Роботы LEGO Mindstorms — занимательная робототехника

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 178×128. 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.

Провода.

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 .

Смотрите также у нас на сайте: Устройство и программирование микроконтроллеров для начинающих