billede - roboconstructor.ru
En kendt lignelse siger, at da en ung mor med et barn i armene vendte sig mod vismanden og spurgte, i hvilken alder hun skulle begynde at opdrage sit afkom, svarede den ældste, at hun var for sent i lige så mange år, som barnet allerede havde . Med valget af et fremtidigt kald er situationen ret ens. Det er svært at kræve bevidsthed om sine tilbøjeligheder og interesser fra et spædbarn, men allerede i gymnasiet begynder alle former for specialiseringer, og på dette tidspunkt ville det være rart allerede at vide, i hvilken retning det voksne barn skal bevæge sig. Men én ting ved vi allerede næsten med sikkerhed - inden for de næste årtier vil fra 30 til 80 % af erhvervene være fuldt automatiserede.
Robotik, kybernetik, forståelse af algoritmer - det sæt af færdigheder, med hvilke sådanne vage udsigter højst sandsynligt ikke vil true en person. Selvfølgelig vil der højst sandsynligt, parallelt med udskiftningen af arbejdsstyrken med robotter, også udvikle sig konceptet om en ubetinget grundindkomst, men sådan en fremtid ønsker man næppe for sit barn.
Der er mange måder at hurtigt vise et ungt og interesseret publikum det grundlæggende i programmering og robotteknologi. Alle af dem er billige, ret nemme at lære, og på få timer giver de en forståelse af det grundlæggende i algoritmer og koncepter for cybernetiske enheder. Men i klasseværelser er det let at støde på ulemperne ved disse platforme - begrænset holdbarhed (og for at være ærlig - også "idiotmodstand") af breadboards, softwaregrænseflader, der ikke er særlig venlige for børn 11-12 år gamle, en relativt lille element i "spillet".
Alle disse mangler er blevet bekæmpet i mere end tyve år i den mest berømte producent af uddannelsessæt, LEGO Education. Vi taler selvfølgelig om MINDSTORMS Education EV3 platformen. Startende fra Mindstorms RCX produceret i begyndelsen af 90'erne og slutter med det mest moderne MINDSTORMS Education EV3-kompleks, forbliver princippet om at danne en platform det samme. Den er baseret på en "intelligent klods", en mikrocomputer med en skærm og input-output porte, hvortil alle andre komponenter er forbundet. Som i ethvert robotsystem er perifere enheder opdelt i sensorer og effektorer. Ved hjælp af sensorer opfatter robotten verden omkring sig, og takket være effektorerne reagerer den på den i overensstemmelse med det programmerede program. Platformens komponenter er forbundet med enkle kabler uden lodning, og de mekaniske strukturer er kun begrænset af styrken af plastikdelene og designernes fantasi.
vi overvejede mulighederne for sådanne løsninger generelt, men nu vil vi dvæle mere detaljeret ved LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 er gjort kompatibel med Lego Technic dele. Det betyder, at platformen kan bruges til at skabe en bred vifte af endda utrolige designs, lige fra simple biler og robotarme til komplekse transportører eller endda Rubik's Cube-løsere. Faktisk kan ethvert Lego Technic sæt blive en kilde til dele til projekter, og der vil ikke være noget problem med at udskifte beskadigede reservedele. Ja, de ser ikke så brutale ud som den gamle sovjetiske aluminiumsdesigner, men i praksis viser de sig at være endnu stærkere end metalprodukter. I hvert fald i min samling, som startede i 1993, er der endnu ikke opdaget en eneste ødelagt del.
MINDSTORMS Education EV3 Core Education Set indeholder 541 Lego Technic-stykker. Kan købes som et specialiseret ressourcesæt f.eks (eller den ældre 9648 fra NXT) eller bare en stor konstruktør som (2800 dele) eller (næsten 4000 dele), og efter at have spillet nok med hovedmodellen, satte den på "klodserne" til kybernetiske eksperimenter. Med hensyn til ét stykke udkonkurrerer Lego andre sæt her meget - kun 3-5 rubler pr.
Nå, hvis nogen har en gammel samling, der indeholder titusindvis af detaljer, så behøver du slet ikke bekymre dig om ressourcer.
