Виртуальный конструктор для детей

Обновлено: 01.05.2024

Сейчас мы готовим новую площадку для детских занятий. В процессе подготовки стал вопрос выбора платформы, на которой будем обучать. По такому случаю мы подготовили обзор имеющихся платформ с обоснованием выбора. Документ, вроде, интересный получился, решил его здесь опубликовать. Некоторые вещи изложены сильно упрощенно, поскольку текст предназначен не только для хардкорных технарей.

Большая методическая база на русском языке;
От преподавателя требуется не очень высокая квалификация;
Конструктор очень прочный, детям редко удается что-то сломать.

Изначально это все-таки детский конструктор, для серьезных задач не предназначенный;
Конструктор закрытый, ни с чем не совместим, производитель искусственно создает препятствия к тому, чтобы можно было цеплять к нему компоненты других конструкторов и разрабатывать собственные компоненты;
Программировать можно либо в визуальных средах программирования, либо на С++.

Fishertechnic

Есть и другие конструкторы, основной смысл которых — демонстрировать детям какие-то отдельные интересные инженерные элементы. Они имеют достаточно узкое применение, мы их особо не изучали.
Стоимость Fishertechnic примерно соответствует стоимости Лего.

Arduino

Arduino — самая распространенная платформа для взрослой робототехники и электроники, вторая по распространённости среди детей. Разработка полностью открытая, у нее есть множество ответвлений.

Raspberry Pi и аналоги

Raspberry Pi — это компьютер под управлением операционной системы Linux, имеющий размеры баковской карты. На нем можно запускать те же программы, делать те же вычисления, что и на настольном компьютере (есть видеовыходы, аудиовыходы, USB). Малые размеры вкупе с низким энергопотреблением позволяют устанавливать его на подвижных роботов.

Raspberry поддерживает язык программирования Python. Это наиболее перспективный учебный язык программирования. На западе учебные заведения постепенно переводят на него свои учебные программы. Поддержка этого языка, по нашему мнению, является главным достоинством Raspberry.

По сравнению с Ардуино, Raspberry имеет примерно в два раза более высокую стоимость;
Подключать внешние устройства (датчики, моторчики) к ней существенно сложнее, если не использовать специальные модули расширения.

Например, может быть реализован следующий сценарий использования: сначала, когда ребенок только начинает заниматься робототехникой, он работает с Ардуино в графической среде программирования; далее, когда он вырастает из графической среды, подключаем к ардуине Raspberry, и ребенок начинает программировать на Python, использовать различные дополнительные возможности. Если дорогая Raspberry недоступна, ребенок может программировать имеющуюся ардуину на С++.

Механические конструкторы для Arduino и Raspberri

На наш взгляд, наиболее перспективным является недавно появившийся конструктор Multiplo. В отличии от других конструкторов у него основные детали не металлические, а вырезаны из трехмиллиметрового пластика. Благодаря этому их можно вырезать самостоятельно на специальном станке (тем более, что 3Д-модели деталей выложены в открытый доступ, проект опенсорсный). Если специальный станок недоступен, детали можно вырезать руками с помощью лобзика и дрели.
Помимо винтов в Multiplo широко используются пластиковые заклепки, благодаря этому собирать конструктор гораздо интереснее и быстрее.

Стоимость Huna с Ардуино на борту примерно соответствует стоимости Лего. Стоимость Multiplo с Ардуино на борту примерно в полтора раза ниже.

У детей развивается мелкая моторика;
Нигде на производстве не используются крепления как в Лего, везде крепеж на винтах.

Заключение

Мы остановились на варианте arduino + Raspberry Pi + конструктор Multiplo.

До седьмого класса нужно что-то другое, этот вопрос мы пока мало изучали.

Если стоит задача привить интерес к каким-то узким отраслям промышленности, то нужен Fishertechnic или аналог.

Если стоит задача научить детей самих нарезать и печатать детали, то за основу лучше брать Multiplo.

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.

Сегодня мы подготовили небольшую подборку электронных конструкторов, с помощью которых ребенок сможет сделать собственные первые эксперименты и совершить первые шаги в программировании.

Опыты с электроникой в последнее время стали довольно популярны: даже в розничных магазинах можно встретить большое количество однотипных, локализованных разными поставщиками, подарочные коробки, внутри которых инструкции для коротких проектов.

Один из самых простых примеров — это «Картофельные часы», "Природное электричество" и т. п.

Последний — это не совсем электронный конструктор, хотя и грань между ними довольно тонкая: набор простых компонентов — есть; схема для сборки, или активации простых элементов — есть; провода, инструкция… В общем, пытаются соответствовать.

Честно говоря, при довольно-таки богатой коробке — весьма незамысловатое наполнение. В комплекте несколько медных и цинковых пластин, провода, крышки, для которых придется самостоятельно искать бутылки, диод на подставке и очень просто сделанные цифровые часы.

