pilt – roboconstructor.ru
Tuntud tähendamissõna ütleb, et kui noor ema, laps süles, pöördus targa poole ja küsis, millises vanuses peaks ta oma järglast kasvatama hakkama, vastas vanamees, et ta on nii palju aastaid hiljaks jäänud, kui laps juba oli. . Üsna sarnane on olukord tulevase elukutse valikuga. Raske on nõuda beebilt oma kalduvuste ja huvide teadvustamist, kuid juba gümnaasiumis algavad kõikvõimalikud erialad ja selleks ajaks oleks tore juba teada, millises suunas täiskasvanud last liigutada. Kuid üks asi, mida me juba peaaegu kindlalt teame, on see, et järgmiste aastakümnete jooksul automatiseeritakse 30–80% kutsealadest täielikult.
Robootika, küberneetika ja algoritmide mõistmine on oskuste kogum, millega suure tõenäosusega inimesel nii ebamääraseid väljavaateid ei teki. Loomulikult areneb suure tõenäosusega paralleelselt tööjõu asendumisega robotitega välja ka tingimusteta põhisissetuleku kontseptsioon, kuid vaevalt, et sellist tulevikku oma lapsele soovid.
Nüüd on palju võimalusi, kuidas kiiresti noortele ja huvilistele programmeerimise ja robootika põhitõdesid näidata. Kõik need on odavad, üsna hõlpsasti õpitavad ja annavad mõne tunni jooksul arusaamise küberneetiliste seadmete algoritmide ja kontseptsioonide põhitõdedest. Kuid klassiruumides on lihtne kohata nende platvormide puudusi - leivalaudade piiratud kulumiskindlus (ja olgem ausad, ka "idioodikindlus"), tarkvaraliidesed, mis pole 11-12-aastastele lastele eriti sõbralikud, ja suhteliselt väike "mängu" element.
Tuntuim õppekomplektide tootja LEGO Education on kõigi nende puudustega võidelnud juba üle kahekümne aasta. Jutt käib loomulikult MINDSTORMS Education EV3 platvormist. Alates 90ndate alguses toodetud Mindstorms RCX-st kuni moodsaima MINDSTORMS Education EV3 kompleksini jääb platvormi moodustamise põhimõte samaks. See põhineb “intelligentsel tellisel”, ekraani ja I/O-portidega mikroarvutil, millega on ühendatud kõik muud komponendid. Nagu igas robotsüsteemis, jagunevad välisseadmed anduriteks ja efektoriteks. Andurite abil tajub robot ümbritsevat maailma ning tänu efektoritele reageerib sellele vastavalt programmeeritud programmile. Platvormi komponendid ühendatakse omavahel ilma jootmiseta lihtsate kaablitega ning mehaanilisi konstruktsioone piirab vaid plastosade tugevus ja disainerite fantaasia.
Kaalusime selliste lahenduste võimalusi üldiselt, kuid nüüd tahame pikemalt peatuda LEGO MINDSTORMS Education EV3 teemal.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 ühildub Lego Technicu osadega. See tähendab, et platvormi saab kasutada väga erinevate ja isegi uskumatute kujunduste loomiseks, alates lihtsatest "autodest" ja "robotkätest" kuni keeruliste konveierite või isegi "Rubiku kuubikute lahendajateni". Praktiliselt iga Lego Technicu komplekti saab kasutada projektide varuosade allikana ja kahjustatud varuosade asendamine ei tekita probleeme. Jah, need ei näe välja nii jõhkrad kui vana nõukogude alumiiniumist ehituskomplekt, kuid praktikas osutuvad nad isegi metalltoodetest tugevamaks. Vähemalt minu 1993. aastal alguse saanud kollektsioonist pole ainsatki katkist osa veel avastatud.
MINDSTORMS Education EV3 põhiõppekomplekt sisaldab 541 Lego Technicu detaili. Saab osta spetsiaalse ressursikomplektina nagu (või vanem 9648, toodetud NXT jaoks) või lihtsalt suurt tüüpi konstruktor (2800 osa) või (peaaegu 4000 osa) ja, olles põhimudeliga piisavalt mänginud, kasutage seda küberneetiliste katsete jaoks "tellistena". Ühe tüki osas on Lego siin teistest komplektidest kõvasti ees - ainult 3-5 rubla tükk.
Noh, kui kellelgi on vana kollektsioon, mis sisaldab kümneid tuhandeid osi, siis ei pea te ressursside pärast üldse muretsema.
Ekraanipilt teenusest Brickset (interaktiivne andmebaas Lego ehituskomplektide omanikele, mis võimaldab koguda mitmesugust statistikat) autorilt
See kehtib aga ainult passiivsete elementide kohta, nagu talad, rattad või ühendustihvtid. Andurid ja efektorid on muidugi palju kallimad, kuid põhikomplektis on neid enam kui küll. Mindstorms EV3 komplektis on kolm mootorit (kaks suuremat ja võimsamat ning üks kompaktne servo), paar puuteandurit (omamoodi “nutikad” nupud), ultraheli-, güroskoop- ja värviandurid (võib töötada ka valgussensori režiimis) . Lisaks säilib ühilduvus eelmise põlvkonna Lego Education robotite Mindstorms NXT anduritega (siia hulka kuulub näiteks mürataseme andur).
Kuid pöördume tagasi "targa tellise", süsteemi südame juurde. See on tõepoolest üsna kaalukas ja mahukas "telliskivi", mis on varustatud 178x128 ühevärvilise LCD-ekraaniga (sellel ei kuvata mitte ainult menüüd, vaid ka kõikvõimalikke kohandatud pilte töö ajal) ja muudetava taustvalgustuse värviga. Sellega ühendatakse standardse RJ-12 pistikuga juhtmeid kasutades andurid ja efektorid (igat tüüpi kuni neli seadet), olemas on microSDHC pesa ja USB port.
Viimast saab kasutada nii programmide endi allalaadimiseks kui ka püsivara värskendamiseks. Samas ei jää mikrokontroller ilma juhtmevabadest liidestest, soovi korral saab programme alla laadida Wi-Fi (vajab välist moodulit) või Bluetoothi (sisseehitatud) kaudu. Samuti, kui paneme kokku kaugjuhitava roboti, saame seda "juhtida" nutitelefoni või tahvelarvuti juhtmevaba side abil.
"Nutika tellise" sees elab 300 MHz ARM-protsessor, 16 megabaiti püsimälu (ja seepärast on kaart kasulik) ja 64 megabaiti muutmälu. Ükskõik kui tagasihoidlikud need numbrid ka ei tunduks, jõudu on enam kui piisavalt, et täita ka kõige ulatuslikumad algoritmid, mida teie ise või veelgi enam õppeprotsessis olev laps saab kirjutada. Ja kui võrrelda seda eelmise põlvkonna NXT 48 MHz protsessoriga, mis sai hiljuti kümme aastat vanaks, on edasiminek üsna märgatav. Siiski ei saa öelda, et NXT tüüpiliste probleemide lahendamise protsessis märgatavalt aeglustaks.
Lisaks on ilmunud neljas mootorite port, mis iseenesest on oluline funktsionaalsuse laiendus, mis õigustab uuendamist.
USB-port toetab nüüd hostirežiimi, mis võimaldab ühendada mitte ainult Wi-Fi-adapteri, vaid ka mitu EV3 plokki üheks keerukaks robotiks. Tõsi, ülesannete tase muutub täiesti “mitte lapsikuks”.
Lõpuks on MINDSTORMS Education EV3-l nüüd aku tugi. Kuue AA-patarei asemel saate paigaldada kaasasoleva liitiumioonaku kaheks ja pooleks ampritunniks. Loomulikult ei keela keegi eneloop-tüüpi AA akude kasutamist, kuid vajadus need laadimiseks eemaldada muudab kasutatavuse alla keskmise. Ja paari eneloopi komplekti koos laadijaga hind on üsna võrreldav kaubamärgiga akuga.
Oh jah, seal on suur valju kõlar, mis ei suuda nüüd mitte ainult 8-bitise ajastu retrolugusid vinguda, vaid ka meeldivamaid helisid esitada.
Vaatame nüüd põhikomplekti efektoreid. Kaks neist on võimsad mootorid, mis sarnanevad juba NXT-s kasutatavatele, piklikud seadmed, mis arendavad tänu sisemisele reduktorile tõsist pöördemomenti.
Mootori blokeerimise korral on ette nähtud mehaaniline sidur, mis hakkab libisema, kui hõõrdumine on suurem kui arvutatud, nii et mootorit on üsna raske põletada.
Seal on ühe kraadise eraldusvõimega pöörlemisnurga andur (mootor annab kontrollerile teada, millise nurga all tema telg parasjagu pöörleb) ja võimalus kõigi ühendatud mootorite pöörlemist täpselt sünkroniseerida.
Kolmas, nn M-servoajam (keskmise suurusega mootor) toodab kolm korda vähem pöördemomenti, kuid selle pöörlemiskiirus on peaaegu kaks korda suurem.
Mis puudutab andureid, siis tegelikult ei pea te piirduma LEGO Educationi pakutavatega (kuigi need on iga haridusprojekti jaoks läbi aegade), mitmed kolmanda osapoole ettevõtted toodavad ühilduvaid ja mõnikord üsna eksootilisi andureid. Püsivara lähtekood ja riistvara spetsifikatsioonid täielikult .
Программное обеспечение
Oleme palju rääkinud riistvarast, kuid tegelikult pole see ainus asi, mis robootikatundide efektiivsust määrab. See on tõeliselt intuitiivse tarkvara olemasolu mitmel platvormil (Mac, PC, mobiilseadmed) ja muudab LEGO MINDSTORMS Education EV3 platvormiks õppimiseks, eriti alg- ja keskkooli vahel, kümneaastastele lastele.
Rakenduse tervituskuva iPadis
Algoritmide visualiseerimine natiivses LEGO MINDSTORMS Education EV3 tarkvaras on lihtsalt kõrgeimal tasemel – piisab vaid mõne minutiga, et omandada loogiliste plokkide peamised interaktsiooni tüübid (üleminekutingimused, silmus jne) ja seejärel järk-järgult suurendada programmide keerukus. Loomulikult on valmis haridusprojekte kümnetele erinevatele robotimudelitele ning soovi korral leiab veebikogukondadest tuhandeid huvitavaid programme.
Näidisprogramm iPadi rakenduses
Kogenud kasutajad saavad installida LabVIEW või RobotC – LEGO MINDSTORMS Education EV3 “ajud” ühilduvad täielikult nende pakettidega. Kahjuks ei saa NXT jaoks vanu projekte ilma täiendava teisendamiseta eksportida.
Hariduslikust aspektist pakub see palju suuremat huvi . See võimaldab teil hoida õpilaste jaoks elektroonilisi märkmikke, tänu millele saab õpetaja oma rakenduse versiooni põhjal hinnata konkreetse õpilase edukust ja jälgida tema edusamme. Lisaks saate kasutada mitte ainult tarkvara pardal saadaolevaid õppematerjale (mida on palju), vaid ka sisseehitatud sisuredaktoriga omaenda luua.
EV3 sisutoimetaja õppevideod
Töölauaversioonil on ka andmete salvestamise utiliit, mis võimaldab programmeerida graafikualasid sõltuvalt läviväärtustest. See tähendab, et nüüd saab õpetaja hõlpsasti demonstreerida kaasaegsete tehnoloogiate toimimist näiteks nutikas kodus.
EV3 mikroarvuti hakkab reaalajas anduritelt andmeid koguma ja olenevalt temperatuurifoonist käivitama ühe või teise mudeliprogrammi. Kui temperatuur on kõrge, lülitub sisse ventilaator ja kui temperatuur on madal, lülitub sisse kütteseade. Ja õpilased saavad salvestada ja analüüsida andmeid, viimistledes mudeli.
Andmete logimine
"Nutika tellise" püsivara avatus on juba oma rolli mänginud: on alternatiivseid valikuid, mis toetavad kõige populaarsemaid programmeerimiskeeli (neid kümneid). Üldiselt saab EV3 kasutamise “kinnitada” iga programmeerimisega seotud haridusprojekti juurde, sest vähesed asjad on nii meeldivad kui võimalus näha enda algoritmide tööd “riistvaras”.
Paljud eeldavad, et selle loo komistuskiviks võib saada hind. Tõepoolest, põhikomplekti eest peate maksma 29 900 rubla, millele lisandub veel 2 laadimise eest. See summa sisaldab aga osi ja elektroonikat kahe õpilase mugavaks tööks ning täisväärtuslikku baastarkvara koos 500 valmistunniga (mis alates 48. aasta jaanuarist on nii eraisikutele kui ka organisatsioonidele täiesti tasuta). Muidugi võivad lisaseadmed ja missioonikomplektid kulusid tõsta, kuid mõistlikkuse piires. Seega komplekt 2016 õpilasele, mis sisaldab põhi- ja ressursikomplekte LME EV8, laadijaid, tarkvara ja , läheb maksma 174 900. Üsna vastuvõetav nt kooli ringi sisustamiseks.
Jah, see on märgatavalt kallim kui lihtsad Arduino-laadsed platvormid. Kuid võimalused ja ka kaasamise tase on palju kõrgemad. EV3-põhist õppekava saab julgelt planeerida kogu gümnaasiumis ja kaugemalgi. Lisaks elab LEGO MINDSTORMS Education EV3 piisava kasutamise korral mitu lihtsat komplekti lihtsalt üle mehaaniliste omaduste, hõlpsa vahetatavuse ja osade saadavuse tõttu (minu praktikas vajas 12 aasta jooksul väljavahetamist ainult üks RJ-10 kaabel). vana NXT).
Selle tulemusena näeme peaaegu avatud lähtekoodiga projekti, mida toetab hiiglaslik ettevõte koos kõigi sellises olukorras vajalike boonustega - pikk elutsükkel, varuosade ja laienduste saadavus, ametlikud ja amatöörjuhid, arenenud kogukond. Mindstorms on muutunud peaaegu standardiks lääne laste robootikatundides ja oleks väga lahe, kui see Venemaal laialdaselt kasutusele võetakse.
Tee valimine
Ja nüüd peamise juurde. Erinevalt WeDo 2.0 komplektidest on EV3 suunatud gümnaasiumile ja seega ka vanematele lastele, kelle jaoks on tulevase elukutse valiku küsimus tõsisem.
EV3 abil saab iga õpilane aktiivsemalt paljastada võimeid, mis olid talle omased nii looduse, kasvatuse kui ka õppeprotsessi kaudu.
Sündinud matemaatik hakkab tähelepanelikult jälgima andurite telemeetriat, seda, kuidas täpselt registreeritakse roboti läbitud vahemaa, kuidas salvestatakse nurk, mille võrra see hälbib jne.
Tulevane IT-spetsialist sukeldub loomulikult roboti programmeerimisse, analüüsides algoritme, mille järgi see liigub. Ja ta loob kindlasti oma, mida standardjuhised ei näe ette.
Füüsikahuviline laps saab roboti abil visuaalseid katseid läbi viia, õnneks pole komplektidel probleeme sensoritega, nii nagu lapsel pole probleeme ka kujutlusvõimega.
Üldiselt, olenemata teie lapse huvidest ja lemmikainetest koolis, võimaldab MINDSTORMS EV3 komplektidega õppimine teda edaspidi selgemalt esile tõsta ja oma arengule keskenduda.
Elus
Hetkel kasutavad ettevõtte lahendusi juba tudengid huvitavate projektide loomiseks nii erinevate konkursside raames kui ka üldiseks arendamiseks. Mitmest neist kirjutas sel aastal meedia.
Astrahani kooliõpilased Ruslan Kazimov ja Mihhail Gladõšev piirkondlikus tehnoloogiapargis töötasid välja robotsimulaatori käte liigeste taastamiseks.
foto - rg.ru
Kaheksanda klassi õpilased kulutasid simulaatori arendamisele veidi vähem kui kaks kuud. Nad esitlesid oma projekti IX ülevenemaalise teadus- ja uuendusprojektide konkursi piirkondlikul etapil Lõuna föderaalringkonnas, kus saavutasid teise koha. Tulevikus on neil plaanis luua tööstuslik prototüüp – praegu pakuvad arendajad vaid LEGO MINDSTORMS Education EV3 õpperobootikakomplektist valmistatud prototüüpi.
Seade dubleerib arsti tehtud liigutusi - liigesed hakkavad tööle, taastades seeläbi mitte ainult nende, vaid ka lihasrühmade liikuvuse. Kui seadmed on ühendatud Bluetoothi kaudu, siis edaspidi suhtlevad nad Interneti või Wi-Fi kaudu.
Turul on sellise seadme analooge, kuid Astrahani seade võib töötada samaaegselt õla-, randme- ja küünarliigestega. Lisaks on see kaasaskantav ja akutoitega. Samuti on kaugjuhtimise võimalus ehk patsient saab treenida kodust lahkumata.
Maailma robootikaolümpiaadil 2015 (WRO 2015) pälvis Venemaa meeskond DRL Peterburist LEGO Educationi loovuse eriauhinna (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Venemaa DRL-i meeskond esitles CaveBoti projekti. Peterburi kutid lõid treener Sergei Filippovi juhendamisel ainulaadse robot-uurija, et avastada koobastes uurimata alasid. Arendus hõlmab erinevaid teadusvaldkondi, kuna ainulaadne robot võimaldab täita erineva keerukusega ülesandeid.
Meeskond ehitas erinevate anduritega ronimisroboti, et tuvastada objekte järgnevaks uurimiseks. Saadud andmed saab arvutis muuta 3D-mudeliteks.
Ja 13-aastane Shubham Banerjee lõi LEGO tükkidest tehtud punktkiri kooli teadusprojekti jaoks. Hiljem loodi tema pere osalusel leiutise käivitamiseks startup, mis sai rahalist toetust tehnoloogiakorporatsioonilt Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Printeri loomise idee tekkis Shubhamil pärast seda, kui ta oli uurinud Internetist punktkirja. Mõistes, et puutetundliku trükkimise printerid maksavad 2,000 dollarit ja rohkem, otsustas õpilane teha odavama versiooni.
Varsti pärast leiutist hakkasid pimedad lapsed ja nende vanemad Shubhamiga ühendust võtma ühe palvega – teha odav punktkirjaprinter, lubades "see kohe riiulilt ära osta".
Nagu näete, võimaldab MINDSTORMS Education EV3 kasutamine õppeprotsessis õpilastel maksimaalselt kasutada oma kujutlusvõimet, luues üha uusi ja uusi mehhanisme, mis mitte ainult ei aita ideid realiseerida ega visuaalselt katseid läbi viia, vaid hakkavad ka otsustama. nende tulevane elukutse.
Kui teil on küsimusi nende lahenduste kasutamise kohta õppeprotsessis (või toodete endi kohta), kirjutage need kommentaaridesse.
Allikas: www.habr.com