pilt — roboconstructor.ru
Tuntud mõttetera ütleb, et kui tarkuseotsija pöördus noore ema poole, kes hoidis oma lapsukest süles ja küsis, milliselt vanusest peaks ta lapse kasvatamisega alustama, vastas vanamees, et ta on hiljaks jäänud nii paljude aastate võrra, kui lapsel endal on. Tuleviku ametivalikut puudutav olukord on sarnane. Raskem on nõuda, et beebid oleksid teadlikud oma kalduvustest ja huvidest, kuid juba keskkoolis algavad erinevad spetsialiseerumised ning sel ajal oleks hea juba teada, kuhu suunas kasvada. Kuid üht, mida me juba peaaegu kindlasti teame, on see, et järgneva paarikümne aasta jooksul automatiseeritakse 30 kuni 80% ametitest täielikult.
Robootika, kübernetika, algoritmide mõistmine – need on oskused, millega ei seostu nii udused perspektiivid. Loomulikult võib eeldada, et koos tööjõu asendamisega robotitega areneb ka tingimusteta põhiennustus, kuid kahtlemata ei taha te oma lapsele sellist tulevikku.
Nüüd on palju võimalusi, kuidas noorele ja huvipakkuvale publikule kiiresti tutvustada programmeerimise ja robootika aluseid. Kõik need on odavad, piisavalt lihtsad õppida ning annavad juba paar tunni möödudes arusaama algoritmide põhitõdedest ja kyberneetiliste seadmete kontseptsioonidest. Kuid õppetundides võib nendega kaasneda ka mõningaid puudusi – prototüüpide piiratud kulumiskindlus (ja olgem ausad, ka „idiootidekindlus” pole alati parim) ja laste 11-12 aastat sõbralikud tarkvaraliidesed ning mänguelemendi suhteliselt vähesus.
Kõigi nende puudustega on juba üle kahekümne aasta tegelenud tuntud LEGO Education arenduskomplektide tootja. Räägime loomulikult MINDSTORMS Education EV3 platvormist. Alates 90ndate alguses toodetud Mindstorms RCX-st kuni kaasaegse MINDSTORMS Education EV3 kompleksi välja töötamiseni on platvormi põhimõte jäänud samaks. Aluseks on "intelligentne telliskivi" (“intelligent brick”), mis on mikrokontroller, millel on ekraan ja sisend-väljundportid, millele on ühendatud kõik muud komponendid. Nagu igas robotitehnoloogias jagunevad perifeersed seadmed anduriteks ja efektoriteks. Andurite abil tunnetab robot ümbritsevat maailma ning efektorite kaudu reageerib see vastavalt programmeeritud programmile. Platvormi komponendid ühendatakse omavahel lihtsate kaablitega, ilma jootmiseta, ja mehaanilised konstruktsioonid on piiratud ainult plastdetailide tugevuse ning konstruktoreid seekord tõeliselt loovuse abil.
rääkisime nende lahenduste võimalustest laiemalt, nüüd soovime aga keskenduda täpsemalt LEGO MINDSTORMS Education EV3-le.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 on valmistatud ühilduvaks Lego Technic komponentidega. See tähendab, et platvormi saab kasutada mitmesuguste ja isegi uskumatute konstruktsioonide loomiseks, alates lihtsatest "masinatest" ja "robokätest" kuni keerukate konveierite või isegi Rubiku kuubiku "lahendajateni". Tegelikult võib ükskõik milline Lego Technic komplekt olla projektide detailide allikaks ning kahjustatud varuosade asendamine ei too kaasa probleeme. Jah, nad võivad mitte näha nii robustsed välja nagu vana Nõukogude alumiiniumkonstruktor, kuid praktikas on nad isegi tugevamad kui metallist tooted. Minu 1993. aastal alanud kollektsioonis ei ole siiani ühtegi katkist detaili leitud.
Algses haridussüsteemi komplektis MINDSTORMS Education EV3 on 541 Lego Technic detaili. Võimalik on osta ka spetsialiseeritud ressursside komplekti, näiteks (või vanem 9648, mis toodeti veel NXT jaoks), samuti lihtsalt suur ehituskomplekt, nagu (2800 detaili) või (peaaegu 4000 detaili), ja pärast peamudeliga tükkhaaval mängimist on võimalus seda kasutada kybernetiliste katsete jaoks. Ühe Lego detaili kohta on hind oluliselt madalam kui teistel komplektidel – vaid 3-5 rubla ühe tüki kohta.
Kui kellegil on veel säilinud vana kollektsioon, mis sisaldab kümneid tuhandeid detaile, siis ei pea ressursside pärast üldse muretsema.
Ekraanipilt teenusest Brickset (interaktiivne andmebaas Lego koostajatele, mis võimaldab koguda erinevaid statistikaid) autori
Kuid see kehtib ainult "passiivsete" elementide, näiteks trokede, rataste või ühenduspinnide kohta. Andurid ja efektorid on loomulikult oluliselt kallimad, kuid ka põhikomplektis on neid rohkem kui piisavalt. Mindstorms EV3 tuleb koos kolme mootori (kaks suuremat ja võimsamat ning üks kompaktne servomootor), paariga puudetundlikest anduritest (omaette „nutikad” nupud), ultraheli-, gyroskoopi- ja värvianduriga (mis võib töötada ka valgustundlikkuse andurina). Pluss on tagatud ühilduvus eelneva põlvkonna Lego Education robootika anduritega – Mindstorms NXT (näiteks on seal ka mürataseme andur).
Kuid naaseme „nutika ploki” juurde, süsteemi südamesse. See on tõeliselt üsna raske ja mahukas „plokk”, mida on varustatud 178x128 monohromaatilise LCD-ekraaniga (kasutatakse mitte ainult menüüs, vaid ka erinevate kohandatud piltide kuvamiseks töö ajal) ja muudetava taustavalguse värviga. Andurite ja efektorite ühendamiseks kasutatakse standardse RJ-12 pistikuga kaableid (kuni neli seadet igat tüüpi), seal on microSDHC pesa ja USB-port.
Viimast saab kasutada nii enda programmide laadimiseks kui ka püsivara uuendamiseks. Siiski ei puudu mikrokontrollerilt ka traadita liidesed, mistõttu on võimalik programme laadida Wi-Fi kaudu (vajalik väline moodul) või Bluetoothi abil (sisse ehitatud). Samuti, kui me kogume kaugjuhitavat robotit, saame seda juhtida traadita ühenduse kaudu nutitelefoni või tahvelarvuti abil.
«Nutika tellise» sees on 300 megahertsine ARM-protsessor, 16 megabaiti püsivara (ja just selle jaoks on vajalik mälukaart) ning 64 megabaiti RAM-i. Kuigi need numbrid võivad tunduda tagasihoidlikud, on nende võimsus piisav ka kõige keerukamate algoritmide täitmiseks, mida võite või mille võib isegi laps õppimise käigus välja mõelda. Kui võrrelda 48-megahertsise protsessoriga eelmisest põlvkonnast NXT, mis hiljuti tähistas oma kümnendat sünnipäeva, on edusamm tõeliselt märgatav. Siiski ei saa öelda, et NXT oleks mingil määral aeglustanud tüüpiliste ülesannete lahendamise käigus.
Tegemist on olulise funktsionaalsuse laiendamisega, kuna neljas port mootorsüsteemide jaoks on nüüd saadaval, mis õigustab uuendust.
USB-port toetab nüüd host-režiimi, mis võimaldab mitte ainult Wi-Fi-adapteri ühendamist, vaid ka mitme EV3 ploki ühendamist üheks keeruliseks robotiks. Tõsi, ülesannete keerukus tõuseb sellega oluliselt.
Lõpuks on MINDSTORMS Education EV3 saanud aku toite toetuse. Kuue AA patarei asemel saab kasutada kaasasolevat liitium-ioonakut, mille mahutavus on üle kahe amperitunni. Loomulikult ei ole keelatud kasutada ka eneloop tüüpi patareisid, kuid nende laadimiseks eemaldamine alandab kasutusmugavust. Ja ka hinna poolest on paar eneloopi komplekti koos laadijaga üsna võrreldav originaalaku hinnaga.
Ah jaa, suur ja vali kõlar on nüüd lisatud, mis suudab mängida mitte ainult retro meloodiaid 8-bitisest ajast, vaid ka meeldivamat heli.
Nüüd vaatame baasikomplekti efektoreid. Kaks neist on võimsad mootorid, sarnased NXT-s juba kasutatutele, piklikud seadmed, mis arendavad tänu sisemist vähendavat ülekannet tõsist pöördemomenti.
Mootori blokeerimise juhtudel on ette nähtud mehaaniline libisemine, mis hakkab libisema, kui hõõrdumine ületab arvutatud taset, seega on mootori põletamine üsna keeruline.
On olemas pöördenurka andur, mille eraldusvõime on üks kraad (mootor edastab kontrollerile, millisele nurga sellele telg on pööratud) ja võimalus täpselt sünkroniseerida kõikide ühendatud mootorite pöörlemist.
Kolmas, nn M-servomootor (keskmise suurusega mootor) annab kolm korda väiksema pöördemomendi, kuid tema pöörlemiskiirus on peaaegu kaks korda kõrgem.
Mis puutub sensoritesse, siis tegelikult ei pea piirduma ainult nende pakkumisega, mida pakub LEGO Education (kuigi neid on igasuguste haridusalaste projektide jaoks rohkem kui küll), mitmed kolmandad osapooled toodavad ühilduvaid ja mõnikord üsna eksootilisi sensoreid. Originaalkoodi ja riistvaratehnilised spetsifikatsioonid on täielikult .
Tarkvara
Oleme palju rääkinud riistvarast, kuid tõeliselt ei määra vaid see, kui tõhusalt robotitehnika tunnid toimivad. Just tõeliselt intuitiivse tarkvara olemasolu mitmesugustel platvormidel (Mac, PC, mobiiliseadmised) ja muudab LEGO MINDSTORMS Education EV3 valikuks õppimisel, eriti alg- ja keskkooli piiril, kümne aasta vanustele lastele.
Rakenduse käivituskuvas iPadil
Algoritmide visualiseerimine LEGO MINDSTORMS Education EV3 kodu tarkvaras on lihtsalt tippklass – mõne minutiga on võimalik õppida loogiliste plokkide peamisi interaktsiooniviise (üleminekutingimused, tsüklid jne) ning hiljem järk-järgult keerukust suurendada. Loomulikult on olemas ka valmis õppeprojekte kümnete erinevate robotimudelite jaoks, ja soovi korral leidub interneti kogukondades tuhandeid huvitavaid programme.
Rakenduse näidisprogramm iPadis
Kogenud kasutajad saavad installida LabVIEW või RobotC – LEGO MINDSTORMS Education EV3 „aju“ on nende pakettidega täielikult ühilduv. Kahjuks ei saa vanu projekte NXT-le eksportida täiendava konversioonita.
Hariduslikust vaatenurgast pakub palju rohkem huvi . See võimaldab õpetajatel pidada õpilaste e-õpikuid, mille kaudu saab õpetaja oma rakendusest hinnata konkreetse õpilase edusamme ja jälgida tema arengut. Lisaks saavad nad kasutada mitte ainult olemasolevaid õpikute materjale (millest on palju), vaid ka sisseehitatud sisu redaktori abil luua oma aineid.
Koolitusvideod EV3 sisuhalduri kasutamisest
Lisaks on desktopiversioonis andmete registreerimise utiliit, kus on võimalus programmeerida graafiku alasid vastavalt lävendarvudele. See tähendab, et õpetaja saab nüüd hõlpsasti demonstreerida kaasaegsete tehnoloogiate tööd näiteks nutikas kodus.
EV3 mikrokontroller kogub andmeid sensoritest reaalajas ning käivitab vastavalt temperatuuriteatele erinevaid mudeli programme. Kõrgel temperatuuril aktiveerub ventilaator, madalal temperatuuril aga küttekeha. Õpilased saavad andmeid registreerida ja analüüsida, kohandades mudelit.
Andmete logimine
Nutika tellise avatud tarkvara on juba oma rolli mänginud: olemas on alternatiivsed variandid, mis toetavad enamikku populaarsetest programmeerimiskeeltest (neid on kümneid). Üldiselt saab EV3 kasutamist integreerida igasse haridusprojekti, mis on seotud programmeerimisega, kuna pole midagi, mis võiks rohkem rõõmu pakkuda kui võimalus näha oma algoritmide tööd 'rauda' peal.
Paljude jaoks on see lugu keeruline just hinna tõttu. Tõepoolest, Baaskomplekti eest tuleb maksta 29 900 rubla, pluss veel 2 500 laadimise eest. Kuid see summa sisaldab kõiki komponente ja elektroonikat kahe õpilase mugavaks töötamiseks, samuti täielikku põhivara 48 valmis tundidega (mis on alates 2016. aasta jaanuarist täiesti tasuta nii füüsilistele isikutele kui ka organisatsioonidele). Loomulikult võivad täiendavad seadmed ja ülesannete komplektid hinda tõsta, kuid mõistlikus piirides. Niisiis, 8 õpilase komplekt, mis sisaldab LME EV3 baasi- ja ressursside komplekte, laadijaid, tarkvara ja , maksab kokku 174 900 rubla. Täiesti vastuvõetav, näiteks kooliringi varustamiseks.
Jah, see on kindlasti kallim kui tavalised Arduino-sarnased platvormid. Kuid ka võimalused ja kaasatuse tase on palju kõrgem. EV3 baasil saab õppekava rahulikult planeerida tervele keskkoolile ja edasi. Pealegi, kui LEGO MINDSTORMS Education EV3-d õigesti kasutada, siis lihtsalt "üle elab" mitu lihtsat komplekti tänu oma mehaanilistele omadustele, mugavale vahetatavusele ja terviklike osade kergemale kättesaadavusele (minu praktikas vajas vaid üks RJ-12 kaabel vahetust 10-aastasel NXT-l).
Kokkuvõttes näeme praktiliselt avatud lähtekoodiga projekti, mida toetab hiiglaslik ettevõte koos kõigi sellises olukorras ettenähtud boonustega – suure eluiga, varuosade ja laienduste kergelt kättesaadavuse, ametlike ja harrastajate juhenditega ning arenenud kogukonnaga. Mindstorms on saanud praktiliselt lääne hariduskeskkondade standardiks laste robootika valdkonnas ja oleks tõeliselt tore näha selle laialdast levikut ka Venemaal.
Valikutee
Ja nüüd peamise juurde. Erinevalt WeDo 2.0 komplektidest on EV3 suunatud keskkoolile, seega vanematele lastele, kelle jaoks tulevase ametivaliku küsimus on juba tõsisem.
Kasutades EV3, suudab iga õpilane aktiivsemalt avada neid võimeid, mis on temas looduse, kasvatuse ja õppeprotsessi kaudu peidus.
Sündinud matemaatik jälgib hoolikalt sensorite telemeetria andmeid, kuidas robot mõõdab läbitud vahemaid, kuidas salvestatakse nurk, mille võrra ta kaldub, ja palju muud.
Tulevane IT-spetsialist sukeldub muidugi roboti programmeerimisse, uurides algoritme, mille alusel see liikuda saab. Ta loob kindlasti ka oma ideid, mis ei ole ettenähtud ametlikes juhendites.
Füüsikast innustunud laps saab roboti abil läbi viia visuaalseid katseid, sest komplekti kuuluvate sensoritega ei ole mingeid probleeme, nagu ka lapsel — kujutlusvõimega.
Kokkuvõttes, ükskõik millised on lapse huvid ja lemmikained koolis, parandavad MINDSTORMS EV3 komplektide kasutamine nende tuvastamist ja arendamist tulevikus.
Elus
Hetkel kasutavad ettevõtte lahendusi õpilased huvitavate projektide loomiseks, nii erinevates konkurssides kui ka oma arengu nimel. Aastate jooksul on meedia kajastanud mitmeid neist.
Astrakhanis tänava õpilased Ruslan Kazimov ja Mihhail Gladõševi koostöös kohaliku tehnopargiga on arendanud välja käte liigeste rehabilitatsiooniks mõeldud robottreeneri.
foto — rg.ru
Treeneri väljatöötamiseks kulutasid kaheksanda klassi õpilased veidi vähem kui kaks kuud. Nad esitlesid oma projekti IX Venemaa teaduslik-innovatsioonide konkursi lõuna-föderatsiooni regiooni etapis, kus saavutasid teise koha. Tulevikus kavatsevad nad luua tööstusliku prototüübi – praegu pakuvad arendajad ainult LEGO MINDSTORMS Education EV3 haridusrobotik komplektist valmistatud prototüübi.
Seade kopeerib arstide sooritusi – liigesed hakkavad töötama, taastades seeläbi mitte ainult nende liikuvuse, vaid ka lihasgruppide liikuvuse. Praegu on seadmed ühendatud Bluetoothi kaudu, aga tulevikus kavatsetakse suhelda interneti või Wi-Fi abil.
Turul on olemas sarnaseid seadmeid, kuid Astrahhanis valmistatud seade saab töötada samaaegselt õlavarre, randme ja küünarliigesega. Lisaks on see kaasaskantav ja töötab akust. Samuti on olemas kaugjuhtimise võimalus, mis tähendab, et patsient saab treenida koju jäädes.
2015. aasta maailm.robotite olümpial (WRO 2015) pälvis Venemaa DRL meeskond Peterburist LEGO Educationi loovuse auhinna (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Venemaa DRL meeskond esitas projekti CaveBot. Peterburi noored treener Sergei Filipovi juhtimisel lõid ainulaadse uurimisrobot, et avastada avastamata piirkondi koobastes. Arendus hõlmab erinevaid teadusvaldkondi, kuna ainulaadne robot võimaldab lahendada mitmesuguseid ülesandeid.
Meeskond ehitas ronimisrobot, mis on varustatud erinevate sensoritega objektide avastamiseks, et hiljem neid uurida. Saadud andmeid saab arvutis muuta 3D-mudeliteks.
Ja 13-aastane Shubham Banerjee lõi LEGO osade kaupa Braille'i printer kooliprojekti raames. Hiljem, koos oma pereliikmete abiga, loodud idufirma, mis sai rahastust tehnoloogiaettevõttelt Intel.
(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Idee printeri loomiseks tuli Shubhamile pärast Braille'i uurimist internetis. Mõistes, et pimedate printimise printerid maksavad alates 2 000 dollarist ja rohkem, otsustas koolipoiss teha odavama versiooni.
Varsti pärast leiutist hakkasid nägijad lapsed ja nende vanemad Shubhamiga ühendust võtma ainsa palvega — teha odav Braille'i printer, lubades "osta see kohe letist."
Nagu näete, võimaldab MINDSTORMS Education EV3 kasutamine õppeprotsessis õpilastel maksimaalselt kasutada oma loovust, luues pidevalt uusi mehanisme, mis mitte ainult ei aita ideid ellu viia või eksperimente selgelt läbi viia, vaid aitavad ka tulevase ametiga seotud otsuseid langetada.
Kui teil on küsimusi nende lahenduste kasutamise kohta hariduses (või toodete kohta) — kirjutage need kommentaaridesse.
Allikas: habr.com