Чем может привлечь? Для того, чтобы активировать что-либо, необходимо приложить какие-то усилия сверх набора: найти соленую воду, цветок в горшке или пару яблок. В этом смысле маленькому ребенку может быть любопытно и полезно узнать, что некоторые вещи, которые нас окружают немного необычны.

Надолго такой игрушки не хватит, но часы, подключенные к маминому фикусу вполне могут простоять какое-то время и даже показывать его же, если не забывать вовремя поливать. Стоимость 790 рублей.

Похожим на этот набор можно назвать "Мастерскую электричества", о которой мы не так давно писали. Набор также кому-то кажется слегка переоцененным, но у него есть ряд достоинств.

Две цветные инструкции: текстовая и визуальная, несложная платка с удобным пружинным креплением проводов, что не требует от ребенка сверхчетких действий. И, также как и в описанном выше наборе, некоторое пространство для творчества вместе с соленой водой и т. п. Всего же «Мастерская» электричества предлагает свыше 20 экспериментов.

В наборе моторчик, динамик и несколько лампочек. При, опять же, некоторой «бедности» комплектации сама коробка оформлена весьма приятно и тянет на хороший сувенир ребенку на время школьных каникул.

Микроник — пожалуй, наш самый любимый образец.

Это проект «Амперки» хорошо знакомого вам производителя наборов для программирования на базе Arduino.

Микроник же стоит особняком: ничего программировать тут не надо. Это начальный набор для первых опытов.

В наборе свыше сотни компонентов, которые последовательно должны занять свое место на маленькой плате.

Плата действительно миниатюрная, за что данный конструктор некоторые критикуют, мол, ребенку трудновато работать на таком пространстве. Тут есть и рацзерно. Но одна из задач, вероятно, и была «конструктор для маленьких» сделать маленьким.

Некоторые эксперименты, а также комплектацию «Микроника» мы уже описывали в одном из давних обзоров аж за 2015 год.

Сильно фантазировать тут не получится: все двадцать моделей, которые предусмотрены, собираются из предложенных в наборе компонентов, то есть без соленой воды, фруктов и пластиковых бутылок можно обойтись.

Простейшие эксперименты собираются довольно легко, так как отсчитать нужное количество клеточек для подключения в относительной пустоте не очень сложно.

Иные же модели потребует большего усердия и внимательности.

Из относительно недорогих проектов «Амперки» также хотелось бы упомянуть "Технокуб". Он любопытен тем, что поможет создать ребенку первое смарт-устройство самостоятельно.

Работает он на базе платформы Iskra Neo с микроконтроллером ATmega32U4, что, как уточняют авторы, аналог Arduino Leonardo.

Всего в наборе не так много компонентов, из которых предлагается собрать куб с диодной нотификацией о разных событиях.

С учетом того, что многие подобные вещи нас окружают, начиная от умных браслетов, которые оповещают о звонках, до датчиков движения, смарт-камер с многочисленными пушами, такое занятие кажется очень своевременным.

Вернемся к обычным конструкторам. Из аналогов «Микроника» следует упомянуть конструкторы "Знаток". Главное их отличие — большая наглядность, упрощенный и более надежный способ закрепления элементов.

Безусловно, некоторая атмосфера «серьезного» взрослого конструктора теряется, но для постижения простых законов физики и электроники, возможно, она и не нужна. Элементы конструктора крепятся к плате с помощью «кнопок».

Все выполнено из жестких элементов, и значит конструкция не развалится, не рассыпется: это довольно надежно и прагматично. Сама же «плата» в разы больше и «Мастерской электричества», и уже «Микроника» подавно.

Что-то не доделал? Легко убрать с доской и отложить до следующего раза.

Раз уж мы коснулись темы электронных робототехнических конструкторов, то уместно упомянуть пару примеров. Во-первых, электронные конструкторы «ЛАРТ».

Компания известна на рынке аналогичными наборами электронных экспериментов, типа «Природного электричества» и несколькими моделями программируемых простых моделей. Среди них, например: «Робот-скиф», который управляется блоком R-5 с контроллером Arduino nano.

