LEGO MINDSTORMS Education EV3 + MicroPython: clár tógála leanaí a ríomhchlárú i dteanga do dhaoine fásta

Dia duit, Habr! Táimid cheana féin inis faoin ardán LEGO MINDSTORMS Education EV3. Is iad príomhchuspóirí an ardáin seo ná foghlaim trí shamplaí praiticiúla, scileanna STEAM a fhorbairt agus meon innealtóireachta a fhorbairt. Is féidir é a úsáid le haghaidh obair saotharlainne chun staidéar a dhéanamh ar mheicnic agus ar dhinimic. Déanann binsí saotharlainne a dhéantar as brící LEGO agus fóntais chun sonraí a thaifeadadh agus a phróiseáil turgnaimh a dhéanamh níos suimiúla agus níos amhairc agus cabhraíonn siad le leanaí tuiscint níos fearr a fháil ar an bhfisic. Mar shampla, is féidir le daltaí sonraí leáphointe a bhailiú agus an aip a úsáid chun é a eagrú agus a chur i láthair i ngraf. Ach níl anseo ach an tús: inniu inseoimid duit conas an tacar seo a chomhlánú le timpeallacht ríomhchláraithe MicroPython agus é a úsáid chun róbataic a mhúineadh.

Foghlaim ríomhchlárú ag baint úsáide as EV3

Ba mhaith le leanaí scoile nua-aimseartha torthaí ildaite a fheiceáil. Sea, tá siad leamh má phrionnaíonn an clár uimhreacha chuig an consól, agus ba mhaith leo breathnú ar ghraif datha, léaráidí agus fíor-róbait a chruthú a bhogann agus a leanann orduithe. Is cosúil go bhfuil cód rialta ró-chasta do leanaí freisin, mar sin is fearr tosú ag foghlaim le rud éigin níos éasca.

Tá timpeallacht ríomhchláraithe bhunúsach EV3 bunaithe ar theanga ghrafach LabVIEW agus ligeann sé duit halgartaim a shonrú don robot ó thaobh amhairc: cuirtear orduithe i láthair i bhfoirm bloic is féidir a tharraingt agus a nascadh.

Oibríonn an modh seo go maith nuair is gá duit a thaispeáint conas a thógtar halgartaim, ach níl sé oiriúnach do chláir le líon mór bloic. De réir mar a éiríonn cásanna níos casta, is gá bogadh go ríomhchlárú le cód, ach is deacair do pháistí an chéim seo a dhéanamh. 

Tá cúpla cleas anseo, agus is é ceann acu a thaispeáint go ndéanann an cód an rud céanna leis na bloic. I dtimpeallacht EV3, is féidir é seo a dhéanamh trí chomhtháthú MicroPython, ionas gur féidir le páistí an clár céanna a chruthú sa timpeallacht ríomhchláraithe bloc bunúsach agus Python i gCód Visual Studio de chuid Microsoft. Feiceann siad go n-oibríonn an dá mhodh mar an gcéanna, ach tá sé níos áisiúla fadhbanna casta a réiteach trí chód a úsáid.

Aistriú go MicroPython

Tá timpeallacht EV3 tógtha ar phróiseálaí ARM9, agus d'fhág na forbróirí an ailtireacht oscailte d'aon ghnó. Leis an réiteach seo bhíothas in ann firmware malartach a rolladh amach, ar íomhá é ceann acu le bheith ag obair le MicroPython. Ligeann sé duit Python a úsáid chun do EV3 a ríomhchlárú, rud a thugann an trealamh níos gaire do thascanna fíorshaoil. 

Chun tús a chur leis, is gá duit a íoslódáil Íomhá MicroPython EV3 ar aon chárta microSD, é a shuiteáil ar an microcomputer EV3 agus cas air. Ansin ní mór duit a shuiteáil síneadh saor in aisce le haghaidh stiúideo amhairc. Agus is féidir leat tosú ag obair. 

Clárú an chéad robot i MycroPython

Ar ár Líne Tá roinnt ceachtanna ann chun máistreacht a fháil ar bhunchoincheapa na róbataic. Tugann samhlacha EV3 eolas do leanaí ar na bunghnéithe a úsáidtear i gcarranna féin-tiomána, i róbait cóimeála monarchan, agus i meaisíní CNC. 

Glacfaimid an sampla de mheaisín líníochta, ar féidir a mhúineadh chun patrúin agus cruthanna geoiméadracha a tharraingt. Is leagan simplithe é an cás seo de robots táthú nó muilleoireachta fásta agus léiríonn sé conas is féidir EV3 a úsáid i gcomhar le MicroPython chun leanaí scoile a mhúineadh. Agus is féidir le meaisín líníochta poill a mharcáil i gclár ciorcad priontáilte do dhaid, ach sin leibhéal eile a éilíonn matamaitic.

Le haghaidh oibre ní mór dúinn:

• LEGO MINDSTORMS Education EV3 Croíshraith; 
• leathán mór de pháipéar seiceála;
• marcóirí daite. 

Tá tionól an róbait féin isteach treoracha, agus féachfaimid ar shampla cláir.

Ar dtús déanaimid an leabharlann modúl EV3 a thosú:

#!/usr/bin/env pybricks-micropython
from pybricks import ev3brick as brick
from pybricks.ev3devices import (Motor, TouchSensor, ColorSensor, GyroSensor)
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, Color, ImageFile
from pybricks.tools import wait

Socraíomar ardán a rothlaíonn an láimhseáil cosúil le mótair i gcalafort B. Shocraigh muid an cóimheas fearas de thraein fearas dhá chéim le roinnt fiacla 20-12-28, faoi seach.

turntable_motor = Motor(Port.B, Direction.CLOCKWISE, [20, 12, 28])

Déanaimid an meicníocht ardaithe don láimhseáil a chumrú mar mhótar i bport C:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

Déanaimid an gyroscóp a chumrú, a thomhaiseann uillinn claonta an láimhseála, i bport 2:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

Déanaimid an braiteoir dath a chumrú i bport 3. Úsáidtear an braiteoir chun páipéar bán a bhrath faoin meaisín líníochta:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

Déanaimid an braiteoir tadhaill a chumrú i bport 4. Tosaíonn an robot ag tarraingt nuair a bhíonn an braiteoir brúite:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

Sainmhínímid na feidhmeanna a ardaíonn agus a íslíonn an láimhseáil:

def pen_holder_raise():
  seesaw_motor.run_target(50, 25, Stop.HOLD)
  wait(1000)

def pen_holder_lower():
  seesaw_motor.run_target(50, 0, Stop.HOLD)
  wait(1000)

Sainmhínímid feidhm chun an láimhseáil a rothlú go dtí uillinn áirithe nó go dtí uillinn áirithe:

def pen_holder_turn_to(target_angle):
  if target_angle > gyro_sensor.angle():

Má tá an spriocuillinn níos mó ná an uillinn braite gyro atá ann faoi láthair, lean ar aghaidh deiseal le luas dearfach:

    turntable_motor.run(70)
	
while gyro_sensor.angle() < target_angle:
  	
pass
  elif target_angle < gyro_sensor.angle():

Má tá an spriocuillinn níos lú ná an braiteoir gíreascóip atá ann faoi láthair, ansin bog go tuathalach:

    turntable_motor.run(-70)
	
while gyro_sensor.angle() > target_angle:
  	
pass

Stop an t-ardán rothlach nuair a shroichtear an sprioc-uillinn:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

Socraigh suíomh tosaigh an láimhseála sa suíomh uachtarach:

pen_holder_raise()

Anois a thagann an chuid is mó den chlár - lúb endless. Fanann EV3 ar dtús leis an braiteoir datha chun páipéar bán nó cearnóg tosaithe gorm a bhrath agus an braiteoir tadhaill a bhrú. Ansin tarraingíonn sé patrún, filleann sé ar an suíomh tosaigh agus déanann sé gach rud arís.

Nuair nach bhfuil an gléas réidh, casann na soilse ar an rialtóir dearg agus taispeántar íomhá ordóg anuas ar an scáileán LCD:

while True:
  brick.light(Color.RED)
  brick.display.image(ImageFile.THUMBS_DOWN)

Fanaimid go dtí go n-áireofar an braiteoir dath gorm nó bán, socróimid dath an stiúir go glas, taispeáin íomhá “ordóga suas” ar an scáileán LCD agus tuairiscímid go bhfuil an gléas réidh le húsáid:

  while color_sensor.color() not in (Color.BLUE, Color.WHITE):
	
wait(10)
  brick.light(Color.GREEN)
  brick.display.image(ImageFile.THUMBS_UP)

Táimid ag fanacht leis an braiteoir tadhaill a bheith brúite, sannfaidh an luach uillinn 0 don braiteoir gyroscópach agus cuir tús le líníocht:

  while not touch_sensor.pressed():
	
wait(10)
  gyro_sensor.reset_angle(0)
  pen_holder_turn_to(15)
  pen_holder_lower()
  pen_holder_turn_to(30)
  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(45)
  pen_holder_lower()
  pen_holder_turn_to(60)

Ardaigh sealbhóir an phinn agus cuir ar ais go dtí a áit bhunaidh é:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

Is é seo an clár simplí atá cruthaithe againn. Agus anois táimid ag seoladh é agus ag féachaint ar an róbat dréachtaithe i ngníomh. 

Cad a sholáthraíonn samplaí dá leithéid?

Is uirlis gairmthreorach é EV3 do ghairmeacha STEM agus pointe iontrála i ngairmeacha innealtóireachta. Ós rud é gur féidir é a úsáid chun fadhbanna praiticiúla a réiteach, faigheann leanaí taithí ar fhorbairt theicniúil agus ar chruthú robots tionsclaíocha, foghlaimíonn siad conas fíor-chúinsí a insamhail, cláir a thuiscint agus anailís a dhéanamh ar halgartaim, agus máistreacht a fháil ar bhunghnéithe ríomhchlárú.

Déanann tacaíocht MicroPython an t-ardán EV3 oiriúnach do theagasc scoile ard. Is féidir le mic léinn triail a bhaint as mar ríomhchláraitheoirí i gceann de na nuatheangacha is coitianta, agus aithne a chur ar ghairmeacha a bhaineann le ríomhchlárú agus dearadh innealtóireachta. Léiríonn feisteáin EV3 nach bhfuil an códú scanrúil, ullmhaíonn tú do dhúshláin thromchúiseacha innealtóireachta, agus cabhraíonn sé leat an chéad chéim a ghlacadh i dtreo máistreacht a fháil ar scileanna teicniúla. Agus dóibh siúd a oibríonn i scoileanna agus a bhfuil baint acu le hoideachas, tá muid ullmhaithe cláir cheachtanna agus ábhair oideachais. Déanann siad cur síos go mion ar na scileanna a fhorbraítear agus tascanna áirithe á gcomhlíonadh acu, agus ar an gcaoi a mbaineann na scileanna a gnóthaíodh le caighdeáin oiliúna.

Foinse: will.com