LEGO Mindstorms EV3
проект по технологии

LEGO Mindstorms EV3

Благодаря LEGO MINDSTORMS EV3 никогда еще не было так просто построить и запрограммировать собственного робота. Сначала придумайте робота, а затем постройте его. Используйте моторы и датчики, чтобы задать модель поведения и привести робота в движение. Программное обеспечение поможет вам «оживить» вашего робота.

Создание: постройте робота, используя детали, моторы и интеллектуальные датчики LEGO, которые включены в набор.

Команда: запрограммируйте своего робота с помощью интуитивно понятного программного интерфейса, в котором используются пиктограммы. По своему желанию перетаскивайте обозначающие действия пиктограммы в окно программирования и корректируйте их в соответствии с поведением робота.

Модуль EV3

Обзор Экран показывает, что происходит внутри модуля EV3, и позволяет использовать интерфейс модуля. Также он позволяет добавлять текст и числовые или графические ответы в вашу программу или эксперименты. Например, вы можете запрограммировать экран таким образом, чтобы он отображал веселое лицо (или печальное лицо) для сравнительного ответа, или чтобы он отображал число, которое является результатом математических вычислений.

Кнопки управления модулем позволяют перемещаться по интерфейсу модуля EV3. Их также можно использовать в качестве программируемых активаторов. Например, вы можете запрограммировать робота таким образом, чтобы он поднимал руки, когда нажата кнопка «Вверх», или опускал их, когда нажата кнопка «Вниз» (дополнительную информацию см. в разделе «Использование кнопок управления модулем» в меню «Справка» программного обеспечения EV3).

Моторы EV3

Большой мотор — это мощный «умный» мотор. В нем есть встроенный датчик вращения с разрешением 1 градус для точного контроля. Большой мотор оптимизирован для выполнения роли приводной платформы в ваших роботах. Используя программные блоки «Рулевое управление» или «Независимое управление моторами» в программном обеспечении EV3, можно координировать работу двух моторов одновременно. 

Средний мотор также имеет встроенный датчик вращения (с разрешением 1 градус), но он меньше и легче, чем большой мотор. Это означает, что он способен реагировать быстрее, чем большой мотор. Средний мотор можно запрограммировать таким образом, чтобы он включался или выключался, контролировал уровень питания, работал в течение определенного времени или выполнял определенное число оборотов. 

Сравните два мотора:

+ Большой мотор работает со скоростью 160–170 об/мин, с вращающим моментом при работающем моторе 20 Нсм и с пусковым моментом 40 Нсм (медленнее, но мощнее).

+ Средний мотор работает со скоростью 240–250 об/мин, с вращающим моментом при работающем моторе 8 Нсм и с пусковым моментом 12 Нсм (быстрее, но с меньшей мощностью).

+ Оба мотора поддерживают автоматическую идентификацию.

Датчики EV3

Датчик цвета — это цифровой датчик, который может определять цвет или яркость света, поступающего в небольшое окошко на лицевой стороне датчика. Этот датчик может работать в трех разных режимах: в режиме «Цвет», в режиме «Яркость отраженного света» и в режиме «Яркость внешнего освещения». 

В режиме «Цвет» датчик цвета распознает семь цветов: черный, синий, зеленый, желтый, красный, белый и коричневый, а также отсутствие цвета. Эта способность различать цвета означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он сортировал цветные мячи или кубики, произносил названия обнаруженных им цветов или прекращал действие, увидев красный цвет.

В режиме «Яркость отраженного света» датчик цвета определяет яркость света, отраженного от лампы, излучающей красный свет. Датчик использует шкалу от 0 (очень темный) до 100 (очень светлый). Это означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он двигался по белой поверхности до тех пор, пока не будет обнаружена черная линия, или чтобы он интерпретировал идентификационную карточку с цветовым кодом.

В режиме «Яркость внешнего освещения» датчик цвета определяет силу света, входящего в окошко из окружающей среды, например солнечного света или луча фонарика. Датчик использует шкалу от 0 (очень темный) до 100 (очень светлый). Это означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он подавал сигнал утром, когда восходит солнце, или чтобы он прекращал действие, если свет гаснет.

Частота выборки датчика цвета составляет 1 кГц/с.