В комплекте вы получаете:
- Несущая пластина – 1 шт.
- Мотор-редуктор – 4 шт.
- Колесо пластиковое – 4 шт.
- Батарейный отсек на 6 шт. батареек АА – 1 шт.
- Блок управления R-5 – 1 шт.
- Контроллер совместимый с Arduino Nano – 1 шт.
- Инфракрасный датчик ЛМ1-940 – 2 шт.
- Ультразувковой датчик HC-SR04 – 1 шт.
- Сервомотор SG90 – 1 шт.
- Пластиковый держатель УЗ датчика – 1 шт.
- USB кабель – 1 шт.
- Стойка латунная 10 мм – 2 шт.
- Стойка латунная 20 мм – 4 шт.
- Винт М3 х 25 мм – 8 шт.
- Винт М3 х 6 мм – 14 шт.
- Винт М2 х 6 мм — 2 шт.
- Гайка М3 — 2 шт.
- Гайка М2 — 2 шт.
- Комплект проводов – 1 шт.
- Трубка пластиковая для ИК диодов — 2 шт.
- CD диск с описанием конструктора — 1 шт.
Чуть более простой и чуть более дешевый «ЛАРТ» — «Робот, следующий по линии».
- Несущая пластина.
- Ходовая часть: 2 электромотора с колесом 42 мм, держателем моторов и крепежных винтов с гайками М2. И шариковая опора
- Батарейный отсек с 6-ю батарейками типа АА и крепежными винтами с гайками М3.
- Блок управления R5 с контроллером Arduino Nano, металлическими стойками 25 мм и крепежными винтами М3 х 6мм.
- Набор пластиковых деталей робота.
- Крепежные элементы
- Батарейный отсек для 6-ти батареек АА
- Батарейный отсек для 4-х батареек АА
- 4 сервомотора SG90
- Блок управления R-5M
- Контроллер Arduino Nano
- Резиновые ножки
Всего есть несколько наборов. Например, «Стартовый набор» первого уровня призван объяснить основы электроники.

Он построен по принципу обучающих уроков: всего их 30, каждый из которых последовательно включает и теоретическую часть и практические навыки.

Урок №1. Основные понятия электричества.
Напряжение, сопротивление, мощность, сила тока, закон Ома.

Урок №2. Светодиод.
Особенности применения и подключения

Урок №3. Тактовая кнопка.
Использование в электрической цепи

Урок №4. Работа с мультиметром.
Методика измерения электрических характеристик

Урок №5. Переменное сопротивление.
Реостат и потенциометр, их назначение и применение.

Урок №6. Транзисторы.
Описание и разновидности. Построение цепи на основе биполярного транзистора

Урок №7. Последовательное соединение проводников.
Характеристики и особенности. Расчет электрической цепи.

Урок №8. Терморезистор и фоторезистор.
Описание и особенности использования.

Урок №9. Делитель напряжения.
Принцип деления напряжения. Расчет параметров цепи.

Урок №10. Вольт-амперная характеристика.
Определение и функциональное предназначение.

Урок №11. RGB-светодиод.
Особенности подключения полноцветного светодиода.

Урок №12. Параллельное соединение проводников.
Характеристики и особенности. Расчет электрической цепи.

Урок №13. Конденсатор.
Разновидности, характеристики и применение.

Урок №14. Однопереходный транзистор.
Принцип работы и практическое использование в схемах.

Урок №15. Создание простого колебательного контура.
Мигающий светодиод.

Урок №16. Начало работы с микросхемами.
Микросхема счетчика импульсов в мини-проекте «Бегущий огонёк».

Урок №17. Применение микросхемы триггера Шмитта в цифровых системах.
Мини-проект «Автоматический бегущий огонёк».

Урок №18. Особенности работы с 7-сегментным цифровым индикатором.
Мини-проект «Змейка».

Урок №19. Знакомство с логическими элементами.
Микросхема с элементом «НЕ» в мини-проекте «Автоматический ночной светильник»

Урок №20. Микросхема с логическим элементом «И».
Понятие обратной связи и мини-проект «Код доступа».

Урок №21. Триггеры в электронике.
Микросхема D-триггера в мини-проекте «Пластификатор цифр».

Урок №22. Изучение 555-го таймера.
Моностабильный режим работы. Мини-проект «Таймер для домофона».

Урок №23. Работа 555-го таймера в режиме генератора непрерывных колебаний.
Мини-проект «Полицейский маяк».

Урок №24. Принципы создания звука. Звуковой динамик.
Мини-проект «Музыкальный синтезатор».

Урок №25. Расширенное управление таймером.
Мини-проект «Спецсигналы».

Урок №26. Применение драйвера 7-сегментного индикатора.
Мини-проект «Секундомер».

Урок №27. Разновидности электродвигателей.
Коллекторный двигатель и управление им с помощью реле.

Мини-проект «Привод автомобильного стеклоочистителя».
Урок №28. Управление электродвителем с применением Н-моста.
Мини-проект «Лебедка».

Урок №29. Микросхема-драйвер для управления электродвигателем.
Мини-проект «Повелитель мотора».

Урок №30. Управление сервоприводом.
Мини-проект «Сервометроном».

В основе каждого урока один или несколько экспериментов для улучшения восприятия и закрепления знаний. Все, как в школе, в общем. В процессе этой «занимательной физики» ребенку объяснят принципы создания колебательных систем, формирования цифровых сигналов, научат создавать собственные устройства из предложенных микросхем и элементов.

Учебное пособие по основам электроники
Часть 1 — 1 шт.
Часть 2 — 1 шт.

Набор светодиодов:
Красный — 5 шт.
Желтый — 5 шт.
Зеленый — 5 шт.

Набор резисторов:
120 Ом — 20 шт.
240 Ом — 20 шт.
1 кОм — 20 шт.
10 кОм — 20 шт.
100 кОм — 20 шт.

