pilt — roboconstructor.ru
Tuntud müüt ütleb, et kui tarkuse juurde pöördus noor ema lapsega käes ja küsis, millisest east alustada oma järglase kasvatamist, vastas vanamees, et ta on hiljaks jäänud juba aastate arv, mis lapsel on. Tuleviku kutsumise valimise osas on situatsioon sarnane. Raske on nõuda, et beebi mõistaks oma kalduvusi ja huve, kuid juba keskkoolis algavad igasugused spetsialiseerumised ning sel ajal oleks juba hea teada, millises suunas peaks kasvav laps liikuma. Kuid üks on peaaegu kindel – järgmise kümnendi jooksul automatiseeritakse 30–80% ametikohtadest täielikult.
Robotitehnika, kyberneetika, algoritmide mõistmine – see on oskuste kogum, mis tõenäoliselt ei jäta inimestele nii häguseid tulevikuvõimalusi. Muidugi, tõenäoliselt areneb paralleelselt tööjõu asendamisega robotitega ka tingimusteta põhisissetuleku koncept, kuid tõenäoliselt ei soovi te sellist tulevikku oma lapsele.
On palju võimalusi, kuidas kiiresti tutvustada noorele ja huvitatud publikule programmeerimise ning robotitehnika aluseid. Kõik need on odavad, piisavalt lihtsad omandada ning annavad juba paari tunni jooksul arusaama algoritmide ja kyberneetiliste seadmete kontseptsioonidest. Kuid õpiklassides võidakse kohtuda ka nende platvormide puudustega – piiratud kulumiskindluse (ja olgem ausad, ka „idiootikindluse“ lepingutega) prototüüpide osas, samuti ei pruugi tarkvara liidesed olla 11–12-aastastele lastega eriti sõbralikud ning mänguelement on suhte võrra väike.
Kõikide nende puudustega on juba üle kahekümne aasta tegelenud tuntud arendustegevuste komplektide tootja LEGO Education. Jutt on platvormist MINDSTORMS Education EV3. Alates 90. aastate alguses toodetud Mindstorms RCX-st kuni kõige kaasaegsema komplekti MINDSTORMS Education EV3-ni jääb platvormi loomise põhimõte samaks. Selle aluseks on 'nutikas kivi' (“intelligent brick”), mis on mikrokontroller ekraani ja sisend-väljundportidega, kuhu on ühendatud kõik muud komponendid. Nagu igas robotitehnoloogias jaotatakse perifeersed seadmed anduriteks ja efektoriteks. Tänu anduritele tunneb robot ümbritsevat maailma, ja efektorite abil reageerib ta sellele vastavalt sisestatud programmile. Platvormi komponendid on omavahel ühendatud lihtsate ilma jootmiseta kaablitega, ning mehaanilised konstruktsioonid on piiratud ainult plastdetailide tugevuse ja konstruktorite fantaasiaga.
rääkisime selliste lahenduste võimalustest üldiselt, kuid nüüd soovime peatuda lähemalt konkreetselt LEGO MINDSTORMS Education EV3-l.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 on ühilduv Lego Technic detailidega. See tähendab, et platvormi saab kasutada kõige mitmekesisemate ja isegi uskumatu konstruktsioonide loomiseks, alates lihtsatest 'autodest' ja 'robotkätest' kuni keerukate konveierite või isegi Rubiku kuubi 'lahendajate' loomiseni. Praktikas võib iga Lego Technic komplekt saada detailide allikaks projektide jaoks, samuti ei teki probleeme kannatada saanud varuosi vahetamisega. Jah, nad ei näe välja nii jämedad kui vana nõukogude alumiiniumkomplekt, kuid praktikas on need isegi tugevamad kui metalltooted. Minu kogus, mis algas 1993. aastal, ei ole seni avastanud ühtegi katkenud detaili.
Algses MINDSTORMS Education EV3 hariduskonnas on 541 Lego Technic detaili. Saate juurde osta nii spetsialiseeritud ressursikomplekti nagu (või vanem 9648, mis toodeti veel NXT jaoks), kui ka lihtsalt suurt komplekti nagu (2800 detaili) või (peaaegu 4000 detaili), ning pärast peamise mudeliga mängimist kasutada seda 'kivideks' kübernetika katseteks. Kui arvutada ühe Lego detaili kohta, siis on see tugevalt konkurentsivõimeline teiste komplektidega – kõigest 3-5 rubla ühe detaili kohta.
Kuid kui kellelgi on säilinud vana kollektsioon, mis sisaldab kümneid tuhandeid osi, siis ei pea ressursside pärast sugugi muretsema.
Kujutis teenusest Brickset (interaktiivne andmebaas Lego konstruktorite omanikele, mis võimaldab koguda erinevat statistikat) autorilt
Ometi puudutab see ainult 'passiivseid' elemente, nagu talad, rattad või ühenduspinnad. Andurid ja efektorid on muidugi märgatavalt kallimad, kuid isegi algkomplektis on neid enam kui piisavalt. Mindstorms EV3 tuleb koos kolme mootoriga (kaks suuremat ja võimsamat ning üks kompaktne servo), paari puudutustundliku anduriga (oma laadse 'nutika' nupuna), ultrakõrgsagedusliku, güroskoopilise ja värvianduriga (millel on võimalik töötada ka valguseandurina). Lisaks on tagatud ühilduvus eelneva põlvkonna Lego Education roboti anduritega – Mindstorms NXT (nende hulka kuulub näiteks müraandur).
Kuid naaseme 'nutika tellise' juurde, süsteemi südame poole. See on tõeliselt üsna raskepärane ja mahukas 'telliskivi', millel on 178x128 mono LCD ekraan (sellel kuvatakse mitte ainult menüü, vaid ka igasuguseid kohandatud pilte töö ajal) muudetava valgustuse värviga. Tooted, näiteks andurid ja efektorid (kuni neli seadet iga tüübi kohta), on selle külge ühendatud standardse RJ-12 pistikuga kaablitega, lisaks on seal microSDHC pesa ja USB-port.
Viimast saab kasutada nii programmide laadimiseks kui ka püsivara uuendamiseks. Kuid mikrokontroller ei ole ilma juhtmeta liideste poolest, vajadusel saab programme laadida ka Wi-Fi (vajalik väline moodul) või Bluetooth (sisseehitatud) kaudu. Samuti, kui ehitame kaugjuhtimisega roboti, siis on võimalik 'juhitav' seda kasutada juhtmevaba ühenduse kaudu nutitelefoni või tahvelarvuti abil.
Nutikas tellis sisaldab 300-megahertslise ARM-protsessorit, 16 megabaiti püsivara (ja see ongi selle kaardi kasutusvõimalus) ja 64 megabaiti muutmälu. Kuigi need numbrid tunduvad tagasihoidlikud, on neid piisavalt, et täita isegi kõige keerulisemaid algoritme, mida võite teie või isegi laps õppeprotsessi käigus kirjutada. Kui võrrelda seda kümme aastat tagasi tulnud 48-megahertslise NXT protsessoriga, on edusamm silmatorkav. Siiski ei saa öelda, et NXT oleks oluliselt aeglustanud tüüpiliste ülesannete lahendamist.
Lisaks on tekkinud neljas port mootoreid jaoks, mis iseenesest on oluline funktsionaalsuse laiendus, mis õigustab uuendust.
USB-port toetab nüüd host-režiimi, mis võimaldab mitte ainult Wi-Fi adaptiivide ühendamist, vaid ka mitme EV3 mooduli ühendamist üheks keeruliseks robotiks. Tõsi, sel juhul muutub ka ülesannete tase täiesti „mitte lapsemeelseks”.
