LEGO Mindstorms EV3. Игрушечный скайнет. Начало / Хабр

А что дальше?

Изучив подобные алгоритмы еще в средней школе, ребята смогут в дальнейшем закреплять свои знания и, например, участвовать в проектных и предметных олимпиадах, которые дают реальные бонусы — например, 100 баллов автоматом по ЕГЭ при поступлении в вузы.

Bluetooth управляющих программ (два nxts обязательно):

Программа 5ButtonSteer является управляющая программа для Race Car, который
предназначен для использования вместе с 5 Кнопка удаленного управления проектом.
См. инструкции для этого проекта.

SteerBTCar программа управляющая программа для Race Car, который предназначен
для использования вместе с удаленного рулевого управления проектом. См.
инструкции для этого проекта.

Алгоритм дейкстры

Для решения будет использоваться алгоритм Дейкстры — алгоритм поиска кратчайшего пути между одной вершиной графа и всеми остальными. Алгоритм был изобретен в 1956 году голландским ученым Эдсгером Дейкстрой. Если объяснять максимально просто, то в основе алгоритма — последовательное продвижение к соседним вершинам графа при постоянной оценке пройденного пути. Хороший иллюстративный пример и базовую блок-схему алгоритма можно найти в

на Википедии.

В нашем случае блок-схема алгоритма Дейкстры (наша «дейкстра») будет выглядеть следующим образом:

По алгоритму, а лучше по его математической модели мы уже можем создать программу для робота. Входными данными будет матрица смежности, стартовая и конечная точки. После всех описанных действий поиск кратчайшего пути между любыми точками на одной и той же карте можно будет находить быстро.

Разумеется, помимо алгоритма Дейкстры, нашему роботу на основе LEGO EV3 понадобится ряд более простых программных модулей (подпрограмм): движение по линии до перекрестка, подсчет перекрестков, повороты в оба направления, определение своего местоположения относительно абсолютной системы координат X,Y, Θ, где X,Y — координаты на сетке, Θ — текущее направление робота (выраженное через код, например 1 — вверх, 2 — направо, 3 — вниз, 4 — налево).

А вот живая демонстрация решения задачи. Входные данные несколько отличаются, но сути это не меняет.

Беспилотный автомобиль |lego® education

Бонусная тема: одометрия

В задачи по перемещению на местности можно интегрировать возможности одометрии — например, чтобы робот в лабиринте понимал, где он находится и куда движется. С помощью одометрии перемещение робота оценивается, исходя из данных о движении приводов (вращении двигателей).

Зная диаметр колес, мы можем вычислить расстояние, которое проехал робот за определенное время. Зная угловые скорости колес, можем определить угол, на который робот повернулся относительно первоначального. А установив разные угловые скорости, можем настроить движение робота по дуге и при этом определять «петли» при передвижении робота, как на видео ниже:

В школах много внимания уделяется тригонометрии, но ее практическое применение никак не освещается. Задачи одометрии, решаемые с помощью LEGO EV3, показывают, зачем вообще может понадобиться тригонометрия. На практике одометрия используется не только в транспорте, но и, например, для отслеживания положения инструмента в станках с ЧПУ (числовым программным управлением).

Внутри коробки

Ещё когда я сам был маленький и ездил с родителями в центральный Детский Мир (когда он ещё был), на Лубянку – уже тогда я не мог оторвать глаз от коробок с LEGO. Тогда не было ни Гиктаймс, ни даже Хабра, но с тех пор коробки остались всё такими же яркими и сочными, даже во взрослом возрасте активируют процесс слюновыделения ) В этом плане другим производителям есть чему поучиться.

Часть коробки, на самом деле, представляет собой (если её разрезать) трассу с различными цветовыми зонами, которую можно использовать для роботов с сенсорами цвета.

Все детальки аккуратно разложены по пакетикам, в комплекте – инструкция и набор наклеек. Давайте вкратце пройдёмся по тому, что положили в комплект.

Сам EV3, он же интеллектуальный блок, он же сердце системы, он же «кирпичик» или «кубик». Служит центром управления и энергетической станцией для вашего робота и имеет следующие функциональные элементы:

– Многофункциональный монохромный дисплей с разрешением 178х128– Шестикнопочный интерфейс управления с функцией изменения подсветки (3 цвета) для индикации режима работы– 4 порта ввода (1, 2, 3, 4) для подключения датчиков – 4 порта вывода (A, B, C, D) для выполнения команд– 1 разъём miniUSB для подключения EV3 к компьютеру– 1 порт USB–хост (для соединения нескольких EV3 в одну цепь, например)– 1 слот для карт памяти формата microSD (до 32Гб) – для увеличения объёма доступной памяти EV3– Встроенный динамик

Кубик EV3 также поддерживает Bluetooth, WiFi (через USB-адаптер NETGEAR WNA1100 Wireless-N 150), для связи с компьютерами имеет программный интерфейс, позволяющий создавать программы и настраивать регистрации данных непосредственно на микрокомпьютере EV3.

» Большой EV3-сервомотор (2 штуки). Cоздан для работы с микрокомпьютером EV3 и имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса. Используя этот датчик, мотор может соединяться другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью.

– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 град– Максимальные обороты до 160-170 об/мин– Максимальный крутящий момент в 40 Нсм– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Средний EV3-сервомотор. Идеален для задач, когда скорость и быстрота отклика, а также размер робота важнее его грузоподъёмности.

– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса– Максимальные обороты до 240-250 об/мин– Максимальный крутящий момент в 12 Нсм– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Датчик цвета (EV3). Способен определить 8 различных цветов, хотя также может использоваться как датчик освещённости.

– Измеряет отраженный красный свет и внешнее рассеянное освещение, от полной темноты до яркого солнечного света– Фиксирует и определяет 8 цветов– Частота опроса до 1 кГц– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Датчик касания (EV3). Позволяет роботу реагировать на касания, распознает три ситуации: прикосновение, щелчок и освобождение. Также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных.

» Цифровой ИК-датчик (EV3). Для определения приближения робота. Также способен улавливать ИК-сигналы от ИК-маяка, позволяя создавать дистанционно управляемых роботов, навигационные системы для преодоления препятствий.

– Измерения приближения/удаления в радиусе 50-70 см– Радиус улавливания ИК-сигналов до 2 метров– До 4 индивидуальных каналов приёма сигнала– Получение удаленных ИК-команд управления– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3

» Удалённый инфракрасный маяк. Разработан для использования с ИК-датчиком EV3. Маяк излучает ИК-сигнал, улавливаемый датчиком – может использоваться в качестве пульта дистанционного управления микрокомпьютера EV3, передавая сигналы на ИК-датчик.

– До 4 индивидуальных каналов передачи сигнала (переключатель прямо на корпусе)– Имеет кнопку и тумблер для включения/выключения– При работе ИК-маяка горит зелёный светодиод– Автоматическое отключение при простое более 1 часа– Радиус действия до 2 метров

В отдельном пакетике смотаны провода для подключения датчиков и моторов к кубику, а также USB-шнур для подключения кубика к компьютеру.

Стоит отметить два важных момента. Во-первых, существуют другие датчики Lego, такие как:

» Гироскопический датчик (EV3). Цифровой гироскопический датчик EV3 позволяет измерять движение вращения робота, а также улавливать изменения в его движении и положении. Режим измерения углов с точностью до ± 3 градуса; встроенный гироскоп улавливает вращения с моментом до 440 град/с; частота опроса до 1 кГц.

» Ультразвуковой датчик (EV3). Генерирует звуковые волны и фиксируюет их отражения от объектов, тем самым измеряя расстояние до объектов. Также может использоваться в режиме сонара, испуская одиночные волны. Может улавливать звуковые волны, которые будут являться триггерами для запуска программ. Измеряет расстояния в пределах от 1 до 250 см, а точность измерений составляет ± 1 см.

А во-вторых, поддерживаются сенсоры и прочие аксессуары от сторонних производителей, таких как HiTechnic и Mindsensors – они предлагают всевозможные джойстики, инфракрасные датчики расстояний, магнитные датчики, компасы, гироскопы, акселерометры, таймеры, мультиплексоры, шаровые опоры, и т.д. Так что, если задаться вопросом, можно найти много всего интересного.

В общем, как вы уже поняли, LEGO – это для реальных пацанов!

Где можно всему этому научиться

Позволю себе немного рекламы. Задачу, описанную выше, и более сложные задачи вполне могут решать ребята 7-9 классов, которые прошли подготовку в клубах робототехники. Я веду один такой клуб, «Робит», в Екатеринбурге — вот наша

. Видео с демо к задаче выше мы снимали на одном из занятий. Тогда одна восьмиклассница из нашего клуба за 6 часов изучила основы теории графов и решила аналогичную задачу.

Как выбрать среду программирования lego ev3

Решение задач невозможно без выбора подходящей среды программирования для LEGO EV3. О новинках в этой области есть

. Я стараюсь научить ребят выбирать язык программирования под задачу, а не задачу под тот язык программирования, синтаксис которого они изучили. Но в младших классах сложно сразу работать в текстовом языке программирования, поэтому мы начинаем изучать алгоритмы в графических языках, где порог вхождения ниже.

С 12 лет ребята начинают осваивать среду EV3 Basic. Среда сравнительно проста в освоении, и Basic предлагает для платформы LEGO EV3 мощную функциональность. Помимо этого, мы программируем в среде EV3Dev, куда можно установить много разных языков — Python, Java, C.

С помощью EV3Dev ребята получают первый опыт в трендовых, востребованных языках. Единственный минус EV3Dev — это сравнительно более низкая скорость опроса датчиков по сравнению с другими средами. При правильном подходе LEGO EV3 становится отличным инструментом для знакомства с программированием. Когда ученики видят, как их код вдыхает жизнь в конструктор, это превосходная мотивация.

Карта дорог

Изобразим карту дорог в виде сетки. Линии — это дороги, точки пересечения — это перекрестки дорог:

Все отрезки дороги между перекрестками имеют одинаковую длину, движение на них двухстороннее. Некоторые дороги перекрыты — они помечены «кирпичом». Кроме того, все повороты на нашей карте кратны 90 градусам. Усложнение сетки дорог не повлияет на принцип решения задачи, и для наглядности мы обойдемся довольно простым вариантом. Наша задача — проехать из точки А в точку В про кратчайшему пути.

Конструкторы lego technic купить в интернет магазине ozon

Матрица смежности

Граф, представленный картинкой, наглядно демонстрирует карту и связи внутри нее. Но на компьютере — в том числе на EV3 — обрабатывать графическую информацию трудоемко. Оптимальней закодировать граф матрицей, матрицей смежности.

Если между перекрестками нет прямого сообщения, в точке их пересечения мы ставим 0. Если есть — 1. Мы договорились, что все расстояния между соседними перекрестками у нас равны 1. Если бы граф был взвешенный, то вместо единицы в каждом пересечении мы бы проставили «вес» участка.

С матрицей смежности наш робот уже может решить задачу — найти кратчайший путь от А до B. Но матрица у нас двухмерная, а в EV3 можно хранить только одномерные массивы. Мы можем легко перейти к одномерному массиву через сдвиг n*Y X, где n — размер матрицы.

Машины для сложных трюков

Тяжелая техника пригодится не только для строительства. В нашем каталоге ты найдешь Lego Technic гусеничные автомобили и вездеходы для выполнения сложных трюков и экстремальных приключений. Можешь двигаться с максимальным ускорением по любому бездорожью — твой гусеничный автомобиль проедет не только по асфальту, но и по песку, земле или другим поверхностям.

Выбери на нашем сайте нужную модель или набор и займись благоустройством своего города. Устраивай с друзьями соревнования на самый крутой трюк на гусеницах!

Мобильная платформа lego ev3

Наша мобильная платформа должна быть оснащена датчиками и сервоприводами. Все необходимое можно найти в базовом образовательном наборе LEGO Mindstorms EV3 45544. Вот как примерно выглядит платформа:

Сборка не требует знаний электроники и занимает не более получаса. Платформа имеет все необходимое, чтобы подняться на высокий уровень абстракции в решении задачи.

Отличия ev3 от nxt 2.0

В принципе, главная идея осталась прежней – серия предназначена для сборки программируемых роботов. Поэтому первым встаёт вопрос, а что же поменялось с момента выхода предыдущего конструктора и стоит ли покупать новый? Основное отличие заключается в обновленных датчиках/моторах и, самое главное, в интеллектуальном блоке EV3 (EV означает EVolution):

Как видите, разница довольно существенна – было бы странным, если бы за 4 года поменяли только разрешение экрана и набор наклеек.

Ещё одно отличие заключается в том, что серия NXT продавалась в нескольких версиях (в разные годы) и представляла собой разные наборы, базовые и ресурсные. У нового EV3 с этим попроще – пока он продаётся в основном варианте – 31313 (601 деталь), из которого можно наделать кучу всего.