Набор тактовых кнопок с колпачками:
Тактовый кнопки — 3 шт.
Цветные колпачки — 3 шт.

Биполярный транзистор — 5 шт.

Переменный резистор (потенциометр) — 2 шт.

Фоторезистор VT93N1 — 1 шт.

Набор перемычек для макетной платы — 1 шт.

Болтовой клеммник — 3 шт

Макетная плата
82х53 — 2 шт.

Соединительные провода
«папа-папа» длиной 20 см — 40 шт

Батарейный отсек на 4 батарейки АА — 1 шт.

Мультиметр цифровой — 1 шт.

Набор электролитических конденсаторов:
1 мкФ — 5 шт.
47 мкФ — 5 шт.
4,7 мкФ — 5 шт.
100 мкФ — 5 шт.
220 мкФ — 5 шт.

Термистор 10 кОм — 1 шт.

RGB светодиод — 1 шт.

Однопереходный транзистор — 5 шт

Батарейки АА — 8 шт.

Серводвигатель — 1 шт.

Бузер — 1 шт.

Соединительные провода
«папа-мама» длиной 20 см — 20 шт

Мотор-редуктор — 1 шт.

Диод выпрямительный — 5 шт

Отвертка — 1 шт.

Набор микросхем (18 шт):
74hc4017 — 1 шт.
74hc14 — 1 шт.
74hc08 — 2 шт.
74hc04 — 2 шт.
74hc02 — 2 шт.
CD4026 — 2 шт.
L293D — 1 шт.
NE555 — 3 шт.
CD4013 — 4 шт.

7-сегментны индикатор — 2 шт.

Набор керамических конденсаторов:
0,1 мкФ — 5 шт.
0,01 мкФ — 5 шт.

Светодиод синий — 5 шт.

Реле одиночное — 1 шт

Динамик — 1 шт.

Батарейный отсек 1хАА — 1 шт

Батарейный отсек 2хАА — 1 шт.

Стабилизатор напряжения — 2 шт

Датчик наклона — 1 шт.
Модуль с тактовыми кнопками — 2 шт.
DVD диск — 1 шт.

Стоимость такого комплекта — 6999 рублей.

Также в линейке есть похожий конструктор, который отчасти решает аналогичные задачи, с более богатой комплектацией на базе контроллера Arduino.

Моё детство примерно на 20% состояло из Dungeons & Dragons (D&D) и на 80% — из LEGO. Эти два занятия очень сильно пересекались. Мне, по разным причинам, не разрешали всё время играть в D&D. Но я, привлекая на помощь воображение, и достигнув в этом деле успехов, достойных плута 15 уровня, понял, что создание персонажей AD&D игрой не считается. Воссоздание вселенной DragonLance средствами LEGO очень хорошо помогало мне быть ближе к игре, которая мне очень нравилась.

Поэтому одним из моих любимых направлений в LEGO были замки. Я тратил многие часы, выдумывая подземелья для моих героев. Для того чтобы не терять свои находки, и из-за того, что я видел, как мои друзья в школе чертят карты подземелий, я составлял планы своих LEGO-моделей на миллиметровке. Кроме того, я пытался сохранить и сведения о том, как именно были устроены модели. Использование миллиметровки казалось логичным для изображения того, что, в основном, состояло из прямоугольных блоков. Но меня, в итоге, сгубило недостаточно хорошее понимание правил изометрической проекции.

Теперь, хоть я и стал старше, моя любовь к LEGO не угасла. И хотя я и не могу сказать, что очень уж горжусь своими моделями (их называют MOC-моделями), я почувствовал, что просто должен разобраться с тем, как мне документировать то, что создаю. Я никогда не умел очень уж хорошо рисовать. Поэтому я решил обратиться к компьютеру.

CAD для LEGO

Несколько лет я работал в сфере виртуального 3D-моделирования (а в сфере обычного 3D — и того больше). Я хорошо владею 3D-приложениями, но всё, чем я пользовался, заточено под анимированную графику и под производство фильмов. Все эти программы, как, собственно, и фильмы, рассчитаны на то, чтобы создать красивую картинку. Как именно что-то сделано, до тех пор, пока всё выглядит хорошо, не так уж и важно. Если, ради того, чтобы что-то выглядело бы очень хорошо, нужно «обмануть» законы физики, то это вполне приемлемо, так как это будет существовать только в виртуальном пространстве.

А вот системы автоматизированного проектирования (Computer-Aided Design, CAD), это уже нечто другое. CAD-приложения пришли на смену обычным чертежам. В них создают спецификации, иллюстрирующие то, как нечто может быть создано в реальном мире. От этих программ ждут точности и реализма.

Так как невероятно много людей увлечено LEGO, существует активное сообщество тех, кто создаёт LEGO-модели, используя CAD-программы. Преимущества такого подхода очевидны: можно задокументировать подробные сведения о модели, описать то, какие детали нужны для её создания, и то, как именно их нужно соединить друг с другом. Это, конечно, не замена реальному конструктору LEGO (ну, разве что для тех, кто любит CAD больше, чем LEGO), но это — отличное дополнение к хобби.