Lõpuks on MINDSTORMS Education EV3 saanud akutoite toe. Kuue AA patarei asemel võib paigaldada komplektis oleva liitium-ioonaku, mille mahutavus on üle kahe ampere-tunni. Loomulikult ei ole keegi takistanud kasutada AA patareisid nagu eneloop, kuid nende välja võtmiseks laadimiseks on kasutusmugavus keskmisest madalam. Ja ka hind, paar komplekti eneloopi koos laadijaga, on täiesti võrreldav originaalaku hinnaga.
Ahjaa, ilmus suur ja vali kõlar, mis suudab nüüd mitte ainult mängida retro meloodiaid 8-bitise ajastu ajast, vaid ka esitada meeldivamaid helisid.
Nüüd vaatame põhikomplekti efektoreid. Kaks neist on võimsad mootorid, mis sarnanevad NXT-s juba kasutatud seadmetele, piklikud seadmed, mis arendavad tänu sisemisele vähendavale ülekandele tõsist pöördemomenti.
Mootori blokeerumise juhtudel on ette nähtud mehaaniline libisemine, mis hakkab libisema, kui hõõrdumine ületab arvutatud piiri, nii et mootori põletamine on üsna keeruline.
Seal on pöördenurganduri, mille eraldusvõime on üks kraad (mootor teatab kontrollerile, millisel nurga all on tema telg) ja võimalus täpselt sünkroniseerida kõikide ühendatud mootori pöörlemist.
Kolmas, nn M-servomootor (keskmise suurusega mootor) genereerib kolme korda vähem pöördemomenti, kuid selle pöörlemiskiirus on peaaegu kahekordselt kõrgem.
Sensooride osas ei pea piirduma ainult LEGO Educationi pakutavatega (kuigi neid on igasuguste haridusprojektide jaoks rohkem kui küll), mitmed kolmandad ettevõtted toodavad ühilduvaid ja mõnikord üsna eksootilisi sensoreid. Algse koodi ja riistvara spetsifikatsioonid on täielikult .
Tarkvara
Rääkisime palju riistvarast, kuid tõeliselt ei määra ainult see, kui tõhus on robootikaharidus. Just tõeliselt intuitiivne tarkvara mitmetel platvormidel (Mac, PC, mobiilseadmed) ja teevad LEGO MINDSTORMS Education EV3 valikuks hariduses, eriti algkooli ja keskkooli piiril, kümneaastastele lastele.
Rakenduse tervituskuva iPadil
LEGO MINDSTORMS Education EV3 originaaltarkvara algoritmide visualiseerimine on lihtsalt tipptasemel – piisab vaid mõne minutiga õigete loogiliste blokke (tingimused, tsüklid jne) õppimisest ja seejärel järk-järgult keerukuse suurendamisest. Loomulikult on olemas valmis haridusprojektid paljudele erinevatele robotimudelitele, ning soovikorral võib interneti kogukondades leida tuhandeid huvitavaid programme.
Rakenduse näidisprogramm iPadil
Kogenud kasutajad võivad installida LabVIEW või RobotC – LEGO MINDSTORMS Education EV3 "aju" on nende paketiga täielikult ühilduv. Kahjuks ei saa vanu projekte NXT jaoks ilma täiendava konversioonita eksportida.
Hariduslikust vaatenurgast on palju suurem huvi . See võimaldab pidada õpilaste elektroonilisi märkmeid, mille kaudu õpetaja saab oma rakenduse versioonist hinnata konkreetse õpilase edusamme ja jälgida tema arengut. Lisaks saab kasutada mitte ainult olemasolevaid õppeaineid (millest on palju), vaid ka sisseehitatud sisu redaktori abil luua oma.
Kasutusjuhend videoid EV3 sisu redaktoriga töötamiseks
Ja desktop-versioonis on ka andmete registreerimise utiliit, mis võimaldab seadistada graafiku alasid vastavalt künnistele. See tähendab, et õpetaja saab nüüd hõlpsasti demonstreerida kaasaegsete tehnoloogiate tööpõhimõtteid nutika kodu raamistikus, näiteks.
Mikrokliiprogramm EV3 kogub andmeid sensoritelt reaalajas ja käivitab sõltuvalt temperatuurist teatud programmi mudelis. Kõrge temperatuuri korral lülitub sisse ventilaator, madala temperatuuri korral soojendaja. Õpilased saavad andmeid registreerida ja analüüsida, täiustades mudelit.
Andmete ajakohandamine
Ava koodi „nutika tellise” osas on juba mänginud oma rolli: on olemas alternatiivsed variandid, mis toetavad enamikku populaarsetest programmeerimiskeeltest (kümneid neist). Suures plaanis saab EV3 kasutada igasugustes haridusprojektides, mis on seotud programmeerimisega, sest vähe on asju, mis pakuvad rohkem naudingut kui oma algoritmide tööd „rauda” näha.
Paljud ootavad, et selle loo künnis võiks olla hind. Tõepoolest, Algkomplekti eest tuleb välja käia 29 900 rubla, pluss veel 2 500 laadimise eest. Kuid see summa sisaldab komponente ja elektroonikat kahe õpilase mugavaks tööks, samuti täisfunktsionaalset alusprogrammi koos 48 valmis ülesandega (mille tasuta juurdepääs on alates jaanuarist 2016 nii isikutele kui organisatsioonidele). Loomulikult võib täiendavate seadmete ja ülesannete komplektide hind tõusta, kuid mõistlikus ulatuses. Näiteks 8 õpilase komplekt, mis sisaldab alus- ja ressursikomplekte LME EV3, laadimisseadmeid, tarkvara ja , maksab kokku 174 900. Täiesti vastuvõetav näiteks kooli huviringi varustamiseks.
Jah, see on märgatavalt kallim kui tavalised Arduino-sarnased platvormid. Kuid ka võimalused ja kaasamine on palju suuremad. EV3 baasil kursust saab rahulikult planeerida kogu keskkooli ja edasi. Lisaks, kui LEGO MINDSTORMS Education EV3 on mõistlikult kasutatud, „ületab” see mitu lihtsat komplekti oma mehhaaniliste omaduste, kergesti asendatavate ja komponentide kergesti kättesaadavuse tõttu (minu praktikas vajas vaid üks RJ-12 kaabel vahetust 10-aastasel NXT-l).
Kokkuvõttes näeme praktiliselt avatud lähtekoodiga projekti, mida toetab hiiglaslik ettevõte koos kõikide selle olukorra juurde kuuluvate boonustega – pika elutsükliga, varuosade ja laienduste kättesaadavusega, ametlike ja harrastajate juhenditega ning arenenud kogukonnaga. Mindstorms on saanud praktiliseks standardiks lääne haridusklassides laste robootika vallas ning oleks tõeliselt suurepärane näha selle laialdast levikut ka Venemaal.
Teekonna valik
Nüüd peamine asi. Erinevalt komplektidest WeDo 2.0, on EV3 suunatud keskkoolile, mis tähendab, et see on mõeldud vanematele lastele, kelle tuleviku ametivalik on juba tõsisem.
EV3 kasutamisel saavad iga õpilase võimalused paremini väljenduda, need, mis on loodud loodusest, kasvatamisest ja õppeprotsessist.
Sünnipärane matemaatik jälgib tähelepanelikult andurite telemeetriaid, kuidas robot mõõdab läbitud kaugust, kuidas registreeritakse nurk, mille järgi ta kaldub, ja palju muud.
Tulevane IT-spetsialist sukeldub loomulikult roboti programmeerimisse, analüüsides algoritme, mille järgi see liikleb. Ta loob kindlasti ka oma, mitte käsiraamatus ettenähtud algoritmid.
Füüsikast huvitatud laps saab roboti abil läbi viia visuaalseid katseid, tõepoolest, anduritega pole komplektide osas probleeme, samuti ei puuduta lapsel – kujutlusvõime.
Ühesõnaga, sõltumata lapse huvidest ja lemmikainetest koolis, võimaldab MINDSTORMS EV3 komplektide kasutamine neid selgemini eristada ja keskenduda nende arendamisele tulevikus.
Elus
Praeguseks on ettevõtte lahendusi kasutanud õpilased, et luua huvitavaid projekte, nagu erinevate konkursside raames, nii ka üldiseks arenguks. Aastast on meedias kirjutatud mitmest sellisest projektist.
Astrakhanist pärit koolipoisid Ruslan Kazimov ja Mikhail Gladyshev on piirkondlikus tehno-pargis välja töötanud roboti treeningseadmestiku käte liigeste rehabiliteerimiseks.
foto — rg.ru
Kahes aktiivsuses kulutasid kaheksandikud loodud simulaatori arendamiseks veidi vähem kui kaks kuud. Nad esitlesid oma projekti IX Vene teadusuuenduste konkurssi Lõuna-Venemaal piirkondlikul etapil, kus saavutasid teise koha. Edasi plaanivad nad luua tööstusliku prototüübi – hetkel pakuvad arendajad ainult LEGO MINDSTORMS Education EV3 hariduslikust robootikakomplektist valmistatud prototüüpi.
Seade kordab arstide teostatud liigutusi – liigendid hakkavad funktsioneerima, taastades seeläbi liikuvuse mitte ainult neis, vaid ka lihasgruppides. Hetkel on seadmed ühendatud Bluetoothi kaudu, tulevikus saavad nad omavahel suhelda Interneti või Wi-Fi kaudu.
Sarnaseid seadmeid on turul, kuid ASTRAHHANI seade suudab töötada samal ajal õlavarre, randme ja küünarliigendi juures. Lisaks on see kaasaskantav ja töötab akult. Samuti on olemas võimalus kaugjuhtimiseks, mis tähendab, et patsient saab harjutada kodust lahkumata.
2015. aasta maailmainimese robotite olümpial (WRO 2015) pälvis Venemaa meeskond DRL Peterburist LEGO Education'i loovuse eriauhinna (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Venemaa meeskond DRL esitles projekti CaveBot. Peterburi noored treener Sergei Filipovi juhendamisel lõid ainulaadse robot-uuringu, et avastada uurimata alasid koopas. Arendus hõlmab erinevaid teadusvaldkondi, kuna ainulaadne robot võimaldab täita mitmesuguseid keerulisi ülesandeid.
Meeskond ehitas ronimisrobot, mis on varustatud erinevate anduritega, et avastada objekte nende edasise uurimise eesmärgil. Saadud andmed saab arvutis 3D mudeliteks muuta.
Ja 13-aastane Shubham Banerjee lõi (Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Idee printeri loomiseks tuli Shubhamile pärast Braille'i uurimist Internetis. Mõistes, et pimedate kirjutamiseks mõeldud printerid maksavad alates 2000 dollarist ja rohkem, otsustas ta valmistada odavama versiooni.
Idee luua printer tuli Shubhemile pärast Brailli uurimist Internetis. Mõistes, et pimedate printimiseks mõeldud printerid maksavad alates 2000 $ ja rohkem, otsustas koolipoiss teha odavama versiooni.
Peagi, pärast leiutamist hakkasid nägemispuudega lapsed ja nende vanemad Šubhamiga ühendust võtma ainulaadse palvega — luua odav Braille'i printer, lubades "osta see kohe poest".
Nagu näete, võimaldab MINDSTORMS Education EV3 kasutamine õppimise protsessis õpilastel maksimaalselt rakendada oma kujutlusvõimet, luues järjest uusi ja uusi mehhanisme, mis mitte ainult ei aita ideid ellu viia või selgelt katseid läbi viia, vaid aitavad ka tuleviku ametit valida.
Kui teil on küsimusi nende lahenduste kasutamise kohta hariduses (või toodete endi kohta) — kirjutage need kommentaaridesse.
Allikas: habr.com
