LEGO Mindstorms EV3. Игрушечный скайнет. Начало

Несмешной и баянистый анекдот, но нельзя просто так взять и начать эту публикацию не с него – он в лучшем виде отображает суть того, о чём пойдёт речь далее. Впрочем, из заголовка вы и так поняли, о чём речь. Осторожно! Публикация может вызвать непреодолимое желание завести сына.

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 2013 года (в продаже появился только спустя полгода).

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):

EV3	NXT
Дисплей	Монохромный LCD, 178×128	Монохромный LCD, 100×64
Процессор
Память
USB-хост	Есть	Нет
Wi-Fi	Опционально, через USB-донгл	Нет
Bluetooth	Есть	Есть
Поддержка Apple-устройств	Есть	Нет

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 2013 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.

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. Кроме того, датчик вращения может использоваться и при проведении различных экспериментов для точного считывания данных о расстоянии и скорости. – 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. – 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. 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!

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.

Софт

Программировать через компьютер собранную выше модель не пришлось. Тем не менее, возможность такая есть, при этом на разных уровнях хардкорности. Ребёнку проще всего будет начать с предлагаемого производителем софта, который есть как под Windows, так и под OS X. Во втором случае дистрибутив весит 666 Мб, а установленное приложение займёт гигабайт. Оно называется LEGO Mindstorms EV3 Home Edition и разработано совместно с небезызвестной компанией LabView. На сайте LEGO довольно много обучающих программированию материалов. Сразу после запуска перед нами возникает интерактивный «гараж» из роботов, которых можно собрать из набора:

Выбираем понравившегося и начинаем собирать: перед нами появится интерактивная инструкция по сборке, видеоролики, а также подборка различных миссий, которые можно выполнить с собранным роботом. Вот почему дистрибутив весил так много. Не вижу смысла описывать всё в деталях: вы быстрее скачаете приложение сами и увидите, что там есть и на каком уровне. Разве что упомяну один из недостатков, который мне больше всего запомнился: не самый дружелюбный (особенно для детей) интерфейс – от приложения попахивает каким–то банк-клиентом. Нельзя ещё раз не отметить, что кубиком EV3 можно управлять со смартфона на операционных системах Android или iOS, для чего есть отдельные приложения. Если всего этого оказалось мало, можете повысить градус хардкора. Для кубика EV3 существуют различные прошивки, которые позволяют расширить его возможности, скорость работы и т.д. Вот, например, альтернативная прошивка leJOS EV3 – прошивка с jvm, позволяющая программировать EV3 на языке Java. Хотите на другом языке? Окей, гугл – в вашем распоряжении почти 60 вариантов на выбор: ASM/C/C++/Perl/Python/Ruby/VB/Haskell/Lisp/Matlab/LabVIEW и многое-многое другое. Более подробно об этом я рассказывать не буду по нескольким причинам: во-первых, программист из меня полный false (все надежды на сына), во-вторых, пока мы успели собрать только одну модель (и на выходных возьмёмся за вторую), а в-третьих – вы уже и так оформили заказ на этот конструктор и скоро сами всё узнаете 😉 Ну а если серьёзно, то статья и так уже огромная – вот лучше две ссылочки изучите: раз и два. Ну и ещё большой плюс – это LEGO-сообщества, которых полно по всему миру. Можете быть уверены, что на любом из этапов экспериментов с роботами вы всегда сможете найти единомышленников и тех, кто сможет помочь с решением проблемы. Помимо дружелюбных сообществ, на просторах сети выложено огромное множество различных инструкций, моделей, исходников, видеороликов и обучающих материалов. Всё это означает одно: с Mindstorms вы не соскучитесь.

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. Возможность по-разному программировать собранную модель – это ещё один плюс, который, на самом деле, гораздо больше, чем кажется на первый взгляд. 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? )

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. А учитывая, что после новогоднего салюта у вас будет ещё почти неделя на то, чтобы поковыряться с ребёнком в кубиках и проводках… вы ведь его ребёнку покупаете, верно? С наступающим новым годом!15693,2k 156

История LEGO Mindstorms

Уже более 20 лет юные инженеры используют в своих навыках роботостроения конструкторские разработки из наборов LEGO Mindstorms. Интересно, что по статистике именно они являются наиболее продаваемым продуктом бренда. История их возникновения началась ещё в 1986 году, когда появился первый компьютер-контроллер LEGO. Чуть позже бренд начал сотрудничество с одним из ведущих институтов Америки и собрали команду талантливых программистов. Благодаря их стараниям уже в 1998 году на международной конвенции в Лондоне был представлен первый LEGO Mindstorms.

Хронология моделей:

I поколение RCX

LEGO Mindstorms, 1998 год

</h2></h2>

Первая модель конструктора LEGO Mindstorms, состоящего из набора стандартных деталей LEGO с чертежами по сборке собственного прототипа подвижного робота.

(Шагающий робот)

Немного позже были разработаны RoboSports и Extreme Creatures, которые представили потребителям Америки и Великобритании. В ноябре 1998 года была создана первая Лига LEGO, которую основали Дим Кармен и Кирк Кристиансен. Именно тогда и провели первые соревнования между учениками старшей школы по созданию роботов на основе набора LEGO MINDSTORMS.

II поколение NXT

LEGO Mindstorms NXT 1.0, 2006 год

</h2>

Mindstorms NXT 1.0 версия, ставшая особенно популярной. Базовый набор выпускался в двух комплектациях:

8527 LEGO MINDSTORMS NXT — коммерческий набор из 577 деталей;

9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set — образовательный набор, предусмотренный для обучения робототехники, содержит 431 деталь.

(Гусеничный робот)

Версии объединяет наличие интеллектуального блока NXT («кирпичик») с прошивкой, которую можно обновить.

LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. 8547, 2009 год

8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. — обновление версии коммерческого набора, дополненной новым функционалом с 619 деталями.

(Боевой робот)

LEGO MINDSTORMS Education Resource Set 9648/9695, 2010 год

LEGO MINDSTORMS Education Resource Set 9648 и 9695 — дополнение к конструктору в виде ресурсного набора, 817 деталей. Наборы допущены к участию во Всемирной олимпиаде роботов (World Robot Olympiad проводится с 2004 года, 54 страны участников).

Версии наборов позволяют строить различные модели роботов, создавать свои версии с функционалом по собственным проектам, например робот игрок в гольф, роботизированный манипулятор-рука, гусеничный робот, а также создавать сложную схему, соединенных между собой конвеерных роботов.

(Промышленно-конвеерный робот из наборов Лего)

III поколение EV3

LEGO MINDSTORMS EV3, 2013 год

</h2>

Следующие годы LEGO MINDSTORMS активно развивались, в них внедряли инновационные технологии и решения. В результате выпущены целых три набора третьего поколения программируемых роботов — EV3.

LEGO MINDSTORMS EV3 — принципиально новое поколение конструктора с полной поддержкой функционала из предыдущих версий конструктора. Поставляется в трех версиях:

LEGO Mindstorms EV3 31313

LEGO Mindstorms EV3  31313 — это домашняя версия, которая состоит из 601 детали и отлично подойдёт для детей старше 6 лет.

LEGO Mindstorms EV3  45544

LEGO Mindstorms EV3  45544 — набор для школьников, а также кружков робототехники и электроники. Наборы состоят из 541 детали.

LEGO Mindstorms EV3  45560

LEGO Mindstorms EV3  45560 — это продуманный ресурсный набор, дополняющий школьную версию 45544, дает больше возможностей из 853 деталей.

База. Наборы и компоненты

Набор состоит из:

• — Управляющий блок
• — Комплект деталей и компонентов.

Все комплекты состоят из набора деталей, взаимоподключаемые между разными версиями.

(3 поколения управляющих блоков RCX/NXT/EV3)

Главная часть каждой версии из трех поколений LEGO MINDSTORMS центральный управляющий блок (также блоки имеют модификации 1.0; 2.0 и 3.0) с возможностью апгрейда внутри каждой версии.

(Разновидности моделей из наборов LEGO Mindstorms)

Наборы могут быть базовыми и ресурсными. В составе базового набора — необходимое количество деталей для создания простых роботов. Ресурсные — состоят из большего разнообразия для более сложного построения и решения задач. Отдельные детали и сенсоры выпускает, как сама LEGO, так и сторонние производители HiTechnic, Mindsensors.

</ul>

Конструктор Lego Mindstorms EV3 появился в 2013 году и сразу же завоевал популярность. Полностью название набора звучит как Lego Mindstorms Education EV3. Где EV 3 – это evolution 3, то есть эволюция, развитие. Соответственно третья версия Lego Mindstorms. Первая версия конструктора комплектовалась микроконтроллером или микрокомпьютером RCX, вторая NXT.

Есть две разновидности конструктора Лего EV3.

1. Lego Mindstorms EV3 31313 – для домашнего пользования.
2. Lego Mindstorms EV3 45544 базовый набор – для образовательных целей.

Также выпускается несколько дополнительных наборов, которые расширяют возможности Лего EV3. Например ресурсный набор Lego Mindstorms EV3 45560, который дополняет базовый набор.

Lego Mindstorms EV3 31313

Это так называемая домашняя версия. Хотя ее также можно использовать в образовательных целях в школах, кружках и т.д. Она больше предназначена для детей и любителей робототехники. Lego 31313 часто продается в магазинах игрушек.

Это коробочная версия и в ней нет пластиковой коробки для деталей. Инструкции для создания моделей роботов можно скачать с официального сайта. Программное обеспечение также скачивается с официального сайта.

На базе Lego Mindstorms EV3 31313 можно построить пять различных моделей роботов.

1. Робот скорпион
2. Робот высокой проходимости на гусеницах
3. Робот кобра
4. Робот трактор с захватом
5. Человекообразный робот

Также дополнительно можно создать еще 12 бонусных моделей.

В конструктор Lego Mindstorms EV3 31313 входит инфракрасный пульт дистанционного управления и инфракрасный датчик. С их помощью можно дистанционно управлять роботом.

Также инфракрасный пульт может использоваться как инфракрасный маяк. Роботом можно управлять и со смартфона при помощи специального приложения.

Базовый набор Lego Mindstorms Education EV3

Базовый набор считается образовательной версией и предназначен больше для использования в образовательных учреждениях.

Его также можно использовать и дома. В его комплект входит удобная пластиковая коробка с отсеком для деталей. Конструктор Lego Mindstorms EV3 45544 не имеет в комплекте инфракрасного датчика и инфракрасного маяка.

Вместо них в комплект входит ультразвуковой датчик. В настоящее время программное обеспечение также находится в свободном доступе на официальном сайте. При помощи базового набора можно собрать четыре стандартных модели роботов.

1. Робот гиробой – самобалансирующийся робот
2. Сортировщик цветов
3. Робот щенок
4. Рука робота H25 – манипулятор

Также в состав EV3 45544 входит инструкция для сборки мобильной платформы.

Мобильная платформа позволяет быстро начать изучение различных типов движения робота с использованием датчиков.

Кроме учебного программного обеспечения на официальном сайте доступны комплекты учебных материалов.

• Космические проекты EV3
• Инженерные проекты EV3
• Программа по информатике EV3
• Физические эксперименты EV3

Ресурсный набор Lego Mindstorms EV3 45560

Конструктор Lego Mindstorms EV3 45544 базовый набор может дополнятся ресурсным набором Lego Mindstorms EV3 45560.

Он расширяет функциональные возможности базового образовательного набора. В состав ресурсного набора также входит пластиковая коробка с отсеком для деталей. Набор содержит детали механики. С помощью ресурсного набора можно дополнительно по инструкциям собрать и запрограммировать ещё пять стандартных моделей.

1. Робот танк
2. Робот Знап
3. Лестничный вездеход
4. Робот слон
5. Фабрика спиннеров
6. Пульт дистанционного управления

Все инструкции по сборке и программы для роботов находятся в программном обеспечении, которое устанавливается на компьютер. Но если понадобится собрать свою сложную модель, то деталей двух наборов может не хватить. Тогда, возможно, появится необходимость в приобретении дополнительных деталей.

Обзор конструктора Lego Mindstorms EV3

Используемые источники:

• https://m.habr.com/ru/post/364251
• https://xn--80abmurblt.xn--p1ai/lego_mindstorms
• https://legoteacher.ru/lego-mindstorms-ev3/konstruktor-lego-mindstorms-ev3.html