Для наибольшей точности при выборе режима «Цвет» или «Яркость отраженного света» датчик следует держать под правильным углом, близко к исследуемой поверхности, но не касаясь ее.

Датчик касания — это аналоговый датчик, который может определять, когда красная кнопка датчика нажата, а когда отпущена. Это означает, что датчик касания можно запрограммировать для действия в зависимости от трех условий: нажатие, отпускание и щелчок (нажатие и отпускание).

Используя вводы датчика касания, робота можно запрограммировать таким образом, чтобы он воспринимал мир, как его может воспринимать слепой человек, когда он протягивает руку и реагирует при соприкосновении с чем-либо (нажатие).

Вы можете построить робота с датчиком касания, который прижат к поверхности под ним. Вы можете запрограммировать робота так, чтобы он реагировал (Стоп!), когда он вот-вот скатится с края стола (когда датчик отпущен).

Боевой робот может быть запрограммирован так, чтобы он продолжал двигаться вперед на своего соперника до тех пор, пока соперник не отступит. Эта пара действий — нажатие и затем отпускание — образуют щелчок.

Инфракрасный датчик и удаленный инфракрасный маяк.

Инфракрасный датчик — это цифровой датчик, который может обнаруживать инфракрасный цвет, отраженный от сплошных объектов. Он также может обнаруживать инфракрасные световые сигналы, посланные с удаленного инфракрасного маяка.

Инфракрасный датчик может использоваться в трех разных режимах: в режиме приближения, в режиме маяка и в дистанционном режиме.

Режим приближения

В режиме приближения инфракрасный датчик использует световые волны, отраженные назад от объекта, для определения расстояния между датчиком и этим объектом. Он сообщает расстояние, используя значения от 0 (очень близко) до 100 (далеко), а не конкретное число сантиметров или дюймов. Датчик может обнаруживать объекты на удалении до 70 см, в зависимости от размера и формы объекта.

Режим маяка

Выберите одни из четырех каналов удаленного инфракрасного маяка с помощью красного переключателя каналов. Инфракрасный датчик обнаружит сигнал маяка, соответствующий каналу, который вы укажете в своей программе, на удалении примерно до 200 см в направлении перед ним. После обнаружения датчик может оценить общее направление (курс) и расстояние (приближение) до маяка. Используя эту информацию, вы можете запрограммировать робота так, чтобы он играл в прятки, используя удаленный инфракрасный маяк в качестве искомой цели. Направление будет выражено величиной от -25 до 25, при этом 0 указывает, что маяк находится прямо перед инфракрасным датчиком. Приближение будет выражено величинами от 0 до 100.

Удаленный инфракрасный маяк — это отдельное устройство, которое можно держать в руке или которое может быть встроено в другую модель LEGO®. Для него необходимы две щелочные батареи типа ААА. Для включения удаленного инфракрасного маяка нажмите большую кнопку «Режим маяка», расположенную сверху на устройстве. Загорится зеленый светодиодный индикатор, указывая, что устройство активно и постоянно передает сигналы. При повторном нажатии кнопки «Режим маяка» он выключится (после бездействия маяк выключается автоматически).

Дистанционный режим

Вы также можете использовать удаленный инфракрасный маяк для дистанционного управления своим роботом. Работая в дистанционном режиме, инфракрасный датчик может определять, какая кнопка (или комбинация кнопок) на маяке нажата. Всего есть одиннадцать возможных комбинаций кнопок:

0 = Никакая кнопка (и режим маяка выключен)

1 = Кнопка 1

2 = Кнопка 2

3 = Кнопка 3

4 = Кнопка 4

5 = И кнопка 1, и кнопка 3

6 = И кнопка 1, и кнопка 4

7 = И кнопка 2, и кнопка 3

8 = И кнопка 2, и кнопка 4

9 = Режим маяка включен

10 = И кнопка 1, и кнопка 2

11 = И кнопка 3, и кнопка 4

Подключение датчиков и моторов EV3

Подключение датчиков и моторов

Для того чтобы моторы и датчики работали, они должны быть подключены к модулю EV3. Если вы создаете программы, когда модуль EV3 не подключен к компьютеру, программное обеспечение назначит датчикам порты по умолчанию.