Но при желании можно докупить базовый набор 45544 (541 деталь) с дополнительными сенсорами и детальками (использовать детали от обычных конструкторов также никто не мешает). Кстати, обратите внимание на пятизначные артикулы – на такую нумерацию компания перешла в 2023 году.

Что касается совместимости, то тут было проделано всё возможное. Все NXT-сенсоры и моторы совместимы с EV3 и распознаются как NXT. EV3-сенсоры не работают с NXT, но EV3-моторы вроде как совместимы. NXT-кирпичик может быть запрограммирован софтом от EV3, но некоторые функции могут быть недоступны, а вот запрограммировать EV3-кирпичик NXT-софтом без сторонних решений не получится.

Первая модель

В комплекте с конструктором идёт бумажная инструкция, по которой можно собрать одну-единственную модель – некое подобие гусеничной самоходной машины.

Сначала я удивился, ведь даже в самых простых наборах (серии типа LEGO Creator) всегда идёт несколько инструкций, а тут вдруг бумаги пожалели или места в коробке не нашли. Оказалось… что только на официальном сайте из набора деталей предлагается собрать 17 разных роботов!

Поэтому 17 инструкций в коробке были бы действительно лишними (и для логистики, и для лесов природы). Вот названия роботов: EV3RSTORM, GRIPP3R, R3PTAR, SPIK3R, and TRACK3R. ROBODOZ3R, BANNER PRINT3R, EV3MEG, BOBB3, MR-B3AM, RAC3 TRUCK, KRAZ3, EV3D4, EL3CTRIC GUITAR, DINOR3X, WACK3M, и EV3GAME – инструкции для них придётся качать из инета, равно как и софт для подключения EV3 к компьютеру.

Инструкция наиподробнейшая, накосячить сложно. Сын сказал, что детали в пакетиках расфасованы не очень удачно – на первой же странице может потребоваться вскрыть 3 разных пакета, но это тоже мелочи.

Кубик EV3 необходимо запитать, для чего можно использовать аккумулятор (нет в комплекте) или 6 пальчиковых батареек. Забегая вперёд – ещё 2 батарейки (но уже мизинчиковых) понадобятся для питания ИК-маяка (он же пульт ДУ).

Первую модель ребёнок (7 лет) собрал примерно минут за 30.

Процесс оказался не таким увлекательным, как, например, сборка моделей LEGO Technics – в инструкции предлагается собрать далеко не самого интересного робота: в нём лишь крупные детали, среди которых были практически все датчики и двигатели – видимо, чтобы продемонстрировать работу каждого из них.

Но вот результат превзошёл все детские ожидания – впервые он собрал модель, которая могла двигаться сама: вперёд-назад, поворот, разворот на месте, крутила щупальцами…

Запуск осуществляется с кубика EV3, для чего следует нажать пару кнопок на лицевой панели. Некоторые действия можно запрограммировать прямо на кубике: выбрать количество итераций, настроить подачу звукового сигнала и так далее – в одной статье всего не рассказать, курите мануалы.

Плюсы и минусы

Продукция компании LEGO не первый год славится своим качеством, поэтому в этом плане никаких нареканий нет: эффектная коробка, детальки, наклейки, инструкция – всё проработано до мелочей. Поэтому позволю себе закрыть глаза на все «маленькие плюсы» по сравнению с одним большим: многообразие возможных комбинаций конструкций, которые можно сделать даже из штатного набора деталей (про дополнительные наборы и говорить не стоит), ограничено только вашей фантазией.

А вот из реально существенных минусов я нашёл только один: цену. Ещё летом LEGO Mindstorms EV3 можно было купить за 14-15 тысяч, но стремительный рост курса вечнозелёного президента увеличил прайс аж до 17 тысяч. Кто-то скажет: «да, крутой конструктор… НО ДОРОГО Ж!

» И будет прав. Во время изучения набора и его возможностей я офигел от количества тех ресурсов, которые были вложены при его создании; я понимаю, что тут куча электроники и всё остальное… но всё равно пока не могу смириться с такой стоимостью конструктора.

За эти деньги можно человека из тюрьмы вытащить (с) выбрать много других подарков: квадрокоптер, ДВС-модельку на радиоуправлении, полноразмерный электромотоцикл, год занятий в спортивной секции, планшет… да много чего! Но на спорт можно ходить в любое время и это вроде как не совсем подарок, а тот же квадрокоптер будет жужжать до первой серьёзной поломки.

Лего же в этом плане гораздо более долгоиграющий подарок, совмещающий приятное с полезным, с нереально большим потенциалом. Да, на том же планшете тоже можно учиться программировать, но когда нет возможности вживую пощупать руками результат работы, это уже не так увлекательно. Поэтому решайте сами.

Ах да. Производитель позиционирует данный набор для детей от 10 лет, но даже 7-летнему ребёнку было интересно поиграться – процесс бурного освоения начался. Как думаете, сколько этим парням и во сколько они купят свой первый Порш? )

Простая программа nxt:

Программа ColorRace демонстрирует несколько примеров автономного поведения,
используя цвет датчика реагировать на изменения цвета поверхности. Вы можете
создать короткий «курс» на автомобиль, чтобы двигаться и отметить действия с
разноцветными ленты или полоски бумаги. Цвет датчика может смысле шести
различных цветов, и в этом примере программы действий для шести номеров цвета:

1. Черные: Игнорируется2. Синий: Поверните налево (начало поворота на первый синей линии, остановка поворот на втором синяя линия)3. Зеленый: Скорость до полной мощности4. Желтый: Замедление до 30% мощности5. Красный: Стоп6. Белый: Игнорируется

Лего автомобиль должен быть запущен с передними колесами указал прямо перед собой
(корректировать их, прежде чем начать программу, повернув ручку колеса на
рулевой двигатель), и начнем прямо вождения медленно.

Обратите внимание, что автономную работу сложно, потому что есть ограниченный
контроль, а также руководящий много механических “помои” в нем, что позволяет
получать прямой старт и последовательным оказывается сложной задачей.

Вам также может понадобиться изменить цвета, используемые в программе для
корректировки цвета вашего пола и маркеры используются. Чтобы проверить, какой
цвет автомобиля видит на различных поверхностях, используйте View » Color
функцию в меню кирпича NXT-н-ролл автомобиля по различным поверхностям.

Программа 2ButtonSteer будет контролировать Race Car с двумя сенсорными датчик
проводной пульт дистанционного управления, показанный в шаге 22 здания выше
инструкции. Автомобиль должен быть запущен с передними колесами указал прямо
перед собой (корректировать их, прежде чем начать программу, повернув ручку
колеса на рулевой двигатель).

Нажмите и удерживайте обе кнопки идти ехать прямо,
нажмите и удерживайте нажатой одну кнопку, чтобы включить в этом направлении, и
отпустить обе кнопки, чтобы остановиться. Вы также можете настроить скорость
автомобиля с помощью стрелка влево и вправо Стрелка на NXT.

Урок истории

Компания LEGO (название произошло от датской фразы «leg godt», «Играй с удовольствием») не нуждается в представлении – она была основана в далёком 1932 году, хотя первые знакомые всем пластиковые кубики появились значительно позже, в 1947. Примечательно, что кубики LEGO, выпускаемые в те годы, полностью совместимы с теми, что выпускаются сейчас.

История создания компании, выпущенная компанией Pixar к 80-летнему юбилею LEGO:

Сейчас компания производит около 20 миллиардов деталек в год, то есть более 630 штук в секунду. В текущем модельном ряду более 600 различных конструкторов и так уж получилось, что серия Mindstorms является своего рода вершиной технической мысли, самым-самым навороченным конструктором. Если вкратце, то она позволяет делать вполне себе полноценных роботов.

Как гласит википедия, серия LEGO Mindstorms была впервые представлена в 1998 году. Через 8 лет (в 2006) на свет появился набор LEGO Mindstorms NXT 1.0, а уже в 2009 — набор LEGO Mindstorms NXT 2.0. Сегодня речь пойдёт о LEGO Mindstorms EV3 – последнем (третьем) поколении терминатора конструктора, который был представлен почти год назад, 4 января 2023 года (в продаже появился только спустя полгода).

💾🔑 гоночный автомобиль из lego ev3. эхолокация и остановка по ультразвуковому датчику v1.0 » робовики

The end

Новый год у каждого из нас ассоциируется с снегурками ёлкой, мандаринами, тазиком оливье и, конечно же, с подарками. И если говорить о детях, то подарки у них стоят далекоооо не на последнем месте этого списка. И если так получилось, что у вас растёт сын, то можете даже не сомневаться в том, что данный конструктор под ёлкой доведёт его до поросячих визгов радости.

С наступающим новым годом!