Skærmbillede fra Brickset-tjenesten (en interaktiv database for ejere af Lego-konstruktører, der giver dig mulighed for at indsamle forskellige statistikker) af forfatteren
Dette gælder dog kun for "passive" elementer som bjælker, hjul eller forbindelsesstifter. Sensorer og effektorer er selvfølgelig meget dyrere, men der er mere end nok af dem i basissættet. Mindstorms EV3 kommer med tre motorer (to større og kraftigere og en kompakt servo), et par berøringssensorer (en slags "smarte" knapper), ultralyds-, gyroskop- og farvesensorer (den kan også fungere i lyssensortilstand). Derudover er kompatibiliteten med sensorer fra den tidligere generation af Lego Education-robotter, Mindstorms NXT, bevaret (disse inkluderer f.eks. en støjniveausensor).
Men tilbage til den "smarte mursten", systemets hjerte. Dette er virkelig en ret tung og omfangsrig "mursten", udstyret med en monokrom LCD-skærm på 178x128 (den viser ikke kun menuen, men også alle slags brugerdefinerede billeder i processen) med en udskiftelig baggrundsbelysningsfarve. Ved hjælp af ledninger med et standard RJ-12-stik forbindes sensorer og effektorer til den (op til fire enheder af hver type), der er en slot til microSDHC og en USB-port.
Sidstnævnte kan bruges både til at downloade de egentlige programmer og til at opdatere firmwaren. Mikrocontrolleren er dog ikke frataget trådløse grænseflader, hvis du ønsker det, kan du downloade programmer via Wi-Fi (et eksternt modul er nødvendigt) eller Bluetooth (indbygget). Desuden, hvis vi samler en fjernstyret robot, kan den "styres" ved hjælp af trådløs kommunikation fra en smartphone eller tablet.
Inde i den "smarte klods" bor en 300 MHz ARM-processor, 16 megabyte permanent hukommelse (og det er derfor, kortet er praktisk) og 64 megabyte RAM. Uanset hvor beskedne disse tal kan virke, er der mere end nok kraft til at udføre selv de mest forgrenede algoritmer, som du eller endda et barn kan skrive i læringsprocessen. Og sammenligner man den med 48-MHz-processoren fra den forrige generation NXT, som for nylig fyldte ti år, så er fremgangen helt mærkbar. Det kan dog ikke siges, at NXT bremsede mærkbart i processen med at løse typiske opgaver.
Derudover er der en fjerde port til motorerne, hvilket i sig selv er en væsentlig udvidelse af funktionaliteten, der retfærdiggør opgraderingen.
USB-porten understøtter nu værtstilstand, som giver dig mulighed for ikke kun at tilslutte en Wi-Fi-adapter, men også tilslutte flere EV3-klodser til én kompleks robot. Sandt nok bliver opgaveniveauet samtidig fuldstændig "ikke barnligt".
Endelig har MINDSTORMS Education EV3 fået understøttelse af batteristrøm. I stedet for seks AA-batterier kan du installere det medfølgende lithium-ion-batteri i to en halv ampere-time. Selvfølgelig er der ingen, der forbyder brugen af eneloop finger-type batterier, men behovet for at fjerne dem til opladning gør brugbarheden under gennemsnittet. Og til prisen er et par eneloop-sæt med oplader ret sammenlignelige med et mærkevarebatteri.
Åh ja, der er en stor og høj højttaler, som nu ikke kun kan knirke retromelodier fra 8-bit æraen, men også spille mere behagelige lyde.
Lad os nu se på effektorerne fra basissættet. To af dem er kraftige motorer, der ligner dem, der allerede bruges i NXT, aflange enheder, der udvikler et seriøst drejningsmoment takket være et internt reduktionsgear.
I tilfælde af blokering af motoren leveres en mekanisk kobling, som begynder at glide, hvis friktionen er større end den beregnede, så det er ret svært at brænde motoren.
Der er en rotationsvinkelsensor med en opløsning på en grad (motoren fortæller controlleren, i hvilken vinkel dens akse i øjeblikket drejes) og evnen til præcist at synkronisere rotationen af alle tilsluttede motorer.
Den tredje, såkaldte M-servo (mellemstor motor) producerer tre gange mindre drejningsmoment, men dens omdrejningshastighed er næsten dobbelt så høj.
Med hensyn til sensorer, er det egentlig ikke nødvendigt at være begrænset til dem, der tilbydes af LEGO Education (selvom de er over taget til ethvert uddannelsesprojekt), en række tredjepartsvirksomheder producerer kompatible og nogle gange ret eksotiske sensorer. Fuld firmwarekildekode og hardwarespecifikationer .
Software
Vi talte meget om hardwarebasen, men faktisk bestemmer den ikke kun effektiviteten af robotikklasser. Det er tilstedeværelsen af virkelig intuitiv software på flere platforme (Mac, PC, mobile enheder) og gør LEGO MINDSTORMS Education EV3 til den foretrukne læringsplatform, og især ved overgangen til folkeskolen og gymnasiet, for børn i trediverne.
App velkomstskærm på iPad
Visualiseringen af algoritmer i den indbyggede LEGO MINDSTORMS Education EV3-software er simpelthen på højeste niveau - det er nok på få minutter at lære hovedtyperne af interaktion af logiske blokke (overgangsbetingelser, loop osv.) og derefter gradvist øges kompleksiteten af programmer. Der er selvfølgelig også færdige træningsprojekter for snesevis af forskellige robotmodeller, og hvis du ønsker det, kan du finde tusindvis af interessante programmer i online-fællesskaber.
Eksempel på program i iPad App
Avancerede brugere kan installere LabVIEW eller RobotC - "hjernerne" i LEGO MINDSTORMS Education EV3 er fuldt ud kompatible med disse pakker. Her vil det desværre ikke fungere at eksportere gamle projekter til NXT uden yderligere konvertering.
Fra et uddannelsesmæssigt synspunkt er meget mere interessant . Det giver dig mulighed for at opbevare studerendes elektroniske notesbøger, takket være hvilke læreren kan evaluere en bestemt elevs fremskridt og overvåge hans fremskridt fra hans version af applikationen. Plus, du kan ikke kun bruge det undervisningsmateriale, der er tilgængeligt ombord på softwaren (som der er mange af), men også oprette dit eget ved hjælp af den indbyggede indholdseditor.
EV3 Content Editor øvelsesvideoer
Og i desktopversionen er der et datalogningsværktøj med mulighed for at programmere kortområder afhængigt af tærskelværdier. Det vil sige, at nu en lærer nemt kan demonstrere arbejdet med moderne teknologier inden for f.eks. et smart hjem.
EV3-mikrocomputeren vil indsamle data fra sensorer i realtid og, afhængigt af temperaturbaggrunden, køre et eller andet modelprogram. Ved høje temperaturer tænder ventilatoren, ved lave temperaturer tænder varmeren. Og eleverne vil være i stand til at fange og analysere dataene og færdiggøre modellen.
Datalogning
Åbenheden af den "smarte mursten"-firmware har allerede spillet sin rolle: der er alternative muligheder med understøttelse af de fleste populære programmeringssprog (snesevis af dem). I det store og hele kan brugen af EV3 "fastgøres" til ethvert uddannelsesprojekt relateret til programmering, da der er lidt, der er mere tilfredsstillende end muligheden for at se arbejdet med dine egne algoritmer "i hardware".
Mange forventer, at anstødssten i denne historie kan være prisen. For det grundlæggende sæt skal du faktisk betale 29 rubler plus yderligere 900 for at betale for opladning. Dette beløb inkluderer dog dele og elektronik til det behagelige arbejde for to studerende, samt en fuldgyldig basissoftware med 2 færdiglavede lektioner (som siden januar 500 er helt gratis for både enkeltpersoner og organisationer). Selvfølgelig kan ekstra udstyr og jobsæt øge omkostningerne, men inden for rimelighedens grænser. Så et sæt med 48 elever, der inkluderer LME EV2016-basen og ressourcesæt, opladere, software og , vil koste 174. Det er ganske acceptabelt at udstyre for eksempel en kreds på skolen.
Ja, det er mærkbart dyrere end simple Arduino-lignende platforme. Men mulighederne, såvel som graden af involvering, er meget højere. En EV3-baseret læseplan kan nemt planlægges for hele gymnasiet og videre. Derudover vil LEGO MINDSTORMS Education EV3 med passende brug "overleve" adskillige simple sæt på grund af mekaniske kvaliteter, nem udskiftning og tilgængelighed af dele (i min praksis krævede kun ét RJ-12-kabel udskiftning hos en 10-årig NXT).
Som et resultat ser vi et næsten open source-projekt støttet af en kæmpe virksomhed med alle de bonusser, der kræves i en sådan situation - en lang livscyklus, tilgængeligheden af reservedele og udvidelser, officielle og amatørguider og et udviklet fællesskab. Mindstorms er praktisk talt blevet standarden for vestlige robotikundervisningsklasser for børn, og det ville være rigtig fedt at se det også meget brugt i Rusland.
Vejvalg
Og nu til det vigtigste. I modsætning til WeDo 2.0-sæt er EV3 fokuseret på henholdsvis gymnasiet på ældre børn, for hvem spørgsmålet om at vælge et fremtidigt erhverv allerede er mere seriøst.
Ved hjælp af EV3 vil hver af eleverne være i stand til mere aktivt at afsløre de evner, der blev lagt i ham af naturen, opdragelsen og læringsprocessen.
En født matematiker vil nøje overvåge sensorernes telemetri, hvordan nøjagtigt den afstand, robotten tilbagelægger, registreres, hvordan den vinkel, som den afviger med, registreres, og så videre.
Den fremtidige it-specialist vil selvfølgelig kaste sig ud i programmeringen af robotten og analysere de algoritmer, som den bevæger sig efter. Og han vil helt sikkert skabe sin egen, ikke forudsat af standardinstruktionen.
Et barn, der er opsat på fysik, vil være i stand til at udføre visuelle eksperimenter ved hjælp af en robot, da sættene ikke har nogen problemer med sensorer, ligesom et barn med fantasi.
Generelt, uanset dit barns interesser og yndlingsfag i skolen, vil læring med MINDSTORMS EV3-sæt give dem mulighed for at blive mere klart identificeret og fokuseret på deres udvikling i fremtiden.
I livet
I øjeblikket bliver virksomhedens løsninger allerede brugt af studerende til at skabe interessante projekter, både inden for rammerne af forskellige konkurrencer og til generel udvikling. En række af dem blev omtalt i medierne i år.
Astrakhan-skolebørn Ruslan Kazimov og Mikhail Gladyshev har udviklet en robotsimulator til rehabilitering af håndled på grundlag af en regional technopark.
foto - rg.ru
Ottende klasser brugte lidt mindre end to måneder på at udvikle simulatoren. De præsenterede deres projekt på den regionale fase af den IX all-russiske konkurrence af videnskabelige og innovative projekter i det sydlige føderale distrikt, hvor de tog andenpladsen. I fremtiden planlægger de at skabe en industriel prototype - indtil videre tilbyder udviklerne kun en prototype lavet af det pædagogiske robotsæt LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Enheden duplikerer bevægelserne udført af lægen - leddene begynder at arbejde og genopretter derved mobiliteten af ikke kun dem, men også muskelgrupper. Mens enheder er forbundet via Bluetooth, vil de i fremtiden interagere via internettet eller Wi-Fi.
Der er analoger til en sådan enhed på markedet, men Astrakhan-enheden kan fungere samtidigt med skulder-, håndleds- og albueleddene. Derudover er den bærbar og batteridrevet. Der er også mulighed for fjernbetjening, det vil sige, at patienten kan træne uden at forlade hjemmet.
Ved World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015) blev det russiske hold DRL fra Skt. Petersborg tildelt en særpris for kreativitet fra LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Det russiske DRL-hold præsenterede CaveBot-projektet. Fyrene fra St. Petersborg skabte under vejledning af træner Sergey Filippov en unik forskningsrobot til at opdage uudforskede områder i huler. Udviklingen berører forskellige videnskabelige områder, da en unik robot gør det muligt at udføre opgaver af forskellig kompleksitet.
Holdet byggede en klatrerobot udstyret med en række sensorer til at opdage genstande for at udforske dem. De resulterende data kan omdannes til 3D-modeller på en computer.
Og 13-årige Shubham Banerjee skabte Braille fra LEGO brikker som en del af et skolevidenskabeligt projekt. Senere, med deltagelse af hans familie, blev der oprettet en startup for at lancere opfindelsen, som modtog økonomisk støtte fra det tekniske selskab Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ideen til at skabe en printer kom til Shubham efter at have undersøgt punktskrift på internettet. Efter at have indset, at touch-printere koster $2,000 og opefter, besluttede den studerende at lave en billigere version.
Kort efter opfindelsen begyndte blinde børn og deres forældre at kontakte Shubham med en enkelt anmodning - for at lave en billig brailleprinter, idet de lovede at "købe den direkte fra hylden."
Som du kan se, giver brugen af MINDSTORMS Education EV3 i læringsprocessen eleverne mulighed for at tænde deres fantasi maksimalt og skabe flere og flere nye mekanismer, der ikke kun hjælper med at realisere ideer eller visuelt udføre eksperimenter, men også begynder at beslutte på deres fremtidige erhverv.
Hvis du har spørgsmål om brugen af disse løsninger i uddannelsesprocessen (eller om selve produkterne), så skriv dem i kommentarerne.
Kilde: www.habr.com