LEGO MINDSTORMS Education EV3 در راهنمایی شغلی

تصویر – roboconstructor.ru

یک مَثَل معروف می گوید که وقتی مادر جوانی که فرزندی در آغوش داشت رو به حکیم کرد و از او پرسید که از چه سنی باید تربیت فرزندان خود را آغاز کند، پیرمرد پاسخ داد که به همان اندازه که فرزندش دیر کرده است. . وضعیت انتخاب شغل آینده کاملاً مشابه است. درخواست آگاهی از تمایلات و علایق خود از نوزاد دشوار است، اما در دوران دبیرستان انواع تخصص ها شروع می شود، و در این زمان خوب است که بدانیم کودک بالغ را به کدام سمت حرکت دهیم. اما چیزی که تقریباً به طور قطع می دانیم این است که طی دهه های آینده، 30 تا 80 درصد از حرفه ها کاملاً خودکار خواهند شد.

رباتیک، سایبرنتیک و درک الگوریتم ها مجموعه ای از مهارت ها هستند که به احتمال زیاد، فرد با چنین چشم اندازهای مبهم روبرو نخواهد شد. البته به احتمال زیاد به موازات جایگزینی نیروی کار با ربات ها، مفهوم درآمد پایه بی قید و شرط نیز توسعه می یابد، اما بعید است که شما چنین آینده ای را برای فرزند خود بخواهید.

در حال حاضر راه های زیادی برای نشان دادن سریع اصول برنامه نویسی و روباتیک به مخاطبان جوان و علاقه مند وجود دارد. همه آنها ارزان هستند، یادگیری آنها بسیار آسان است، و در عرض چند ساعت درک درستی از اصول الگوریتم ها و مفاهیم دستگاه های سایبرنتیک ارائه می دهند. اما در کلاس‌های درس، به راحتی می‌توان با معایب این پلت‌فرم‌ها مواجه شد - مقاومت در برابر سایش محدود (و اجازه دهید با آن روبرو شویم، "مقاومت احمق" نیز) تخته‌های پخت، رابط‌های نرم‌افزاری که برای کودکان 11 تا 12 ساله چندان دوستانه نیستند، و نسبتاً کوچک. عنصر "بازی".

معروف ترین تولید کننده مجموعه های آموزشی LEGO Education بیش از بیست سال است که با تمام این کاستی ها دست و پنجه نرم می کند. ما البته در مورد پلتفرم MINDSTORMS Education EV3 صحبت می کنیم. از Mindstorms RCX تولید شده در اوایل دهه 90 تا مدرن ترین مجموعه MINDSTORMS Education EV3، اصل تشکیل پلت فرم یکسان است. این مبتنی بر یک "آجر هوشمند"، یک میکرو کامپیوتر با صفحه نمایش و پورت های ورودی/خروجی است که تمام اجزای دیگر به آن متصل هستند. مانند هر سیستم رباتیکی، دستگاه های جانبی به حسگرها و افکتورها تقسیم می شوند. ربات با استفاده از حسگرها، دنیای اطراف خود را درک می کند و به لطف افکتورها، مطابق با برنامه برنامه ریزی شده به آن واکنش نشان می دهد. اجزای پلت فرم با کابل های ساده و بدون لحیم کاری به یکدیگر متصل می شوند و ساختارهای مکانیکی تنها با استحکام قطعات پلاستیکی و تخیل طراحان محدود می شود.

در پست قبلی ما امکانات چنین راه حل هایی را به طور کلی در نظر گرفتیم، اما اکنون می خواهیم با جزئیات بیشتر در مورد LEGO MINDSTORMS Education EV3 صحبت کنیم.

EV3

LEGO MINDSTORMS Education EV3 با قطعات Lego Technic سازگار است. این بدان معنی است که این پلت فرم می تواند برای ایجاد طرح های بسیار متنوع و حتی باورنکردنی، از «ماشین ها» ساده و «دست های رباتیک» گرفته تا نوار نقاله های پیچیده یا حتی «حل کننده های مکعب روبیک» استفاده شود. تقریباً هر مجموعه Lego Technic می تواند به عنوان منبع قطعات برای پروژه ها استفاده شود و هیچ مشکلی برای تعویض قطعات یدکی آسیب دیده وجود نخواهد داشت. بله، آنها به اندازه کیت آلومینیومی قدیمی شوروی وحشیانه به نظر نمی رسند، اما در عمل حتی از محصولات فلزی قوی تر هستند. حداقل در مجموعه من که از سال 1993 شروع به کار کرد، هنوز یک قطعه شکسته کشف نشده است.

مجموعه آموزشی MINDSTORMS Education EV3 Basic دارای 541 قطعه Lego Technic است. می توان به عنوان یک مجموعه منابع تخصصی مانند خرید 45560 (یا 9648 قدیمی تر، تولید شده برای NXT)، یا فقط یک سازنده نوع بزرگ 42043 (2800 قسمت) یا 42055 (تقریباً 4000 قسمت)، و با بازی کافی با مدل اصلی، از آن به عنوان "آجر" برای آزمایش های سایبرنتیک استفاده کنید. از نظر یک قطعه، لگو در اینجا بسیار جلوتر از مجموعه های دیگر است - فقط 3-5 روبل در هر قطعه.

خوب، اگر شخصی یک مجموعه قدیمی دارد که شامل ده‌ها هزار قطعه است، دیگر لازم نیست نگران منابع باشید.

اسکرین شات از سرویس Brickset (یک پایگاه داده تعاملی برای دارندگان کیت های ساخت لگو که به شما امکان می دهد آمارهای مختلفی را جمع آوری کنید) توسط نویسنده

با این حال، این فقط برای عناصر "غیرفعال" مانند تیرها، چرخ ها یا پین های اتصال اعمال می شود. البته سنسورها و افکتورها بسیار گرانتر هستند، اما تعداد آنها در کیت اصلی بیش از اندازه کافی است. Mindstorms EV3 با سه موتور (دو موتور بزرگتر و قدرتمندتر و یک سروو فشرده)، یک جفت سنسور لمسی (نوعی دکمه‌های هوشمند)، سنسورهای اولتراسونیک، ژیروسکوپی و رنگی (همچنین می‌تواند در حالت سنسور نور کار کند) ارائه می‌شود. . به علاوه، سازگاری با سنسورهای نسل قبلی ربات‌های آموزش لگو - Mindstorms NXT (شامل، برای مثال، سنسور سطح نویز) حفظ می‌شود.

اما بیایید به "آجر هوشمند"، قلب سیستم بازگردیم. این در واقع یک "آجر" نسبتاً سنگین و حجیم است که مجهز به صفحه نمایش LCD تک رنگ 178x128 (نه تنها منو روی آن نمایش داده می شود، بلکه انواع تصاویر سفارشی در حین کار نیز نمایش داده می شود) با رنگ نور پس زمینه قابل تغییر. با استفاده از سیم هایی با کانکتور استاندارد RJ-12، سنسورها و افکتورها به آن متصل می شوند (حداکثر چهار دستگاه از هر نوع)، یک اسلات برای microSDHC و یک پورت USB وجود دارد.

دومی را می توان هم برای دانلود خود برنامه ها و هم برای به روز رسانی سیستم عامل استفاده کرد. با این حال، میکروکنترلر از رابط های بی سیم بی بهره نیست؛ در صورت تمایل، می توانید برنامه ها را از طریق Wi-Fi (نیاز به ماژول خارجی) یا بلوتوث (داخلی) دانلود کنید. همچنین، اگر ما در حال مونتاژ یک ربات کنترل از راه دور هستیم، می‌توانیم آن را با استفاده از ارتباطات بی‌سیم از تلفن هوشمند یا تبلت «هدایت» کنیم.

در داخل «آجر هوشمند» یک پردازنده ARM با فرکانس 300 مگاهرتز، 16 مگابایت حافظه دائمی (و به همین دلیل کارت مفید است) و 64 مگابایت رم وجود دارد. مهم نیست که این اعداد چقدر ساده به نظر می رسند، قدرت کافی برای اجرای حتی گسترده ترین الگوریتم هایی که شما یا حتی بیشتر از آن یک کودک در فرآیند یادگیری می توانید بنویسید، وجود دارد. و اگر آن را با پردازنده 48 مگاهرتزی نسل قبلی NXT که به تازگی ده ساله شده است مقایسه کنید، پیشرفت کاملاً محسوس است. با این حال، نمی توان گفت که NXT در روند حل مشکلات معمولی به طور قابل توجهی کند می شود.

به علاوه، چهارمین درگاه برای موتورها ظاهر شده است که به خودی خود گسترش قابل توجهی از عملکرد است که ارتقاء را توجیه می کند.

پورت USB اکنون از حالت میزبان پشتیبانی می کند، این به شما امکان می دهد نه تنها یک آداپتور Wi-Fi را متصل کنید، بلکه چندین بلوک EV3 را به یک ربات پیچیده متصل کنید. درست است ، سطح وظایف کاملاً "بچگانه نیست".

سرانجام، MINDSTORMS Education EV3 اکنون از باتری پشتیبانی می کند. به جای شش باتری قلمی، می‌توانید باتری لیتیوم یونی را به مدت دو و نیم آمپر ساعت نصب کنید. البته هیچ‌کس استفاده از باتری‌های AA نوع eneloop را منع نمی‌کند، اما نیاز به جدا کردن آنها برای شارژ باعث می‌شود قابلیت استفاده کمتر از حد متوسط ​​باشد. و قیمت یک جفت کیت eneloop با شارژر کاملاً قابل مقایسه با باتری مارک است.

اوه بله، یک بلندگوی بزرگ و بلند وجود دارد که اکنون نه تنها می‌تواند آهنگ‌های قدیمی مربوط به دوران 8 بیت را صدا کند، بلکه صداهای دلپذیرتری را نیز پخش می‌کند.

حالا بیایید به افکتورها از مجموعه اصلی نگاه کنیم. دو مورد از آنها موتورهای قدرتمندی هستند که شبیه به موتورهایی هستند که قبلاً در دستگاه های مستطیلی NXT استفاده می شد که به لطف یک دنده کاهش داخلی، گشتاور جدی ایجاد می کنند.

در صورت مسدود شدن موتور، یک کلاچ مکانیکی ارائه می شود که اگر اصطکاک بیشتر از مقدار محاسبه شده باشد شروع به لغزش می کند، بنابراین سوزاندن موتور بسیار دشوار است.
یک سنسور زاویه چرخش با وضوح یک درجه (موتور به کنترل کننده می گوید که محور آن در حال حاضر در چه زاویه ای می چرخد) و توانایی همگام سازی دقیق چرخش تمام موتورهای متصل وجود دارد.

سومین موتور به اصطلاح M-servo drive (موتور سایز متوسط) سه برابر گشتاور کمتری تولید می کند، اما سرعت چرخش آن تقریبا دو برابر بیشتر است.

در مورد سنسورها، شما واقعاً مجبور نیستید خود را به آنهایی که توسط آموزش LEGO ارائه می‌شود محدود کنید (اگرچه آنها در سقف هر پروژه آموزشی هستند)، تعدادی از شرکت‌های شخص ثالث سنسورهای سازگار و گاهی کاملاً عجیب و غریب تولید می‌کنند. کد منبع سفت افزار و مشخصات سخت افزار به طور کامل باز کن.

نرم افزار

ما در مورد سخت افزار زیاد صحبت کرده ایم، اما در واقع، این تنها چیزی نیست که اثربخشی کلاس های رباتیک را تعیین می کند. وجود نرم افزار واقعاً بصری بر روی پلتفرم های متعدد (مک، رایانه شخصی، دستگاه های تلفن همراه) و برنامه های درسی آماده LEGO MINDSTORMS Education EV3 را به پلتفرم منتخب برای یادگیری، به ویژه بین مدارس ابتدایی و متوسطه، برای کودکان ده ساله تبدیل می کند.

صفحه خوش آمدگویی برنامه در iPad

تجسم الگوریتم ها در نرم افزار بومی LEGO MINDSTORMS Education EV3 به سادگی در بالاترین سطح است - فقط در چند دقیقه کافی است بر انواع اصلی تعامل بلوک های منطقی (شرایط انتقال، حلقه و غیره) مسلط شوید و سپس به تدریج میزان را افزایش دهید. پیچیدگی برنامه ها البته پروژه های آموزشی آماده ای برای ده ها مدل مختلف ربات وجود دارد و در صورت تمایل می توانید هزاران برنامه جالب را در جوامع آنلاین پیدا کنید.

نمونه برنامه در یک برنامه iPad

کاربران پیشرفته می توانند LabVIEW یا RobotC را نصب کنند - "مغز" LEGO MINDSTORMS Education EV3 کاملاً با این بسته ها سازگار است. متأسفانه، صادرات پروژه های قدیمی برای NXT بدون تبدیل اضافی امکان پذیر نخواهد بود.

از نقطه نظر آموزشی، علاقه بسیار بیشتری دارد نسخه نرم افزار دسکتاپ. این به شما امکان می دهد تا دفترچه های الکترونیکی را برای دانش آموزان نگه دارید که به لطف آن معلم می تواند موفقیت یک دانش آموز خاص را از نسخه برنامه خود ارزیابی کند و پیشرفت او را نظارت کند. به علاوه، می توانید نه تنها از مواد آموزشی موجود در نرم افزار (که تعداد زیادی از آنها وجود دارد) استفاده کنید، بلکه می توانید با استفاده از ویرایشگر محتوای داخلی مطالب خود را ایجاد کنید.

فیلم های آموزشی EV3 Content Editor

نسخه دسکتاپ همچنین دارای ابزار ضبط داده با توانایی برنامه ریزی مناطق نمودار بسته به مقادیر آستانه است. یعنی اکنون یک معلم می تواند به راحتی عملکرد فناوری های مدرن را در یک خانه هوشمند به عنوان مثال نشان دهد.

میکروکامپیوتر EV3 داده‌ها را از حسگرها در زمان واقعی جمع‌آوری می‌کند و بسته به پس‌زمینه دما، یک یا آن برنامه مدل را راه‌اندازی می‌کند. وقتی دما بالاست فن روشن می شود و وقتی دما پایین است بخاری روشن می شود. و دانش آموزان قادر به ثبت و تجزیه و تحلیل داده ها و نهایی کردن مدل خواهند بود.

ثبت داده ها

باز بودن سیستم عامل "آجر هوشمند" قبلا نقش خود را ایفا کرده است: گزینه های جایگزینی وجود دارد که از اکثر زبان های برنامه نویسی محبوب (ده ها مورد) پشتیبانی می کند. به طور کلی، استفاده از EV3 را می توان به هر پروژه آموزشی مرتبط با برنامه نویسی "ضمیمه" کرد، زیرا چیزهای کمی به اندازه فرصت دیدن کار الگوریتم های خود "در سخت افزار" خوشایند هستند.

بسیاری انتظار دارند که سنگ مانع در این داستان ممکن است قیمت باشد. در واقع، برای مجموعه Basic باید 29 روبل بعلاوه 900 روبل دیگر برای شارژ بپردازید. اما این مبلغ شامل قطعات و لوازم الکترونیکی برای کار راحت دو دانش آموز و همچنین نرم افزار پایه کامل با 2 درس آماده (که از ژانویه 500 برای افراد و سازمان ها کاملا رایگان است) می باشد. البته، تجهیزات اضافی و کیت های ماموریت ممکن است هزینه را افزایش دهند، اما در حد معقول. بنابراین یک کیت برای 48 دانش آموز شامل مجموعه های پایه و منابع LME EV2016، شارژر، نرم افزار و مجموعه وظایف اضافی "پروژه های مهندسی"، هزینه 174 برای تجهیز مثلا دایره در مدرسه کاملا قابل قبول است.

بله، به طور قابل توجهی گران تر از پلتفرم های ساده آردوینو است. اما فرصت ها و همچنین سطح مشارکت بسیار بالاتر است. برنامه درسی مبتنی بر EV3 را می توان با خیال راحت در سراسر دبیرستان و فراتر از آن برنامه ریزی کرد. علاوه بر این، با استفاده کافی از LEGO MINDSTORMS Education EV3، به دلیل کیفیت مکانیکی، قابلیت تعویض آسان و در دسترس بودن قطعات، به سادگی "بیشتر از عمر" چندین کیت ساده خواهد ماند (در عمل من، تنها یک کابل RJ-12 نیاز به تعویض در 10 سال دارد. NXT قدیمی).

در نتیجه، ما شاهد یک پروژه تقریباً متن باز هستیم که توسط یک شرکت غول پیکر با تمام پاداش های مورد نیاز در چنین شرایطی پشتیبانی می شود - چرخه عمر طولانی، در دسترس بودن قطعات یدکی و برنامه های افزودنی، راهنماهای رسمی و آماتور، یک جامعه توسعه یافته. طوفان‌های ذهن تقریباً به یک استاندارد در کلاس‌های روباتیک آموزشی غربی برای کودکان تبدیل شده است، و بسیار جالب است که شاهد استفاده گسترده آن در روسیه باشیم.

انتخاب یک مسیر

و حالا به اصل مطلب. برخلاف مجموعه‌های WeDo 2.0، EV3 برای دبیرستان و در نتیجه کودکان بزرگ‌تر که مسئله انتخاب حرفه آینده برای آنها جدی‌تر است، مورد توجه قرار می‌گیرد.

با استفاده از EV3، هر دانش آموز قادر خواهد بود به طور فعال تری توانایی هایی را که در طبیعت، تربیت و فرآیند آموزشی در او وجود داشت آشکار کند.

یک ریاضیدان متولد شده به دقت دورسنجی سنسورها، نحوه ثبت دقیق مسافت طی شده توسط ربات، نحوه ثبت زاویه انحراف آن و غیره را زیر نظر خواهد داشت.

متخصص IT آینده، البته، خود را در برنامه نویسی ربات غوطه ور خواهد کرد و الگوریتم هایی را که توسط آن حرکت می کند، تجزیه و تحلیل می کند. و او مطمئناً خود را ایجاد می کند که توسط دستورالعمل های استاندارد پیش بینی نشده است.

کودکی که علاقه زیادی به فیزیک دارد، می‌تواند با کمک ربات آزمایش‌های بصری انجام دهد؛ خوشبختانه مجموعه‌ها هیچ مشکلی با حسگرها ندارند، همانطور که کودک با تخیل مشکلی ندارد.

به طور کلی، صرف نظر از علایق و موضوعات مورد علاقه فرزندتان در مدرسه، یادگیری با مجموعه‌های MINDSTORMS EV3 به او این امکان را می‌دهد که در آینده با وضوح بیشتری برجسته شده و بر رشد خود متمرکز شود.

در زندگی

در حال حاضر، راه حل های شرکت در حال حاضر توسط دانش آموزان برای ایجاد پروژه های جالب، هم به عنوان بخشی از مسابقات مختلف و هم برای توسعه عمومی استفاده می شود. امسال رسانه ها درباره تعدادی از آنها نوشتند.

روسلان کازیموف و میخائیل گلادیشف، دانش‌آموزان آستاراخان، مستقر در پارک فناوری منطقه‌ای، یک شبیه‌ساز روباتیک برای توانبخشی مفاصل دست توسعه دادند.

عکس - rg.ru

دانش آموزان کلاس هشتم کمی کمتر از دو ماه را صرف توسعه شبیه ساز کردند. آنها پروژه خود را در مرحله منطقه ای IX مسابقه همه روسی پروژه های علمی و نوآورانه در منطقه فدرال جنوبی ارائه کردند و در آنجا مقام دوم را به خود اختصاص دادند. در آینده، آنها قصد دارند یک نمونه اولیه صنعتی ایجاد کنند - در حال حاضر، توسعه دهندگان فقط یک نمونه اولیه ساخته شده از مجموعه رباتیک آموزشی LEGO MINDSTORMS Education EV3 را ارائه می دهند.

این دستگاه حرکات انجام شده توسط پزشک را تکرار می کند - مفاصل شروع به کار می کنند و در نتیجه تحرک نه تنها آنها، بلکه گروه های عضلانی را نیز بازیابی می کند. در حالی که دستگاه ها از طریق بلوتوث متصل می شوند، در آینده با استفاده از اینترنت یا Wi-Fi ارتباط برقرار می کنند.

مشابه چنین دستگاهی در بازار وجود دارد، اما دستگاه آستاراخان می تواند به طور همزمان با مفاصل شانه، مچ دست و آرنج کار کند. علاوه بر این، قابل حمل است و با باتری کار می کند. امکان کنترل از راه دور نیز وجود دارد، یعنی بیمار می تواند بدون خروج از خانه تمرین کند.

در المپیاد جهانی رباتیک 2015 (WRO 2015)، تیم روسی DRL از سن پترزبورگ جایزه ویژه خلاقیت را از آموزش LEGO (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD) دریافت کرد.

تیم DRL روسیه پروژه CaveBot را ارائه کرد. بچه‌های سن پترزبورگ، تحت هدایت مربی سرگئی فیلیپوف، یک کاوشگر رباتیک منحصر به فرد برای کشف مناطق ناشناخته در غارها ایجاد کردند. این توسعه زمینه های علمی مختلفی را پوشش می دهد، زیرا ربات منحصر به فرد انجام وظایف با پیچیدگی های مختلف را ممکن می کند.

این تیم یک ربات کوهنورد مجهز به حسگرهای مختلف برای تشخیص اجسام برای اکتشاف بعدی ساخت. داده های به دست آمده را می توان در رایانه به مدل های سه بعدی تبدیل کرد.

و شوبهام بانرجی 13 ساله خلق کرد چاپگر خط بریل ساخته شده از قطعات لگو برای پروژه علمی مدرسه. بعداً با مشارکت خانواده او استارت آپی برای راه اندازی این اختراع ایجاد شد که از حمایت مالی شرکت فناوری اینتل برخوردار شد.

(عکس: مارسیو خوزه سانچز، AP)

ایده ایجاد یک چاپگر پس از تحقیق در مورد خط بریل در اینترنت به ذهن شوبهام رسید. دانش آموز با درک اینکه چاپگرهای تایپ لمسی 2,000 دلار به بالا قیمت دارند، تصمیم گرفت نسخه ارزان تری بسازد.

بلافاصله پس از اختراع، کودکان نابینا و والدینشان با یک درخواست واحد - ساختن یک چاپگر ارزان قیمت بریل، شروع به تماس با شوبهام کردند و قول دادند که آن را از قفسه بخرند.

همانطور که می بینید، استفاده از MINDSTORMS Education EV3 در فرآیند یادگیری به دانش آموزان اجازه می دهد تا حداکثر از تخیل خود استفاده کنند و مکانیسم های جدیدتری را ایجاد کنند که نه تنها به تحقق ایده ها یا انجام بصری هر آزمایش کمک می کند، بلکه شروع به تصمیم گیری می کند. حرفه آینده آنها

اگر در مورد استفاده از این راه حل ها در فرآیند آموزشی (یا در مورد خود محصولات) سوالی دارید، در نظرات بنویسید.

منبع: www.habr.com