Mindstorm EV3 – робот от LEGO, управляемый мобильным телефоном. LEGO Роботы

Инфракрасный датчик входит домашнюю версию набора Lego mindstorms EV3. Это единственный датчик, который может применяться как самостоятельно, так и в паре с инфракрасным маяком, тоже являющимся частью домашнего набора. Следующие два урока мы посвятим изучению этих двух устройств, а также их взаимодействию между собой.

8.1. Изучаем инфракрасный датчик и инфракрасный маяк

(Рис. 1) в своей работе использует световые волны, невидимые человеку - инфракрасные волны* . Такие же волны используют, например, дистанционные пульты управления различной современной бытовой техникой (телевизорами, видео и музыкальными устройствами). Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" самостоятельно посылает инфракрасные волны и, поймав отраженный сигнал, определяет наличие препятствия перед собой. Еще два режима работы инфракрасный датчик реализует в паре с инфракрасным маяком (Рис. 2) . В режиме "Удаленный" инфракрасный датчик умеет определять нажатия кнопок инфракрасного маяка, что позволяет организовать дистанционное управление роботом. В режиме "Маяк" инфракрасный маяк посылает постоянные сигналы, по которым инфракрасный датчик может определять примерное направление и удаленность маяка, что позволяет запрограммировать робота таким образом, чтобы он всегда следовал в сторону инфракрасного маяка. Перед использованием инфракрасного маяка в него необходимо установить две батарейки AAA.

Рис. 1

Рис. 2

8.2. Инфракрасный датчик. Режим "Приближение"

Этот режим работы инфракрасного датчика похож на режим определения расстояния ультразвуковым датчиком. Разница кроется в природе световых волн: если звуковые волны отражаются от большинства материалов практически без затухания, то на отражение световых волн влияют не только материалы, но и цвет поверхности. Темные цвета в отличие от светлых сильнее поглощают световой поток, что влияет на работу инфракрасного датчика. Диапазон работы инфракрасного датчика также отличается от ультразвукового - датчик показывает значения в пределах от 0 (предмет находится очень близко) до 100 (предмет находится далеко или не обнаружен). Еще раз подчеркнем: инфракрасный датчик нельзя использовать для определения точного расстояния до объекта, так как на его показания в режиме "Приближение" оказывает влияние цвет поверхности исследуемого предмета. В свою очередь это свойство можно использовать для различия светлых и темных объектов, находящихся на равном расстоянии до робота. С задачей же определения препятствия перед собой инфракрасный датчик справляется вполне успешно.

Решим практическую задачу, похожую на Задачу №14 Урока №7 , но, чтобы не повторяться, усложним условие дополнительными требованиями.

Задача №17: написать программу прямолинейно движущегося робота, останавливающегося перед стеной или препятствием, отъезжающего немного назад, поворачивающего на 90 градусов и продолжающего движение до следующего препятствия.

У робота, собранного по инструкции small-robot-31313 , впереди по ходу движения установлен инфракрасный датчик. Соединим его кабелем с портом "3" модуля EV3 и приступим к созданию программы.

Рассмотрим программный блок "Ожидание" Оранжевой палитры, переключив его в Режим: - "Сравнение" - "Приближение" (Рис. 3) . В этом режиме программный блок "Ожидание" имеет два входных параметра: "Тип сравнения" и "Пороговое значение" . Настраивать эти параметры мы уже умеем.

Рис. 3

Решение:

1. Начать прямолинейное движение вперед
2. Ждать, пока пороговое значение инфракрасного датчика станет меньше 20
3. Прекратить движение вперед
4. Отъехать назад на 1 оборот двигателей
5. Повернуть вправо на 90 градусов (воспользовавшись знаниями Урока №3, рассчитайте необходимый угол поворота моторов)
6. Продолжить выполнение пунктов 1 - 5 в бесконечном цикле.

Попробуйте решить Задачу № 17 самостоятельно, не подглядывая в решение.

Рис. 4

А теперь для закрепления материала попробуйте адаптировать решение Задачи №15 Урока №7 к использованию инфракрасного датчика! Получилось? Поделитесь впечатлениями в комментарии к уроку...

8.3. Дистанционное управление роботом с помощью инфракрасного маяка

Инфракрасный маяк, входящий в домашнюю версию конструктора Lego mindstorms EV3, в паре с инфракрасным датчиком позволяет реализовать дистанционное управление роботом. Познакомимся с маяком поближе:

1. Пользуясь инфракрасным маяком, направляйте передатчик сигнала (Рис. 5 поз. 1) в сторону робота. Между маяком и роботом должны отсутствовать любые препятствия! Благодаря широкому углу обзора инфракрасный датчик уверено принимает сигналы, даже если маяк располагается позади робота!
2. На корпусе маяка расположены 5 серых кнопок (Рис. 5 поз. 2) , нажатия которых распознает инфракрасный датчик, и передает коды нажатий в программу, управляющую роботом.
3. С помощью специального красного переключателя (Рис. 5 поз. 3) можно выбрать один из четырех каналов для связи маяка и датчика. Сделано это для того, чтобы в непосредственной близости можно было управлять несколькими роботами.

Рис. 5

Задача №18: написать программу дистанционного управления роботом с помощью инфракрасного маяка.

Мы уже знаем, что для реализации возможности выбора выполняющихся блоков необходимо воспользоваться программным блоком "Переключатель" Оранжевой палитры. Установим режим работы блока "Переключатель" в - "Измерение" - "Удалённый" (Рис. 6) .

Рис. 6

Для активации связи между инфракрасным датчиком и маяком необходимо установить правильное значение параметра "Канал" (Рис. 7 поз. 1) в соответствии с выбранным каналом на маяке! Каждому программному контейнеру блока "Переключатель" необходимо сопоставить один из возможных вариантов нажатия серых клавиш (Рис. 7 поз. 2) . Заметьте: некоторые варианты включают одновременное нажатие двух клавиш (нажатые клавиши помечены красным цветом). Всего в программном блоке "Переключатель" в этом режиме можно обрабатывать до 12 различающихся условий (одно из условий должно быть выбрано условием по умолчанию). Добавляются программные контейнеры в блок "Переключатель" нажатием на "+" (Рис. 7 поз.3) .

Рис. 7

Предлагаем реализовать следующий алгоритм управления роботом:

• Нажатие верхней левой кнопки включает вращение левого мотора, робот поворачивает вправо (Рис. 7 поз. 2 значение: 1)
• Нажатие верхней правой кнопки включает вращение правого мотора, робот поворачивает влево (Рис. 7 поз. 2 значение: 3)
• Одновременное нажатие верхних левой и правой кнопок включает одновременное вращение вперед левого и правого мотора, робот двигается вперед прямолинейно (Рис. 7 поз. 2 значение: 5)
• Одновременное нажатие нижних левой и правой кнопок включает одновременное вращение назад левого и правого мотора, робот двигается назад прямолинейно (Рис. 7 поз. 2 значение: 8)
• Если не нажата ни одна кнопка маяка - робот останавливается (Рис. 7 поз. 2 значение: 0) .

При разработке алгоритма дистанционного управления вы должны знать следующее: когда нажата одна из комбинаций серых кнопок - инфракрасный маяк непрерывно посылает соответствующий сигнал, если кнопки отпущены, то отправка сигнала прекращается. Исключение составляет отдельная горизонтальная серая кнопка (Рис. 7 поз 2 значение: 9) . Эта кнопка имеет два состояния: "ВКЛ" - "ВЫКЛ" . Во включенном состоянии маяк продолжает посылать сигнал, даже если вы отпустите кнопку (о чём сигнализирует загорающийся зеленый светодиод), чтобы выключить отправку сигнала в этом режиме - нажмите горизонтальную серую кнопку еще раз.

Приступим к реализации программы:

Наш алгоритм дистанционного управления предусматривает 5 вариантов поведения, соответственно наш программный блок "Переключатель" будет состоять из пяти программных контейнеров. Займемся их настройкой.

1. Вариантом по умолчанию назначим вариант, когда не нажата ни одна кнопка (Рис. 7 поз. 2 значение: 0) . Установим в контейнер программный блок , выключающий моторы "B" и "C" .
2. В контейнер варианта нажатия верхней левой кнопки (Рис. 7 поз. 2 значение: 1) установим программный блок "Большой мотор" , включающий мотор "B" .
3. В контейнер варианта нажатия верхней правой кнопки (Рис. 7 поз. 2 значение: 3) установим программный блок "Большой мотор" , включающий мотор "C" .
4. В контейнер варианта одновременного нажатия верхних левой и правой кнопок (Рис. 7 поз. 2 значение: 5) установим программный блок "Независимое управление моторами" "B" и "C" вперед.
5. В контейнер варианта одновременного нажатия нижних левой и правой кнопок (Рис. 7 поз. 2 значение: 8) установим программный блок "Независимое управление моторами" , включающий вращение моторов "B" и "C" назад.
6. Поместим наш настроенный программный блок "Переключатель" внутрь программного блока "Цикл" .

По предложенной схеме попробуйте создать программу самостоятельно, не подглядывая в решение!

Рис. 8

Загрузите получившуюся программу в робота и запустите её на выполнение. Попробуйте управлять роботом с помощью инфракрасного маяка. Всё ли у вас получилось? Понятен ли вам принцип реализации дистанционного управления? Попробуйте реализовать дополнительные варианты управления. Напишите свои впечатления в комментарии к этому уроку.

* Хотите увидеть невидимые волны? Включите режим фотосъемки в мобильном телефоне и поднесите излучающий элемент дистанционного пульта от телевизора к объективу мобильного телефона. Нажимайте кнопки пульта дистанционного управления и на экране телефона наблюдайте свечение инфракрасных волн.

Конструктор LEGO Mindstorms представляет собой набор электронных блоков и сопрягаемых деталей, предназначенный для создания программируемого робота. Первый набор Mindstorms компания LEGO представила еще в 1998 году, а спустя 8 лет, в 2006 году, была выпущена в свет первая версия набора LEGO Mindstorms NXT 1.0, еще через 3 года, в 2009 году вышла вторая версия набора — LEGO Mindstorms NXT 2.0, и, наконец, в 2013 году появился в продаже набор LEGO Mindstorms EV3.

Набор LEGO Mindstorms включает в себя как стандартные детали LEGO, такие как оси, шестерни, балки, колеса и сервомоторы, так и двигатели, сенсоры, и программируемый блок. Эти наборы подразделяются на ресурсный и базовый.

Базовый набор LEGO MINDSTORMS NXT есть трех версий:

8527 LEGO MINDSTORMS содержит 577 деталей, 2006 года выпуска. Это - первая версия коммерческого набора;

9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set содержит 431 деталь, 2006 года выпуска. Это — базовый набор для обучения, образовательный набор;

8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 содержит 619 деталей, 2009 года выпуска. Это - вторая версия коммерческого набора.

Каждый из трех наборов включает в себя интеллектуальный блок NXT одной и той же версии. Прошивки отличаются, но легко обновляются, поэтому наборы можно считать в принципе равноценными.

Ресурсный набор LEGO MINDSTORMS Education Resource Set есть двух версий:

9648 LEGO MINDSTORMS Education Resource Set;

9695 LEGO MINDSTORMS Education Resource Set.

Ресурсный набор 2010 года выпуска содержит 817 деталей, они более разнообразны.

Базовый набор 2013 года выпуска LEGO MINDSTORMS EV3 3.0 поставляется в одной версии 31313, и содержит 601 деталь. «EV» расшифровывается здесь как Evolution.

Наборы LEGO Mindstorms комплектуются блоками управления на микроконтроллерах нескольких версий RCX, NXT и EV3. На текущий момент их три, кроме того есть модификации 1.0; 2.0 и 3.0.

Огромное количество сенсоров, которыми комплектуются наборы LEGO Mindstorms открывают широкие возможности для творчества. Сенсоры выпускают и сторонние производители, такие как Mindsensors и HiTechnic. Вот лишь несколько примеров стандартных сенсоров для LEGO Mindstorms NXT: сервомотор-тахометр NXT, ультразвуковой сенсор расстояния NXT, сенсор касания NXT, сенсор звука NXT, сенсор освещенности NXT. Вообще, список довольно обширен.

Давайте же рассмотрим, что представляет собой набор LEGO MINDSTORMS EV3.

Что касается начинки EV3, то интеллектуальный блок оснащен процессором Sitara AM1808 (ARM9) частотой 300 МГц от Texas Instruments, имеет 64 Мб оперативной памяти, 16 Мб Flash-памяти, также есть слот для карт памяти microSDHC до 32 Гб. В наличии USB-хост и Bluetooth, возможен Wi-Fi через USB-донгл, поддерживаются устройства Apple. Также блок оснащен монохромным LCD-дисплеем, разрешением 178x128. Все моторы и NXT-сенсоры полностью совместимы с блоком EV3. Кстати, NXT-блок может быть запрограммирован под EV3, но некоторые функции будут недоступны.

Коробка с конструктором может быть развернута в трассу с разноцветными зонами, и сенсоры цвета отлично будут с ними взаимодействовать. Детали, находящиеся в коробке, изначально разложены в несколько отдельных пакетиков. Кроме того, есть в комплекте набор наклеек и инструкция.

Интеллектуальный блок EV3 является сердцем конструктора. Питание осуществляется 6 пальчиковыми батарейками. Для управления служат 6 кнопок, причем подсветка имеет три цветовых режима индикации. Для подключения датчиков имеется 4 порта ввода, также присутствуют 4 порта вывода команд. Для подключения блока к компьютеру — гнездо miniUSB, порт USB-хост для организации соединений, встроенный динамик и, как упоминалось ранее, слот для карты памяти. Программный интерфейс позволяет создавать и настраивать программы непосредственно с блока.

Кроме интеллектуального блока, в комплект включены:

2 больших сервомотора, оснащенные точными датчиками вращения, и могущие развить 170 оборотов в минуту при максимальном крутящем моменте в 40 Нсм.

Также есть один средний сервомотор, крутящий момент здесь меньше — до 12 Нсм, однако обороты могут достигать 250 в минуту.

Датчик цвета и освещенности с возможностью различать 8 цветов с частотой опроса до 1 кГц.

Датчик касания, способный распознавать щелчок, прикосновение, освобождение и считать их количество.

ИК-датчик расстояния, применимый и для ДУ, способный принимать сигнал даже с 2 метров, с диапазоном измерения расстояния в радиусе до 70 см. Доступны 4 канала для индивидуального приема сигналов, управляющих команд.

Инфракрасный маяк для ИК-датчика, может работать как пульт ДУ. На корпусе есть зеленый индикаторный светодиод и переключатель каналов. Может предавать в 4 отдельных канала в радиусе до 2 метров. Автоматически отключается через час простоя. Питается от двух мизинчиковых батареек.

Кроме включенных в комплект датчиков, могут использоваться и другие датчики:

Гироскопический датчик для измерений вращательных движений робота с точностью в 3 градуса, чувствительный к моментам до 440 градусов в секунду. Частота опроса до 1 кГц.

Ультразвуковой датчик, служащий для измерения расстояний посредством передачи и приема отраженных волн. Может работать как сонар и как приемник звуковых волн в качестве управляющих сигналов. Способен измерять расстояния до 2,5 метров с точностью в 1 см.

Поддерживаются не только сенсоры и аксессуары LEGO, но и модели сторонних производителей, например Mindsensors и HiTechnic. Это могут быть джойстики, компасы, акселерометры и т. д. Ассортимент всевозможных решений очень-очень широк.

Для программирования робота можно использовать программное обеспечение LEGO Mindstorms EV3 Home Edition для Windows или OS X, которое легко скачивается на официальном сайте LEGO. Там же есть обилие прошивок, обучающих материалов по программированию, видеороликов, интерактивных инструкций, описаний миссий.

Разумеется, EV3 может управляться со смартфона на Android или iOS, для этого есть отдельные приложения. Программирование возможно и на Java и на множестве других языков: ASM/C/C++/Perl/Python/Ruby/VB/Haskell/Lisp/Matlab/LabVIEW.

На официальном сайте LEGO можно найти 17 моделей с инструкциями для сборки разных роботов из комплекта EV3. Вот эти модели:

TRACK3R - робот на гусеничном ходу высокой проходимости с четырьмя взаимозаменяемыми инструментами.

SPIK3R - робот-скорпион, может резко разворачиваться, хватать клешней-дробилкой предметы, а хвост-молния даст отпор всему, что окажется на его пути.

R3PTAR - робот-кобра высотой 35см, может скользить по полу, атаковать предметы клыками с высокой скоростью.

GRIPP3R - этот робот способен поднимать тяжести, может захватить, поднять и кинуть жестяную банку.

EV3STORM - робот на гусеничном ходу со множеством миссий.

BOBB3E - робот-погрузчик Bobcat® с возможностью дистанционного управления посредством кнопок ИК-маяка, может двигаться или поднимать различные предметы.

BANNER PRINT3R - робот-принтер. Он умеет рисовать обычным маркером, проводя линии. Можно задавать собственный рисунок.

RAC3 TRUCK - гоночный грузовик на дистанционном управлении. Можно добавить прицеп.

DINOR3X - робот-трицератопс ходит и поворачивается на четырех ногах.

KRAZ3 - робот реагирует на ИК-маяк своего друга-жучка. Можно также управлять роботом с помощью настраиваемой программы или запрограммировать так, чтобы он двигался исключительно за жучком;

EV3D4 - созданный по мотивам “Звездных войн”, может следовать за владельцем, перемещаться по ИК-маяку, общаться. Поддерживает обширный набор сценариев, которые можно программировать и расширять, используя новое ПО EV3.

EL3CTRIC GUITAR - Ударяя по одной струне, перебирая пальцами по безладовому грифу, используя тремоло-систему, можно исполнять невероятные соло на этой гитаре!

EV3MEG - робот-помощник, способный перемещаться точно по линиям определенного цвета, благодаря датчику освещенности. Обнаруживает препятствия на пути и реагирует на них. Способен перемещаться как самостоятельно, так и управляться с помощью ИК-маяка.

Игра EV3 - робот умеет прятать мячик под стаканчик, затем менять стаканчики местами, а вам предстоит угадать, где мячик. Используя ИК-маяк можно задавать уровень.

MR.B3AM - измеряет длину балок LEGO® Technic, определяет цвет и размер балок.

ROBODOZ3R - робот-бульдозер. Может двигаться самостоятельно или управляться дистанционно. Расчищает себе путь, отваливая и отодвигая с пути мешающие предметы.

В силу того, что данные наборы заставляют думать, моделировать, изобретать, в общем побуждают к творчеству и развитию, вовсе не удивительно, что во множестве стран весьма широко внедрено обучение в колледжах и школах с использованием наборов LEGO Mindstorms.

Стали довольно популярны соревнования роботов, в которых каждое учебное заведение может выставить свои команды роботостроителей на соревнования. Проводятся такие соревнования и в России, самое известное из таких мероприятий — РобоФест. Лучшие из лучших попадают на Всемирную Олимпиаду Роботов - WRO (World Robot Olympiad).

Где купить LEGO Mindstorms EV3?

Цена LEGO Mindstorms EV3 зависит от комплектации набора. Различные комплектации LEGO Mindstorms, его образовательные версии, можно приобрести у специализированных продавцов LEGO Education.

Андрей Повный

В данном разделе представлены наборы Лего, которые уже содержат элементы Power Functions или их функционал может быть расширен с помощью элементов Power Functions. Далее Вы можете ознакомиться с возможностями элементов Power Functions и изучить, как с их помощью возможно увеличить функциональность различных наборов Лего.

Что такое Power Functions?
LEGO Power Functions - новая электрическая система с мощными моторами и дистанционным управлением.

Как работает система Power Functions?
Батарейный отсек дает питание в систему. Если присоединить к разъему мотор, он начнет вращаться в ту или иную сторону, в зависимости от положения выключателя. Светящийся зеленым индикатор говорит о том, что питание включено. Когда выключатель находится в центральном положении, питание выключено.

Пульт дистанционного управления и инфракрасный приемник работают вместе - пульт посылает инфракрасные сигналы, чтобы управлять приемником. Последний имеет 2 разъема для подключения моторов. Нажимая один из двух рычажков вперед или назад, вы подаете питание на мотор, подключенный к одному из выходов приемника, и он начинает вращаться в том или ином направлении. В случае, если управление не выглядит логичным (например, модель едет вперед, когда вы толкаете рычажок назад) вы можете использовать переключатель направления движения, чтобы поменять направление вращения мотора, подключенного к соответствующему выходу, на противоположное.

Система дистанционного управления имеет 4 канала. Переключатели каналов на пульте управления и приемнике должны быть установлены в одинаковое положение, чтобы пульт смог контролировать этот приемник. Так 4 ребенка могут одновременно играть на разных каналах, либо вы можете встроить 4 приемника в одну модель и таким образом получить контроль над восьмью разными функциями.

Какие элементы питания необходимы?
Батарейный отсек: 6 элементов питания типоразмера AA (пальчиковые) - щелочные, либо перезаряжаемые аккумуляторы

Пульт управления:
3 элемента питания типоразмера AAA

Как установить элементы питания?
Батарейный отсек: Снимите крышки с обеих сторон и вставьте 3 элемента питания AA с каждой стороны, соблюдая полярность, указанную на дне.

Пульт управления:
Открутите винт с задней стороны пульта, снимите крышку и вставьте 3 элемента питания AA с каждой стороны, соблюдая полярность, указанную на дне.

Важно заменять все элементы питания одновременно - не смешивать старые и новые - израсходованные элементы питания могут потечь или нагреться.

Как долго работают элементы питания?
Батарейный отсек: Около 4 часов использования, при управлении тяжелой моделью наподобие Бульдозера.

Пульт управления:
2-3 года

Что говорит о том, что пора заменить элементы питания?
Батарейный отсек:
Моторы вращаются медленнее. Замените элементы питания, если скорость/мощность модели снизилась.

Пульт управления:
Уменьшилось расстояние, с которого возможно управление.

Почему моя модель работала только короткий период времени после того, как я сменил элементы питания?
1. Убедитесь, что вы заменили все 6 элементов питания, а не только 3 с одной стороны.
2. Используйте щелочные, либо перезаряжаемые элементы питания
3. Не забывайте выключать питание батарейного отсека, когда он не используется.

Почему моя модель работает медленно?
Возможны три причины:
1. Убедитесь, что ничто не препятствует нормальной передаче от мотора к движущимся частям, не прокручиваются шестерни, и т.п.
2. Убедитесь, что используются новые элементы питания
3. Слишком много моторов запущено одновременно и под большой нагрузкой.

Как много моторов могут работать одновременно от одного батарейного отсека?
Как правило, можно запускать одновременно 2 XL мотора, либо 4 обычных мотора. Батарейный отсек и инфракрасный приемник защищены от перегрузок, поэтому попытка одновременного запуска большего числа моторов ничему не повредит.

Когда защита от перегрузок включена, батарейный отсек или инфракрасный приемник будут снижать мощность, направленную на моторы, пока энергопотребление не упадет до дозволенных границ. Чтобы восстановить мощность, уменьшите нагрузку на мотор, либо отключите лишние моторы. Энергия, потребляемая мотором, зависит от нагрузки на него. При разумной (номинальной) нагрузке мотор работает наиболее эффективно. Если вращению мотора что-то препятствует, он будет потреблять больше энергии. XL мотор потребляет приблизительно вдвое больше энергии, чем обычный мотор.

Что делать, если моя модель не действует?
1. Убедитесь, что вы используете новые элементы питания в батарейном отсеке и пульте управления.
2. Убедитесь, что все подключено верно.
3. Убедитесь, что зеленый индикатор на батарейном отсеке зажжен.
4. Убедитесь, что зеленый индикатор на инфракрасном приемнике зажжен.
5. Убедитесь, что инфракрасный приемник получает сигналы от пульта управления.
6. Убедитесь, что ничего не препятствует вращению моторов.

Как убедиться, что инфракрасный приемник получает сигналы от пульта управления?
1. Зеленый индикатор на инфракрасном приемнике должен быть зажжен.
2. Зеленый индикатор на пульте управления загорается при отправке сигналов.
3. Убедитесь, что пульт управления и приемник настроены на один канал.
4. Зеленый индикатор на приемнике будет мигать при получении сигналов.

С какого расстояния возможно управление?
Это зависит от многого - в нормальных условиях расстояние может превышать 10 метров.

Доступное расстояние снижают:
. Яркий солнечный свет
. Севшие элементы питания в пульте управления
. Что-то блокирует сигналы на пути их прохождения

Дополнительная информация и комментарии.

• Рычажки на пульте могут находиться только в трех фиксированных положениях - вперед, назад и нейтральное. Скорость вращения моторов в каждом случае постоянна. Причем это особенность именно пульта - поскольку сами инфракрасные приемники содержат большую функциональность, в том числе и возможность регулировки скорости вращения моторов посредством широтно-импульсной модуляции.
• Инфракрасные приемники работают только с новыми батарейными отсеками - со старыми через переходник не работают.
• Несмотря на ограничение в два XL мотора - вполне можно использовать одновременно два XL мотора для приведения в движение, скажем, автомобиля, и при этом периодически «рулить» третьим обычным мотором.
• XL мотор содержит «технические» отверстия спереди и по бокам для присоединения модели, обычный мотор содержит отверстия спереди и стандартное леговское дно пластины снизу.
• Скорость вращения ненагруженного обычного мотора - 405 оборотов в в минуту, XL - 220 оборотов в минуту. При использовании перезаряжаемых аккумуляторов (общее напряжение 7.2 вольта) скорость снижается приблизительно в полтора раза.
• Вполне возможно, что в ближайшем будущем выпустят, по крайней мере, новый пульт управления - с возможностью регулирования скорости вращения моторов - в ИК приемнике такая функциональность уже заложена.
• Разъемы подключения у Power Functions "сквозные". То есть к одному выходу подключается более одного устройства - просто каждый следующий сверху другого. Таким образом, можно подключить к одному выходу инфракрасного приемника два мотора и включать их одновременно одним рычажком.

Какой самый самый известный конструктор в мире? Конечно Lego! А какая самая известная платформа для обучения робототехнике? Конечно Lego Mindstorms! Разберемся почему.

Lego: от ремесла плотника к лидерству в мире игрушек

Компания Lego основана в 1932 году. Ее основатель — датчанин Оле Кирк Кристиансен . Будучи плотником, он сначала основал фирму по производству изделий для дома, а позже занялся еще и производством деревянных кубиков для детей. Фирма получила название Lego, соединив датские слова leg — играть и godt — хорошо.

В 1947 году компания Lego начала выпуск пластиковых игрушек и уже в 1949 появились знаменитые защелкивающиеся кирпичики Lego.

Основными идеями Lego являются модульность и совместимость. Хотя кирпичики за 65 лет своего существования меняли дизайн и форму, они абсолютно совместимы между собой. Современные элементы вполне можно присоединить к элементам 40-летней давности.

Сегодня сфера деятельности Lego конечно много шире, чем производство игрушек. Компания создает одежду, фильмы, игры, организует конкурсы, в том числе робототехнические. В мире открыты музеи Lego тематические парки развлечений — леголенды, которые практически полностью построены из кубиков Lego.

Из Lego можно собирать модели автомобилей, самолетов, кораблей, зданий, и, конечно, роботов. С конца прошлого века Lego выпускает специальный робототехнический конструктор, который сегодня стал лидером образовательной робототехники.

Lego Mindstorms: робототехника для всех

Идея добавить к стандартным деталям Lego электронный программируемый блок, датчики и электродвигатели, сделать программирование простым и понятным детям и разработать специальный конструктор для создания роботов оживила не только Lego-конструкции, но и всю компанию. С 1991 года 11 лет подряд компания несла убытки. И именно робототехническое направление спасло ситуацию.

Впервые робототехнический конструктор Lego Mindstorms был представлен в 1998 году. B 2006 году вышла вторая версия конструктора — NXT , и в начале 2013 года появился EV3 (сокращение от Evolution 3 ).

Слева направо коробочные версии Lego Minstorms 1998 г, 2006 г, 2013 г

Сердцем конструктора является микрокомпьютер (микроконтроллер), он же P-brick, или Р-кирпич (от Programmable brick — программируемый кирпич). Стандартные детали Lego (балки, шестерни, оси, колеса) мало изменяются с развитием конструктора, наибольшие изменения претерпевает именно микрокомпьютер.

Первую версию конструктора комплектовали микрокомпьютером RCX , вторую — NXT , а в составе современной версии — EV3 .

Слева направо микрокомпьютеры Lego: RCX (1998 г.), NXT (2006 г.), EV3 (2013 г.)

С развитием конструктора производитель придерживается политики обратной совместимости, т.е. детали от старых версий могут использоваться совместно с новым конструктором. Так, например, датчики от NXT-версии могут использоваться с EV3. Развитие конструктора в ногу со временем — это прежде всего развитие микрокомпьютера и среды программирования. Важным отличием современного блока EV3 является то, что он работает на свободно распространяемой операционной системе Linux.

Технические характеристики микрокомпьютера Lego EV3:

• Процессор — ARM9 (в конструкторе NXT 2.0 использовался ARM7);
• оперативная память — 64 мегабайт;
• FLASH память — 16 мегабайт;
• слот расширения SD;
• USB 2.0 с поддержкой подключения Wi-Fi;
• Bluetooth 2.1;
• монохромный экран разрешением 178×128 пикселей;
• четыре порта ввода;
• четыре порта вывода;
• шестикнопочный интерфейс управления;
• высококачественный интегрированный динамик;
• автономное питание от шести батарей типа АА, либо с использованием аккумулятора постоянного тока EV3 2050 мАч;
• операционная система Linux.

Видео-обзор микрокомпьютера Lego EV3:

Состав Lego Mindstorms EV3

Конструктор Lego Mindstorms — это набор стандартных деталей Lego, микрокомпьютер и датчики.

Компоненты Lego Mindstorms EV3

Конструктор был разработан для двух целевых аудиторий: для домашнего пользования (дети и любители) и для использования в образовательных учреждениях (ученики и преподаватели). Для каждой группы создан базовый набор — соответственно коробочная версия Lego EV3 и образовательная версия Lego EV3 .

Также для каждой группы выпускается несколько дополнительных наборов. Например, ресурсный набор, являющийся дополнительным, — это просто набор дополнительных стандартных деталей Lego, расширяющий возможности конструктора. Четкой границы между коробочной и образовательной версией нет — это один и тот же конструктор, имеющий немного разную комплектацию.

Сегодня этот набор достаточно активно внедряется в России в образовательную робототехнику для дошкольников и младших школьников.

Такой конструктор позволяет собрать и запрограммировать при помощи компьютера множество базовых моделей по инструкции, а также придумывать свои. В наборе детали, совместимые со стандартными кирпичиками Lego.

Состав набора Lego Education WeDo:

• 158 строительных элементов;
• USB Lego-коммутатор;
• мотор;
• датчик наклона;
• датчик расстояния.

Через коммутатор осуществляется управление датчиками и моторами при помощи программного обеспечения WeDo. Через разъемы коммутатора подается питание на моторы и осуществляется обмен данными между датчиками и компьютером.

Видео презентация набора Lego WeDo:

Lego Education WeDo — не только конструктор, но полное методическое обеспечение, готовое к внедрению в учебный процесс. Это отличное начало для занятий робототехникой.

Найти кружки робототехники, где используется Lego WeDo, можно в нашем .

LEGO Education WeDo 2.0

Upd. 4.12.2017: LEGO Education в начале 2016 года новую версию образовательного конструктора робототехники для детей WeDo 2.0 (арт.45300).

В состав базового набора Lego WeDo 2.0 входят новые версии коммутатора, датчиков наклона и движения, двигателя. К сожалению, новый конструктор не совместим с моторами и датчиками Lego WeDo предыдущей версии, т.к его микропроцессор (СмартХаб) имеет другие разъемы подключения. СмартХаб WeDo 2.0 подключается к компьютеру или планшету по протоколу Bluetooth 4.0.

Есть ли альтернатива Lego в образовательной робототехнике?

Сегодня платформа Lego является безусловным лидером образовательной робототехники. Наборами Lego Mindstorms оснащены кружки робототехники во многих странах мира. На лидирующих позициях Lego Mindstorms и в российских .

Каковы причины такого лидерства? Их несколько.

Во-первых, это безусловно качество платформы, ее, с одной стороны, обучающие, с другой — конструкторские возможности. Из этого конструктора можно построить не только игрушечных роботов, но и прототипы таких серьезных конструкций как, например, и т.п. Причем придумывать и реализовывать все это могут дети. А еще из Mindstorms можно сделать робота, который !

Робот-венероход на WRO-2014 в Казани

Есть ли альтернативы по функционалу? В общем, да. Это, например, корейский , немецкий , отечественный ТРИК и другие. Перечисленные платформы схожи по цене с Lego. Есть и более дорогие конструкторы.

Во-вторых, это мощное олимпиадное робототехническое движение на основе Lego. Конкурсы мирового уровня — такие как и , а также множество региональных мероприятий и фестивалей содержат в своих регламентах требование использовать Lego.

Производители альтернативных Lego конструкторов также продвигают соревнования на основе своих платформ — так молодежные соревнования по робототехнике полностью основываются на конструкторах HUNA. Набирают популярность и мультиплатформенные соревнования. В России это и только что объявленный ИКаР .

В-третьих, преемственность Lego Mindstorms. До него может быть описанный выше WeDo , после — TETRIX и MATRIX. Последние два используют контроллеры NXT и EV3, но предлагают значительное механическое и конструктивное расширение. С учетом того, что современные дети знакомятся с Lego в возрасте еще до года, то продолжать с ним работать и дальше кажется естественным и более простым.

В-четвертых, на популярность Lego играет и фактор времени — он просто был первым в этой области и завоевал рынок. Есть сложившиеся сообщества в разных странах, есть множество разработок, есть значительный опыт по использованию в образовании.

В этом разделе представлены различные Лего роботы. Начиная с Mindstorms - робота для продвинутых пользователей и даже профессионалов, заканчивая персонажами легенд: Hero Factory, Ninjago, Chima и др.

Начнём наше повествование с необычной лего игрушки – электронного интерактивного робота на базе процессора NXT 2.0! Его, с помощью инструкции, может собрать даже 10-12-летний ребёнок! LEGO Роботы mindstorms понравится не только детям, но и их родителям, так как он очень функционален и возможности его программирования поистине безграничны! Можно сконструировать свои программируемые модели!

Программирование робота очень удобно осуществлять через дружественный интерфейс программы, которую можно установить с диска! При желании, выбрать набор функций можно комбинацией клавиш на центральном блоке управления. Robot имеет очень хорошую функциональность, что достигается за счёт интерактивных сервомоторов и специальных датчиков, реагирующих на свет, звук, механические воздействия и на другие внешние раздражители!

Mindstorms может передвигаться в различном направлении, воспроизводить звуки, различать цвета, собирать кубик Рубика, брать в руки не тяжелые предметы, охранять комнату, управлять лего поездом или машиной с расстояния и многое другое! Помимо обычных датчиков, которые поставляются в начальном комплекте, можно докупить и другие различные аксессуары: различные сенсоры, переходники, моторы, аккумуляторы и многое другое, которые существенно расширят возможности Вашего лего робота!

Инструкция, которая есть на диске программного обеспечения, предлагает несколько первоначальных, несложных в сборке моделей mindstorms: Робогатор, Сортировщик цветных шариков, Сторож комнаты и некоторые другие.

Ваш ребёнок никогда не будет скучать, а учиться навыкам конструирования и программирования в игровой форме, тоже весьма познавательное занятие!

Ещё одна серия – это Фабрика Героев. Герои из серии Hero Factory являются очень колоритными существами, это гибрид человека и робота и название им – киборги! Фигурки роботов имеют подвижные руки и ноги, они держат различное оружие, которое помогает им сражаться с полчищами мутантов, которые прислуживают Огненному Лорду.

Данная серия Hero Factory является аналогом Биониклов, поэтому её с радостью воспримут поклонники мультфильмов про роботов.

Среди персонажей есть как добрые: Стормер, Фурно, Бриз и другие, так и отрицательные герои: Дриллдозер, Джетбаг, Вон Небула, которые подчиняются могущественному и злому Огненному Лорду. Попробуйте собрать всю коллекцию фигурок Фабрика Героев лего роботов и устроить своё сражение за торжество добра и справедливости!