Для того чтобы построить виртуальную модель LEGO, нужны две вещи:
- Виртуальные детали LEGO.
- CAD-приложение.
Виртуальные детали LEGO

Для того чтобы раздобыть виртуальное представление практически любого из когда-либо созданных строительных блоков для LEGO-моделей, можете воспользоваться опенсорсным ресурсом LDraw. LDraw — это открытый стандарт для цифровых моделей LEGO, который включает в себя возможности по описанию размеров и ориентации элементов. В дополнение к работе по описанию деталей средствами LDraw, силами сообщества подготовлены 3D-модели для каждой детали. Это значит, что все желающие могут загрузить тысячи определений деталей, истратив на это не особенно много трафика.

Установка набора деталей

Виртуальные детали очень похожи на изображения, которые используются на сайтах, или на шрифты, применяемые на компьютере. Собственно говоря, соответствующие файлы можно хранить где угодно. Главное, чтобы приложение, в котором планируется работать с деталями, знало о том, где эти файлы находятся. В Linux LDraw-файлы обычно размещают в папке /usr/share/LDRAW . В Windows это обычно C:\Users\Public\Documents\LDraw .

LDraw даёт в наше распоряжение лишь спецификации для каждой детали. Вот, например, как выглядит код описания кубика 1x1:

Для того чтобы увидеть детали в более привычном облике, понадобится программа для их визуализации.

Приложение LDView для визуализации деталей

LDView — это среда для 3D-рендеринга, напоминающая POV-Ray или Cycles из Blender. Это приложение создано специально для рендеринга .ldr-файлов, то есть — CAD-файлов, содержащих данные в формате LDraw.

Если вы работаете на Linux, то, возможно, вы найдёте LDView в своём репозитории ПО. Если в репозитории этой программы не окажется — вы можете скачать установщик с сайта проекта. Если вы пользуетесь macOS или Windows, то вам, опять же, нужно будет воспользоваться сайтом LDView.

Просмотр отдельной детали

Легче всего начать цифровое конструирование моделей LEGO, попытавшись визуализировать отдельную деталь.

Сначала откройте ваш любимый текстовый редактор. Это может быть любая программа. Главное — чтобы она могла сохранять документы в виде обычного текста. Некоторые текстовые редакторы, в стремлении оказать пользователям добрую услугу, пытаются сохранять текстовые материалы в файлах, в которых, помимо текстов, есть ещё масса служебной информации (вроде .rtf и .doc). Существует множество хороших кросс-платформенных текстовых редакторов. Я, для наших дел, могу порекомендовать довольно-таки минималистичный редактор Geany.

Создадим новый файл с именем 1brick.ldr и введём в него следующий текст:

А теперь взглянем на наше скромное творение:

Только что вы создали простой CAD-файл, описывающий один кубик (а именно — модель номер 3001), цветовой индекс которого равняется 1 (это синий цвет), расположенный в позиции (0, 0, 0) по осям X, Y и Z. Поворот кубика регулируется с использованием средств матричного преобразования. Их применение, надо признать, не относится к простым математическим вычислениям. Правда, при конструировании LEGO-моделей произвольное вращение деталей требуется сравнительно редко, так как большинство деталей стыкуются друг с другом с использованием шипов.

Любая строка в файле, начинающаяся с 0, содержит либо комментарий, либо метаданные. Строка, начинающаяся с 1, содержит описание детали.

Вы можете попрактиковаться в перемещении и вращении деталей, внося изменения в свой CAD-файл. Обычный кубик имеет в высоту 24 LDU (LDraw Units). Это значит, что ставить детали друг на друга можно, меняя их координату Y с шагом в 24 единицы. Поворачивать детали можно, выполняя матричные преобразования.

Взгляните на этот код:

Вот результат его визуализации.

Конечно, перемещать детали можно вдоль любой из трёх осей. В спецификации LDraw сказано, что кубик 1x1 имеет 20 LDU в ширину и 20 LDU в длину. А это значит, что расставлять такие кубики вдоль оси X можно, меняя их позиции с шагом в 20 LDU.

Ещё два кубика

Порядок сборки модели

Чаще всего формат LDraw используется для того чтобы продемонстрировать порядок сборки модели. А это значит, что нужно описать последовательность шагов сборки. В LDraw это делается с использованием метакоманды STEP .

Для того чтобы испытать эту метакоманду, добавьте в свой файл, между описаниями деталей, следующее:

Готовый файл будет выглядеть так:

Теперь в вашем проекте описано два шага. На первом выводится первый кубик, на втором — второй. Можно пошагово просматривать .ldr-файлы, пользуясь клавишами-стрелками в верхней панели инструментов LDView, находящимися около подписи Steps .

Панель инструментов для пошаговой визуализации моделей

На одном шаге необязательно должен выводиться лишь один кубик. Как и в случае с инструкциями к наборам LEGO, установку нескольких деталей можно объединить в один шаг. Главное, чтобы это не повредило понятности инструкции.

В LDraw есть и другие команды. Например — тут можно рисовать линии, поясняющие расположение деталей, и делать прочие подобные вещи. Соответствующие сведения можно найти в спецификации.

Выяснение кодов деталей

Я хранил свою коллекцию LEGO в ящиках для рыболовных принадлежностей. Поэтому я мог быстро найти любую деталь из любого набора. Правда, по мере того, как росла коллекция, мне было нужно всё больше и больше ящиков. А в результате у меня стало уходить больше времени на поиск нужной детали.

Если учесть то, что в LEGO имеется более 11000 уникальных деталей, искать цифровые детали так же сложно, как и обычные. У каждой официальной детали LEGO есть собственный код. Например, тот кубик 2x4, который мы использовали в примере, имеет код 3001. Если вам известен код детали, вы можете просто использовать его в CAD-файле, и соответствующая деталь появится в вашей модели.

В дистрибутиве LDraw имеется файл parts.lst , в котором, с помощью grep, можно найти нужную деталь. Но детали там не всегда описаны по одной и той же схеме. Работая с этим файлом не всегда легко предугадать то, какие именно ключевые слова соответствуют тем или иным деталям. Например — как понять, какое слово, «curved» «sloped» или «angled», лучше всего характеризует некую деталь сложной формы?

Хотя искать детали можно и в parts.lst , в этом деле нам могут помочь некоторые специальные интернет-ресурсы:
Другие средства для рендеринга моделей

После того, как вы создали свой шедевр, LDView может экспортировать вашу модель, что позволит вам отрендерить её в высоком качестве. Для этого можно воспользоваться POV-Ray — опенсорсной программой для фотореалистичного рендеринга трёхмерных моделей. В результате плоды ваших трудов можно будет представить в весьма привлекательном виде. Найти POV-Ray можно или в репозитории программ вашего дистрибутива Linux, или на сайте проекта.

Вот пример команды рендеринга:

Ниже показан результат визуализации.

Высококачественная визуализация модели

Если вам нужна программа для формирования инструкций по сборке моделей — попробуйте опенсорсную LPub3D. Эта программа выводит пошаговые инструкции и список деталей, необходимых на каждом шаге.

Исследование мира LEGO

Создание моделей из деталей LEGO — это интересно. Разработка собственных моделей — это воплощение той творческой энергии, которой фанаты LEGO заряжаются, занимаясь любимым делом. Теперь ваши LEGO-идеи больше не должны существовать лишь в форме бесплотных идей. Вы можете сохранить их в виде моделей и пошаговых инструкций.

Мир любителей LEGO — это приятное и креативное место, которое стоит посетить всем тем, кому нравится создавать цифровые модели, разрабатывать собственные детали, или делать с кубиками LEGO что-то такое, чего никто больше с ними не делает. Если вам нравится LEGO, то сегодня — самый лучший день для того чтобы стать частью LEGO-сообщества!

Не знаете, как спасти домашнюю технику от юного изобретателя с инженерными задатками? Или не можете придумать, чем увлечь скучающего ребенка, которому приелись обычные игрушки? Тогда купите необычную! Например, электронный конструктор.

Набор схем, датчиков и проводов позволит занять ваше чадо на несколько часов или даже дней, поспособствует его развитию и, возможно (чем черт не шутит!), поможет определиться с выбором будущей профессии. Только не факт, что у вас появится больше свободного времени: просто такая крутая штука как электронный конструктор обязательно заинтересует и родителей.

«Комсомолка» составила для вас свой рейтинг лучших электронных конструкторов. И бонус – советы от эксперта.

Рейтинг топ-10 по версии КП

Лего, если вы не знали, делает не только обычные сборные игрушки, но и электронные. В этом наборе – почти 900 деталей! Понятно, что понадобится немало времени, терпения и сил, чтобы собрать нечто интересное. Зато по итогу получится очень забавный робот Верни с развитой мимикой, который перемещается на гусеницах в любом направлении, умеет стрелять дротиками, переносить разные предметы, реагирует на звуки и даже различает цвета, объекты и расстояние между ними. Но и это не все! Из деталей можно собрать милейшего робо-кота Фрэнки, гитару и даже целую автомастерскую.

Характеристики:
- Возраст: от 7 лет
- Материал: пластик
- Количество деталей: 847
- В комплекте: детали, игровой коврик, учебно-методический комплекс
- Дополнительно: работает на батарейках; взаимодействие с мобильным приложением, с двигателем, с микрокомпьютером
- Производитель: Индонезия
Игрушка для начинающих. Причем, для начинающих самостоятельно. Да, этот комплект настолько прост в деталях, что родителям не придется часами корпеть над сборкой вместе со своим чадом. При этом, из элементарного набора можно собрать 30 разных проектов: например, устройство, которое напомнит про важные дела, или шуточный «детектор лжи», или охранную сигнализацию для шоколадки (если в семье есть хитрый младший брат или папа-сладкоежка).

Идеально для того, чтобы делать первые шаги в электронике, кодировании и программировании.

Характеристики:
- Возраст: от 5 лет
- Материал: пластик, металл
- Количество деталей: 7 деталей
- В комплекте: детали, инструкция
- Дополнительно: работает на батарейках
- Производитель: Китай
Этот конструктор даже игрушкой назвать язык не повернется. Конструктор работает на плате Arduino, которая с одной стороны проста, потому что не требует специальных знаний в электронике, и одновременно сложна – потому что все-таки это настоящая электроника. Поэтому если вы решили купить «Матрешку Y» в подарок наобум, не зная пристрастий одаряемого, подумайте еще. Зато если ребенок - человек интересующийся, знает, что такое термистор и микросервопривод, этот набор однозначно приведет его в восторг.

В комплекте: макетная плата, радиодетали, провода. Вот уж где тренируется усидчивость и внимательность! Чтобы не запутаться, особенно, если действительно изучаете науку с нуля, пользуйтесь подробной инструкцией. Брошюрка тоже входит в набор.

Характеристики:
- Возраст: от 10 лет (рекомендовано от 14 лет)
- Материал: пластик, металл
- Количество деталей: 200 деталей
- В комплекте: радиодетали, провода, макетная плата, обучающая брошюра
- Дополнительно: с микрокомпьютером
- Производитель: Россия
Крутая альтернатива обычным «игрушкам» на планшете для любителей новых технологий. Что любят все мальчишки? Правильно, роботов. Этот – боевой красавец на гусеничном ходу, с 32-битным процессором ARM Cortex Mx – покорит сердце любого ребенка. Благодаря аккуратному исполнению деталей, робот даже не выглядит как сборная игрушка. Но – из тысячи деталей можно сконструировать несколько вариантов робота, управляемых через приложение на смартфоне.

И что немаловажно (особенно если ребенок посещает занятия по роботехнике) – производителем заявлена полная совместимость с Lego.

Характеристики:
- Возраст: от 10 лет
- Материал: пластик
- Количество деталей: 1086 деталей
- В комплекте: программное обеспечение, брошюра-инструкция
- Дополнительно: с микрокомпьютером, с двигателем
- Производитель: Китай
Если предыдущий робот был весьма сурового вида, то этот – полная противоположность, что нашло отражение даже в названии. Внешний облик примитивен – грубо говоря, все провода наружу. Но это не лишает робота очаровательности.

Более того, несмотря на свой незатейливый вид, игрушка умеет делать разные интересные вещи. На первых порах с ее помощью ребенок поймет, как работает сенсорный выключатель и прожектор, а на более сложных стадиях можно собрать робота-следопыта или борца сумо.

Все этапы сборки прописаны в брошюре. А чтобы играть было веселее, в комплекте есть набор ярких наклеек.

Важно! Этот комплект является продолжением набора «Йодо». Если такого у вас нет, понадобится приобрести основные детали: собственно, сам мини-компьютер Iskra JS, и ряд других комплектующих.

Характеристики:
- Возраст: от 10 лет
- Материал: пластик
- Количество деталей: 129 деталей
- В комплекте: детали, роботрасса, наклейки, отвертка, буклет
- Дополнительно: с двигателем, на радиоуправлении
- Производитель: Россия
Еще одна альтернатива раскрученному Lego. Из деталей можно собрать разных роботов, схожих по тематике – покорение космоса. Уже готовая игрушка умеет не только быстро перемещаться, обходя препятствия, и поднимать предметы (как и многие другие роботы-конструкторы от разных производителей), но даже подмигивает и разговаривает.

Производитель заранее запрограммировал игрушку на разные фокусы (в том числе, придумал серьезный 24-уровневый приключенческий квест), но при этом оставил место для полета фантазии ребенка. Да-да, здесь можно программировать самому, создавать новых роботов не по инструкции и «обучать» их различным функциям. А управлять через приложение можно не только с планшета, но и с любого смартфона.

Характеристики:
- Возраст: от 8 лет
- Материал: пластик
- Количество деталей: 397 деталей
- В комплекте: детали, инструкция
- Дополнительно: управление при помощи устройства на базе ОС IOS, Android
- Производитель: Китай
Простой, понятный и дешевый вариант для самых маленьких. И здесь не просто набор элементов, правильно собрав которые, загорается лампочка – как это бывает в бюджетных конструкторах. Нет. В этом случае ребенок собирает интересную вещь – проектор, который показывает яркие изображения животных.

Этот конструктор интересен не только с точки зрения обучения: если даже ребенок не заинтересуется электроникой по-настоящему, он как минимум будет увлечен несколько часов кряду. Плюс: сможет «показать фокус» младшему брату или сестре. А благодаря своим скромным параметрам, эту игрушку можно взять с собой в дорогу.

Характеристики:
- Возраст: от 5 лет
- Материал: пластик, металл
- Количество деталей: 14 деталей
- В комплекте: детали, инструкция
- Производитель: Россия
А вот и конструктор для любителей всего с приставкой «эко». Это не шутка: с помощью этой игрушки ребенок узнает про механическую и солнечную энергию, поймет принцип работы ветрогенератора.

В наборе всего 24 детали, но, судя по описанию, из них можно собрать 50 разных проектов.

Легкая сборка и отсутствие необходимости пайки позволит окунуться в науку даже дошколенку. Кстати, в линейке производителя есть и другие интересные электронные конструкторы, которые покажут ребенку, например, как работают голосовые приборы и как можно творить волшебство при помощи света.

Характеристики:
- Возраст: от 5 лет
- Материал: пластик, металл
- Количество деталей: 24 деталей
- В комплекте: детали, учебно-методический комплекс
- Производитель: Россия
Почти 3 килограмма микросхем, проводов и радиодеталей. Согласитесь, это уже не игрушка, это серьезная вещь для детей увлеченных.

В упаковке с ретро-дизайном – чуть ли не вся физика. По крайней мере, раздел радиоэлектроники. С помощью этого конструктора ребенок сможет ставить около 60 опытов с диодами, резисторами и конденсаторами.

Но здесь однозначно не обойтись без помощи взрослого (который разбирается в электронике), или такой конструктор нужно покупать уже более опытному ребенку. Дело в том, что инструкция есть, но она на чешском.

Характеристики:
- Возраст: от 10 лет
- Материал: пластик, металл
- В комплекте: детали, инструкция на чешском
- Производитель: Чехия
Необычный конструктор – из картона! Да, бывают и такие.

Схема максимально простая, паять ничего не нужно, составлять длинные сложные электрические цепи – тоже. Поэтому такой комплект можно купить даже четырехлетнему ребенку. Благодаря ему он узнает, что такое электрический ток, а в садике сможет прослыть юным гением, оперируя словами «транзистор» и «резистор».

Из деталей игрушки можно собрать две конструкции: на одной инопланетяне похищают корову, вторая – взмывающая вверх ракета. Правильно присоединив все элементы, игрушки будут светить, мигать лампочками и заставлять ребенка хлопать в ладоши (от радости и удивления, разумеется).

Если и прививать интерес к науке, то с таких конструкторов.

Характеристики:
- Возраст: от 4 лет
- Материал: пластик, металл, картон
- В комплекте: детали, картонная основа, инструкция
- Количество деталей: 19 компонентов
- Производитель: Россия
Как правильно выбрать электронный конструктор

Если вы оказались случайно на вкладке с этой статьей, и вам неясно, нужен ли электронный конструктор вашему ребенку и для чего вообще такая игрушка, то вот вам ответ от нашего эксперта.

- В возрасте 4-5 лет дети становятся очень любопытными, они задают много вопросов, стараясь лучше понять мир. Мы часто слышим от них вопросы: «А откуда берется свет?», «Что это за звук?», «Как работает тот или иной прибор?» и т.п. Очень важно родителям быть внимательными к своим детям, стараться удовлетворять их любопытство и поощрять интересы, - говорит магистр психологических наук, детский психолог, автор блога о детской психологии в Instagram Виктория Сухань. – Бывает, что вопросы заводят родителей в тупик. Конечно, все ответы можно найти в интернете, но есть и более интересный вариант. Это всевозможные развивающие научные и познавательные игры и игрушки, в том числе, электронные конструкторы. С их помощью ребенок может собрать свою первую настольную лампу, элементарный радиоприемник и многое другое. Конструктор подарит радость от создания чего-то нового и познакомит ребенка с основными законами физики и электроники.

Если говорить о плюсах для развития ребенка, то, по словам детского психолога, их масса. В частности:
- Развивает творческое и аналитическое мышление,
- Тренирует усидчивость, учит концентрироваться на выполняемой задаче,
- Развивает мелкую моторику,
- Тренирует память и внимание,
- Учит выстраивать логические цепочки,
- Если Вы хотите приобрести ребенку такой конструктор, то первое, от чего нужно отталкиваться - это возраст ребенка, - отмечает Виктория Сухань. - Для дошкольников подойдут конструкторы с маленьким количеством схем. Детям постарше придутся по душе сложные конструкторы, которые займут их не на один вечер. Также следует ориентироваться на хобби и увлечения ребенка. Существуют конструкторы, которые помогают создавать звуки, а есть и такие, которые с помощью света позволяют комбинировать и получать самые необычные цвета и оттенки. Такие наборы понравится более творческим детям. Ну а что касается безопасности, то все электронные конструкторы полностью безопасны: детали легко собираются и разбираются, и подходят для ребят с самым разным уровнем знаний. Но если Вы думаете, что ребенок сам с

игрушкой не справится, можете ему помочь в этом. Во-первых, и вам самим будет интересно, а во-вторых, совместно проведенный с родителями досуг делает детей счастливее.

Читайте также: