Ev3 Mindstorms

Что такое Mindstorms?

Mindstorms – робототехнический конструктор для ребят в возрасте от 10 лет. В качестве строительных блоков для робота используются детали– многие ребята уже знакомы с ними по конструкторам «Технология и физика», «Пневматика». Но построить каркас робота недостаточно: надо «научить» его получать информацию из окружающей среды и реагировать на нее.

Чем отличается от других конструкторов

Для этого используются специальные устройства — сенсоры: они позволяют определять цвет, освещенность, расстояние до ближайших предметов и многое другое. Реагировать на «раздражители» робот может с помощью моторов — либо уехать куда-нибудь, либо что-нибудь сделать — например, укусить обидчика за палец. А «мозгом» робота является программируемый блок, к которому подключаются все моторы и датчики.

Состав набора Mindstorms EV3

Программируемый блок EV3

1 программируемый блок EV3 — центральный элемент системы.

Моторы: большой и средний

• 2 больших мотора
• 1 средний мотор

Датчики: цвет, касание, гироскоп и другие

• 2 датчика касания
• 1 датчик цвета
• 1 ультразвуковой датчик расстояния
• 1 гироскоп

Дополнительные компоненты и количество деталей

• Аккумуляторная батарея для робота
• 528 деталей

Специфика EV3

В наборе 3 мотора.

Датчик звука был заменен на гироскоп.

Еще одной особенностью является авто-определение датчиков и моторов при их подключении к блоку. 

Датчик касания

Датчик касания EV3. Он определяет, когда кнопка нажата или отпущена, также он может подсчитывать одиночные или многократные нажатия. 

Датчик цвета

Датчик цвета EV3 различает 7 цветов и может определить отсутствие цвета. Также, он может работать как датчик освещенности.

• Измеряет отраженный красный свет и окружающее освещение
• Способен определять различия между белым и черным или цветами: синим, белым, красным, коричневым, желтым и зеленым
• Частота работы: 1 кГц

Гироскоп

Гироскопический датчик EV3 измеряет вращательное движение робота и изменение его положения.

• Может использоваться для определения текущего направления вращения
• Точность: +/- 3 градуса на 90 градусов оборота (в режиме измерения наклона)
• Частота работы: 1 кГц

Ультразвуковой датчик расстояния

К основной функции ультразвукового датчика EV3 добавилась еще 1 — способность "слышать" ультразвуковые колебания, испускаемые другими датчиками ультразвука.

• Может измерять расстояние в диапазоне 3 - 250 см
• Точность измерений: +/- 1 см
• Дискретность результата: 0.1 см
• Может быть использован для поиска других активных ультразвуковых датчиков (режим прослушивания)
• Красная LED подсветка вокруг "глаз"

Большой мотор

Большой сервомотор EV3. Размеры: 14×7×5 отверстий против 14×6×5.

• Максимальные обороты: 160–170 об/мин
• Заданный крутящий момент - 12 Н/см
• Реальный крутящий момент - 8 Н/см
• Встроенный датчик угла поворота (энкодер) мотора с точностью 1 градус

Средний мотор

Основан на Power Function моторе аналогичного размера. Дополнительное место потребовали датчик угла поворота и порт для подключения. Этот мотор отлично подойдет для работы под низкими нагрузками и высокими скоростями.

• Максимальные обороты - 240- 250 об/мин.
• Заданный крутящий момент - 12 Н/см
• Реальный крутящий момент - 8 Н/см.
• Встроенный датчик угла поворота (энкодер)

Программируемый блок EV3

EV3 блок имеет быстрый процессор и большой объем памяти. Прошивка блока EV3 базируется на свободно распространяемой ОС Linux, что дает возможность создавать свои прошивки для блока. Подключить робота к компьютеру теперь возможно не только через USB и Bluetooth, но и по Wi-Fi. Между собой роботы также могут «общаться» по USB, Bluetooth и Wi-Fi.

Программирование с EV3

Новая среда на базе LabView

С EV3 в комплекте поставляется новая графическая среда разработки на базе LabView, похожая на NXT-G. Работать она будет, как и NXT-G, на ОС Windows и Mac.

Среда разработки EV3 была значительно улучшена. Теперь все материалы для робота: программы для робота, документацию, результаты экспериментов, фото и видео - можно хранить в проекте. Был также добавлен инструмент zoom, который позволяет масштабировать программу, чтобы, например, увидеть всю программу целиком. Стоит отметить, что NXT блок можно программировать с помощью новой среды EV3, однако старый блок поддерживает не все особенности нового языка программирования.

Основные нововведения: отладка, блоки, интерфейс

Перечислим основные нововведения среды программирования EV3:

• Тесная интеграция среды программирования с блоком:
• Добавлена специальная страница с подключенным оборудованием. Она позволяет отслеживать статус EV3 блока и получать значения с датчиков в реальном времени.
• Датчики и моторы распознаются при подключении автоматически, благодаря функции auto-id. Это позволяет не указывать, что к такому-то порту подключен такой-то датчик или мотор.
• Новый режим отладки:
• В процессе работы программы подсвечивается выполняемый блок. Это позволяет точно понимать поведение программы.
• На программном блоке загорается специальный символ, если к данному порту подключен другой датчик или мотор.
• Добавлена возможность просматривать значения, передаваемые через каналы данных (data wires).
• Новые возможности программных блоков:
• Сцепление блоков друг с другом позволило отказаться от "балки исполнения", на которой располагались блоки в среде NXT-G.
• У блоков нет такого понятия, как панель настройки, - поведение теперь настраивается непосредственно на блоке, что привело к увеличению их размера. Программу теперь намного легче читать – сразу видно как настроены датчики и моторы.
• Появились блоки "ждать изменения", которые позволяют реагировать на факт изменения значения, а не на изменение до определенного значения как в NXT-G.
• Добавлена возможность работы с массивами.
• Стал возможен досрочный выход из цикла.
• Улучшения в передачи данных от блока к блоку позволяют упростить преобразование типов (теперь не нужно вручную преобразовывать, например, число в строку).

Мобильные приложения и 3D-инструкции

Кроме нового языка программирования появились программы под Android и iPhone\iPad для управления роботом. Также на базе программы Autodesk Invertor Publisher создана программа для создания и просмотра пошаговых 3D инструкций. В этой программе можно масштабировать и вращать модель на каждом этапе сборки, что позволяет строить более сложных роботов по инструкциям.

Базовые модели роботов

Color Sorter — сортировка по цвету

Классическая задача по сортировке предметов по цвету.

Gyro Boy — робот-сигвей

Робот-сигвей, использующий гироскоп для балансировки.

Puppy — электронный питомец

Робот-собачка, которую можно гладить, кормить.

Робо-рука и дополнительные модели

Позволяет перемещать предметы. Для EV3 набора был подготовлен ресурсный набор MINDSTORMS Education EV3, позволяющий собирать другие модели, используя новые детали.

Практическое применение EV3 в образовании

Использование на уроках и кружках

LEGO Mindstorms EV3 активно используется в школьных уроках, кружках и проектах по робототехнике.

Примеры задач и проектов

Учащиеся могут разрабатывать проекты, решая задачи с помощью роботов EV3.

Участие в соревнованиях: WRO, FLL, РРО, CyberClass и тд.

Роботы LEGO Mindstorms активно участвуют в международных соревнованиях по робототехнике.

Заключение

Кому стоит выбирать EV3

MINDSTORMS Education EV3 — это мощный образовательный инструмент, объединяющий робототехнику, программирование и техническое творчество. Благодаря аппаратному обеспечению, гибкой программной среде и широким возможностям для сборки моделей, EV3 отлично подходит как для школьных уроков, так и для проектной деятельности и соревнований. Набор остаётся актуальным даже на фоне появления новых решений вроде Spike Prime и может стать отличной базой для обучения в стиле STEM.