По умолчанию порты будут назначены следующим образом:

+ Порт 1: датчик касания

+ Порт 2: нет датчика

+ Порт 3: датчик цвета

+ Порт 4: инфракрасный датчик

Если во время программирования модуль EV3 подключен к компьютеру, программное обеспечение автоматически определит, какой порт используется для каждого датчика или мотора.

С помощью плоских черных соединительных кабелей подключите моторы к модулю EV3, используя порты вывода A, B, C и D.

Как и в случае с датчиками, если модуль EV3 не подключен в то время, когда вы пишете программу, каждому мотору будет назначен порт по умолчанию. По умолчанию порты будут назначены следующим образом:

+ Порт A: средний мотор

+ Порты B и C: два больших мотора

+ Порт D: большой мотор

Если во время программирования модуль EV3 подключен к компьютеру, программное обеспечение автоматически назначит соответствующий порт в вашей программе.

Подключение модуля EV3 к компьютеру

Подключите модуль EV3 к компьютеру с помощью USB- кабеля или посредством беспроводной связи, используя либо Bluetooth, либо Wi-Fi.

USB-кабель

Возьмите USB-кабель и вставьте конец Mini-USB в порт для подключения к компьютеру модуля EV3 (находящийся рядом с портом D). Подключите разъем USB к компьютеру.

Беспроводное подключение — Bluetooth

Если в вашем компьютере нет встроенного адаптера Bluetooth, вам понадобится USB-адаптер Bluetooth.

Установление подключения Bluetooth на компьютере

Прежде чем вы сможете установить соединение по Bluetooth между модулем EV3 и компьютером, на котором запущено программное обеспечение EV3, необходимо включить Bluetooth на модуле EV3. Соответствующие инструкции приведены на странице 27.

После того как вы включили Bluetooth на модуле EV3, его теперь можно подключить к компьютеру и программному обеспечению EV3.

1. Сначала удостоверьтесь, что модуль EV3 включен.

2. Откройте новую или существующую программу в программном обеспечении EV3

3. Перейдите на страницу аппаратных средств в правой нижней части экрана — разверните окно, если оно свернуто

4. Выберите вкладку «Доступные модули». Если ваш модуль EV3 еще не указан в списке, нажмите кнопку «Обновить» для обнаружения модуля EV3 и установите флажок в появившемся окне Bluetooth.

5. Подтвердите запрос на подключение на модуле EV3 вручную, затем введите ключ доступа и нажмите центральную кнопку (OK). Ключ доступа по умолчанию: 1234. Повторите эти действия в программном обеспечении EV3.

6. Теперь подключение установлено, и в верхней левой части экрана модуля EV3 (рядом с пиктограммой Bluetooth) отображается значок «<>», подтверждающий подключение.

Чтобы отключить модуль EV3 от компьютера, нажмите кнопку «Отключить» рядом с кнопкой «Обновить» на странице аппаратных средств.

Беспроводное подключение — Wi-Fi

Первым шагом для подключения к Wi-Fi является приобретение USB-адаптера Wi-Fi. Список совместимых адаптеров можно получить на официальном веб-сайте LEGO® MINDSTORMS® (www. LEGO.com/mindstorms). Чтобы начать установку, вы должны иметь доступ к беспроводной сети и знать название сети и пароль к ней. Если программное обеспечение EV3 открыто, закройте его и установите адаптер Wi-Fi в модуль EV3, используя USB-порт компьютера.

Различие между NXT и EV3

Комплект конструктора LEGO EV3 изменился. Стало больше шестерёнок, ажурных элементов. Убрали часть не нужных маленьких штифтов. Но самое главное, «мозг» компьютера наконец-то претерпел значительные изменения и обещает стать любопытной игрушкой не только для детей, но и для взрослых робототехников.

Технические характеристики LEGO EV3:

• Процессор — ARM9

• FLASH память — 16 Mегабайт

• Оперативная память — 64 Mегабайт

• Операционная система — Linux

• Слот расширения SD

• USB 2.0

• Bluetooth 2.1

• 4 порта на вход и 3 порта на выход

• Динамик

Общее количество блоков Lego-Technics в комплекте — 594. Изготовитель обещает сохранить обратную совместимость с NXT2.0, то есть будет возможно использовать моторы и сенсоры от предыдущей версии.

Ниже представим таблицу сравнения характеристик блока из набора 9797 / 8547 и блока EV3: