продвинутого» уровня, которые создают свои модели, проектируя и впоследствии изготавливая на 3D-принтерах и лазерных станках, можно использовать различные популярные САПР.

Например, работая в tinkercad, можно не только создать 3D-модель для изготовления, но и создать виртуальную электронную схему с Arduino, которую потом и запрограммировать, и посмотреть работу в симуляторе. Таким образом, данная платформа удачно объединяет все возможности для виртуальной работы.

Виртуальные симуляторы роботов

Однако, и работая с другими робототехническими конструкторами, можно использовать симуляторы, где можно отрабатывать как простые, так и сложные действия. В основном, все симуляторы, обладающие расширенным функционалом (возможностью создавать физическую среду, загружать собственные полигоны и модели роботов), можно назвать «условно бесплатными», т.е. у них есть или бесплатный период использования, или бесплатный период предоставляется сейчас, ввиду сложившейся ситуации в мире.

Наиболее известные в данной категории симуляторы:

Virtrual Robotics Toolkit
- Отечественная разработка на русском языке
- Реализовано для конструкторов ТРИК, Lego Mindstorms и квадрокоптеров «Пионер»
- Большая библиотека методических разработок
- Есть возможность загрузки собственных полигонов
- Визуальный язык программирования + текстовые языки
На данный момент разработчики предложили новый продукт TRIK Studio Junior, бесплатную среду программирования с «Исполнителем» для младших классов. Возможность загрузки кода в реального робота не предусмотрена.

У разработчиков TRIK есть огромное преимущество перед зарубежными аналогами – бесплатность и огромное количество методических материалов, позволяющих начинать работать, практически не имея базовой подготовки.

Однако, и у зарубежных разработчиков есть неплохие, простые, бесплатные симуляторы, позволяющие изучать робототехнику легко и просто.

Безусловно, рассматривая симуляторы в робототехнике, нельзя не отметить еще одну отечественную разработку от Центра робототехники из Владивостока – среду MUR IDE (Python), созданную для робототехнического конструктора Автономный подводный робот.

Используя симулятор, можно подготовиться к различным соревнованиям, таким как ОНТИ, Олимпиада Innopolis Open и другие.

Среда MUR IDE (Python)

Симулятор роботов CoppeliaSim

В заключении хотелось бы отметить ряд игр, направленных на развитие алгоритмического мышления и конструирование. К первым традиционно относят такие игры как Colobot и Ceebot, которые наверняка известны многим.

А для развития конструкторского мышления стоит рассмотреть игру Bad Piggies – для смартфонов и планшетов, в которую с удовольствием играют и успешно осваивают основы физики и конструирования и дошкольники, и взрослые.

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.

The possibility of simulating processes or products and their behavior in the environment throughout the entire life cycle has a clear and positive impact in all stages of development and maintenance of an equipment or system. Nevertheless there are also pitfalls which can be easily avoided, head to our software simulation article to learn more.

In this article we will explore some of the features of Virtual Robotics Toolkit, a feature-rich simulation environment for LEGO Mindstorms robots which allows testing any robotic creation similar to an actual model without actually owning one – simply import any LDraw 3D model, load an EV3-G script, run the simulation and start observing what your robot does.

Overview

Virtual Robotics Toolkit (VRT) has been developed by Cogmation Robotics, a Canadian company with over 10 years of experience in the field of custom robotics simulators, better known for products like robotSim or the Roboteer mobile app. Development on the VRT software started over 9 years ago and supported more expensive robots such as the NAO.

Trash Trek Challenge example project
Click to enlarge

VRT is geared towards STEM educational audiences and is a great asset for teams who want to get their creations in shape for robotics competitions such as the FIRST LEGO League (FLL) or the World Robot Olympiad (WRO). In fact the are integrated example project selection includes sample projects for current challenges – complete with robot models, environment as well as documentation – in order to help getting your projects up and running in a very short time.

Personally I found the help section to be written in a clear and succinct manner, and was able to access most basic functionality after only a few minutes, and relevant information can be easily found while using the software. Additional resources are available online, there is some pretty extensive documentation as well as established communities.

The prime feature of VRT is the ability to import your own 3D LEGO models made with any CAD software based on the LDraw framework standard. This means that you can use the official LEGO Digital Designer tool or alternatives such as MLCAD to build robots or other assemblies and then seamlessly import them and test their functionality in VRT.

Programming the virtual LEGO bricks takes place as if these were the real thing, and this is not an overstatement. Any program previously created with the official EV3-G or NXT-G visual environments can be imported in VRT and executed as if it were uploaded onto a physical brick after quickly mapping motors and sensors to their ports.

Speaking of sensors, most official Mindstorms sensors are supported (ultrasonic, infrared, color, touch) as well as the HiTechnic infrared and compass sensors.

Getting started

A Virtual Robotics Toolkit single seat license will cost US $50 while a 10 seat team license will set you back about US $200. You can access the ordering page to get your copy or find more licensing info.

Most modern computers should easily cope with VRT and the other software products, so as long as your system is equipped with an Intel i3 or equivalent CPU, has a decent amount of RAM and runs Windows 7 or MacOS X you should not worry about it.

In order to take advantage of VRT’s full potential you need to install the LEGO CAD and programming tools as well as the LDraw parts library. All of them are available as free downloads for Windows and Mac:
Once everything is in place, after launching VRT, in this case VRT for Windows, you can patch the LDD software by clicking the corresponding option in the Help menu. Should you also use the older NXT-G software you can also apply the corresponding patch from the same menu. This is the final setup step, next you can start working with the software.

Features

In the following you can find an overview of various functionalities offered by VRT, covering importing, programming and running your simulation. Advanced features such as physics engine and rendering accuracy, workflow and other more advanced features will be covered in a future article after observing various aspects in a longer period of using the software.

Importing a 3D model
This is accomplished from Environment->Import Model… and then following the on screen instructions. I did not previously create a model with LDD and imported a model already present in the LDraw library, in this case the 42035 truck set rendering. From the Environment menu you can also customize your working environment by changing the physics parameters, lights, backdrop or define various triggers.

Importing a LEGO 3D model

Uploading a program to the virtual brick
This procedure is very similar as if the program would be uploaded to a physical EV3 brick. The virtual brick needs to be displayed by accessing View->EV3. After this turn on the brick from the virtual power button and the brick should appear in the EV3-G software in the Available bricks area, then the program can be uploaded. Other options in the View menu allow you to select various displays such as console, real time sensor data, devices list and so on.

Uploading a file to the virtual LEGO EV3 brick from EV3-G

Robot attachments and actors
From here you can manage the robot’s attachments such as sensors, arms or other assemblies as well as objects in the environment by selecting the appropriate option from the Actors menu.

Actors and robot attachments

Preferences and other settings
In File->Preferences… you can change the 3D rendering quality and frame rate, viewport limits, network and input settings, measurement units and other parameters.
Preferences display

Hopefully you enjoyed this article and found some useful info, as mentioned earlier there will be a series of articles about VRT. You can also find out more info by accessing the resources below.

Resources

Author Dan Mihai

Dan Mihai is an Automation and Computer Science graduate, he has a passion for robotics and is especially enthusiastic about wheeled mobile robots, AGVs and things with wheels in general.

Related PostsView more

Visual Components Introduces Next Generation Simulation Software

ArtiMinds RPS: a Faster and More Intuitive Way of Programming Industrial Robots

EasyEDA: Free Web-Based PCB Design and Simulation Tool

Microsoft Announces Linux Shell Integration on Windows 10

Visual Components: an Advanced Production Line Simulation Software

RoboDK: An Offline Programming and 3D Simulation Software for Industrial Robots

Leave a Reply Cancel reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Читайте также: