LEGO માઇન્ડસ્ટોર્મ્સ એજ્યુકેશન EV3 + MicroPython: પુખ્ત વયની ભાષામાં બાળકોના બાંધકામના સેટનું પ્રોગ્રામિંગ

હેલો, હેબ્ર! અમે પહેલેથી જ કહ્યું LEGO MINDSTORMS Education EV3 પ્લેટફોર્મ વિશે. આ પ્લેટફોર્મના મુખ્ય ઉદ્દેશ્યો વ્યવહારુ ઉદાહરણો દ્વારા શીખવા, STEAM કૌશલ્યો વિકસાવવા અને એન્જિનિયરિંગ માનસિકતા વિકસાવવાના છે. તેનો ઉપયોગ મિકેનિક્સ અને ડાયનેમિક્સનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રયોગશાળાના કાર્ય માટે થઈ શકે છે. LEGO ઇંટોમાંથી બનાવેલ લેબોરેટરી બેન્ચ અને ડેટા રેકોર્ડિંગ અને પ્રોસેસિંગ માટે ઉપયોગિતાઓ પ્રયોગોને વધુ રસપ્રદ અને દ્રશ્ય બનાવે છે અને બાળકોને ભૌતિકશાસ્ત્રને વધુ સારી રીતે સમજવામાં મદદ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, વિદ્યાર્થીઓ મેલ્ટિંગ પોઈન્ટ ડેટા એકત્રિત કરી શકે છે અને તેને ગોઠવવા માટે એપ્લિકેશનનો ઉપયોગ કરી શકે છે અને તેને ગ્રાફમાં રજૂ કરી શકે છે. પરંતુ આ તો માત્ર શરૂઆત છે: આજે અમે તમને જણાવીશું કે આ સેટને MicroPython પ્રોગ્રામિંગ એન્વાયર્નમેન્ટ સાથે કેવી રીતે પૂરક બનાવી શકાય અને તેનો ઉપયોગ રોબોટિક્સ શીખવવા માટે કેવી રીતે કરવો.

EV3 નો ઉપયોગ કરીને પ્રોગ્રામિંગ શીખો

આધુનિક શાળાના બાળકો રંગીન પરિણામો જોવા માંગે છે. હા, તેઓ કંટાળી ગયા છે જો પ્રોગ્રામ કન્સોલ પર નંબરો છાપે છે, અને તેઓ કલર ગ્રાફ, આકૃતિઓ જોવા અને વાસ્તવિક રોબોટ્સ બનાવવા માંગે છે જે આદેશોને ખસેડે છે અને અનુસરે છે. નિયમિત કોડ પણ બાળકો માટે ખૂબ જટિલ લાગે છે, તેથી કંઈક સરળ સાથે શીખવાનું શરૂ કરવું વધુ સારું છે.

મૂળભૂત EV3 પ્રોગ્રામિંગ એન્વાયર્નમેન્ટ LabVIEW ગ્રાફિકલ લેંગ્વેજ પર આધારિત છે અને તમને રોબોટ માટે એલ્ગોરિધમ્સ દૃષ્ટિની રીતે સ્પષ્ટ કરવાની મંજૂરી આપે છે: આદેશો બ્લોક્સના સ્વરૂપમાં રજૂ કરવામાં આવે છે જેને ખેંચીને કનેક્ટ કરી શકાય છે.

જ્યારે તમને એલ્ગોરિધમ્સ કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે તે બતાવવાની જરૂર હોય ત્યારે આ પદ્ધતિ સારી રીતે કાર્ય કરે છે, પરંતુ તે મોટી સંખ્યામાં બ્લોક્સવાળા પ્રોગ્રામ્સ માટે યોગ્ય નથી. જેમ જેમ દૃશ્યો વધુ જટિલ બનતા જાય છે, તેમ કોડ સાથે પ્રોગ્રામિંગમાં જવું જરૂરી છે, પરંતુ બાળકો માટે આ પગલું લેવું મુશ્કેલ છે. 

અહીં કેટલીક યુક્તિઓ છે, જેમાંથી એક એ બતાવવાનું છે કે કોડ બ્લોક્સની જેમ જ કરે છે. EV3 પર્યાવરણમાં, માઇક્રોપાયથોન એકીકરણ દ્વારા આ શક્ય છે, જેથી બાળકો મૂળભૂત બ્લોક પ્રોગ્રામિંગ પર્યાવરણ અને માઇક્રોસોફ્ટના વિઝ્યુઅલ સ્ટુડિયો કોડમાં પાયથોન બંનેમાં સમાન પ્રોગ્રામ બનાવી શકે છે. તેઓ જુએ છે કે બંને પદ્ધતિઓ સમાન કાર્ય કરે છે, પરંતુ કોડનો ઉપયોગ કરીને જટિલ સમસ્યાઓ હલ કરવી વધુ અનુકૂળ છે.

MicroPython પર સ્વિચ કરી રહ્યાં છીએ

EV3 પર્યાવરણ ARM9 પ્રોસેસર પર બનેલ છે, અને વિકાસકર્તાઓએ જાણી જોઈને આર્કિટેક્ચર ખુલ્લું છોડી દીધું છે. આ સોલ્યુશનથી અમને વૈકલ્પિક ફર્મવેર રોલ આઉટ કરવાની મંજૂરી મળી, જેમાંથી એક માઇક્રોપાયથોન સાથે કામ કરવા માટેની છબી હતી. તે તમને EV3 ને પ્રોગ્રામ કરવા માટે પાયથોનનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે કીટ સાથે કામ કરવાનું વાસ્તવિક જીવનના કાર્યોની વધુ નજીક બનાવે છે. 

પ્રારંભ કરવા માટે, તમારે ડાઉનલોડ કરવાની જરૂર છે EV3 MicroPython છબી કોઈપણ માઇક્રોએસડી કાર્ડ પર, તેને EV3 માઇક્રોકોમ્પ્યુટરમાં ઇન્સ્ટોલ કરો અને તેને ચાલુ કરો. પછી તમારે ઇન્સ્ટોલ કરવાની જરૂર છે મફત વિસ્તરણ વિઝ્યુઅલ સ્ટુડિયો માટે. અને તમે કામ કરવાનું શરૂ કરી શકો છો. 

MycroPython માં પ્રથમ રોબોટ પ્રોગ્રામિંગ

અમારા પર સાઇટ રોબોટિક્સના મૂળભૂત ખ્યાલોમાં નિપુણતા મેળવવા માટે ઘણા પાઠ છે. EV3 મૉડલ્સ બાળકોને મૂળભૂત બાબતોનો પરિચય કરાવે છે જેનો ઉપયોગ સ્વ-ડ્રાઇવિંગ કાર, ફેક્ટરી એસેમ્બલી રોબોટ્સ અને CNC મશીનોમાં થાય છે. 

અમે ડ્રોઈંગ મશીનનું ઉદાહરણ લઈશું, જેને પેટર્ન અને ભૌમિતિક આકારો દોરવાનું શીખવી શકાય છે. આ કેસ પુખ્ત વેલ્ડીંગ અથવા મિલિંગ રોબોટ્સનું એક સરળ સંસ્કરણ છે અને બતાવે છે કે શાળાના બાળકોને શીખવવા માટે માઇક્રોપાયથોન સાથે જોડાણમાં EV3 નો ઉપયોગ કેવી રીતે કરી શકાય છે. અને ડ્રોઇંગ મશીન પિતા માટે પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડમાં છિદ્રો ચિહ્નિત કરી શકે છે, પરંતુ તે એક બીજું સ્તર છે જેમાં ગણિતની જરૂર છે.

કામ માટે અમને જરૂર છે:

• LEGO MINDSTORMS શિક્ષણ EV3 કોર સેટ; 
• ચેકર્ડ કાગળની મોટી શીટ;
• રંગીન માર્કર્સ. 

રોબોટની એસેમ્બલી પોતે જ છે સૂચનો, અને અમે પ્રોગ્રામિંગ ઉદાહરણ જોઈશું.

પ્રથમ આપણે EV3 મોડ્યુલ લાઇબ્રેરીને પ્રારંભ કરીએ છીએ:

#!/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

અમે એક પ્લેટફોર્મ સેટ કર્યું છે જે પોર્ટ B માં હેન્ડલને મોટરની જેમ ફેરવે છે. અમે અનુક્રમે 20-12-28ના દાંત સાથે બે-સ્ટેજ ગિયર ટ્રેનનો ગિયર રેશિયો સેટ કર્યો છે.

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

અમે હેન્ડલ માટે લિફ્ટિંગ મિકેનિઝમને પોર્ટ C માં મોટર તરીકે ગોઠવીએ છીએ:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

અમે જીરોસ્કોપને ગોઠવીએ છીએ, જે પોર્ટ 2 માં હેન્ડલના ઝોકના કોણને માપે છે:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

અમે પોર્ટ 3 માં કલર સેન્સર ગોઠવીએ છીએ. સેન્સરનો ઉપયોગ ડ્રોઇંગ મશીન હેઠળ સફેદ કાગળ શોધવા માટે થાય છે:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

અમે ટચ સેન્સરને પોર્ટ 4 માં ગોઠવીએ છીએ. જ્યારે સેન્સર દબાવવામાં આવે ત્યારે રોબોટ દોરવાનું શરૂ કરે છે:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

અમે એવા કાર્યોને વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ જે હેન્ડલને વધારે છે અને ઘટાડે છે:

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)

અમે હેન્ડલને આપેલ કોણ અથવા ચોક્કસ ખૂણા પર ફેરવવા માટે ફંક્શનને વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ:

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

જો લક્ષ્ય કોણ વર્તમાન ગાયરો સેન્સર કોણ કરતા વધારે હોય, તો હકારાત્મક ગતિ સાથે ઘડિયાળની દિશામાં ચાલુ રાખો:

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

જો લક્ષ્ય કોણ વર્તમાન ગાયરો સેન્સર કરતા ઓછું હોય, તો પછી ઘડિયાળની વિરુદ્ધ દિશામાં ખસેડો:

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

જ્યારે લક્ષ્ય કોણ પહોંચી જાય ત્યારે ફરતા પ્લેટફોર્મને રોકો:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

ઉપલા સ્થાને હેન્ડલની પ્રારંભિક સ્થિતિ સેટ કરો:

pen_holder_raise()

હવે પ્રોગ્રામનો મુખ્ય ભાગ આવે છે - એક અનંત લૂપ. EV3 સૌપ્રથમ કલર સેન્સર સફેદ કાગળ અથવા વાદળી સ્ટાર્ટ સ્ક્વેર શોધવા માટે અને ટચ સેન્સરને દબાવવાની રાહ જુએ છે. પછી તે એક પેટર્ન દોરે છે, પ્રારંભિક સ્થિતિ પર પાછા ફરે છે અને ફરીથી બધું પુનરાવર્તન કરે છે.

જ્યારે ઉપકરણ તૈયાર ન હોય, ત્યારે નિયંત્રક પરના એલઈડી લાલ થઈ જાય છે અને એલસીડી સ્ક્રીન પર "થમ્બ્સ ડાઉન" છબી પ્રદર્શિત થાય છે:

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

કલર સેન્સર વાદળી કે સફેદ ગણાય ત્યાં સુધી અમે રાહ જોઈએ છીએ, LED રંગને લીલા પર સેટ કરીએ છીએ, LCD સ્ક્રીન પર "થમ્બ્સ અપ" ઇમેજ પ્રદર્શિત કરીએ છીએ અને જાણ કરીએ છીએ કે ઉપકરણ ઉપયોગ માટે તૈયાર છે:

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

અમે ટચ સેન્સરને દબાવવાની રાહ જોઈએ છીએ, ગાયરોસ્કોપિક સેન્સરને કોણ મૂલ્ય 0 સોંપીએ છીએ અને દોરવાનું શરૂ કરીએ છીએ:

  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)

પેન ધારકને ઉભા કરો અને તેને તેની મૂળ સ્થિતિ પર પાછા ફરો:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

આ અમે બનાવેલ સરળ પ્રોગ્રામ છે. અને હવે અમે તેને લોન્ચ કરીએ છીએ અને ડ્રાફ્ટિંગ રોબોટને ક્રિયામાં જોઈએ છીએ. 

આવા ઉદાહરણો શું આપે છે?

EV3 એ STEM કારકિર્દી માટે કારકિર્દી માર્ગદર્શન સાધન છે અને એન્જિનિયરિંગ કારકિર્દીમાં પ્રવેશ બિંદુ છે. તેનો ઉપયોગ વ્યવહારિક સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે થઈ શકે છે, તેથી બાળકો ટેકનિકલ વિકાસ અને ઔદ્યોગિક રોબોટ્સ બનાવવાનો અનુભવ મેળવે છે, વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓનું અનુકરણ કરવાનું શીખે છે, પ્રોગ્રામ્સ સમજે છે અને અલ્ગોરિધમ્સનું વિશ્લેષણ કરે છે અને મૂળભૂત પ્રોગ્રામિંગ રચનાઓમાં માસ્ટરી કરે છે.

MicroPython સપોર્ટ EV3 પ્લેટફોર્મને હાઇ સ્કૂલના શિક્ષણ માટે યોગ્ય બનાવે છે. વિદ્યાર્થીઓ સૌથી વધુ લોકપ્રિય આધુનિક ભાષાઓમાંની એકમાં પ્રોગ્રામર તરીકે પોતાને અજમાવી શકે છે અને પ્રોગ્રામિંગ અને એન્જિનિયરિંગ ડિઝાઇન સાથે સંબંધિત વ્યવસાયોથી પરિચિત થઈ શકે છે. EV3 કિટ્સ દર્શાવે છે કે કોડિંગ ડરામણી નથી, તમને ગંભીર એન્જિનિયરિંગ પડકારો માટે તૈયાર કરે છે અને ટેકનિકલ કૌશલ્યોમાં નિપુણતા તરફ પ્રથમ પગલું ભરવામાં તમારી મદદ કરે છે. અને જેઓ શાળાઓમાં કામ કરે છે અને શિક્ષણ સાથે સંકળાયેલા છે તેમના માટે અમે તૈયારી કરી છે પાઠ કાર્યક્રમો અને શૈક્ષણિક સામગ્રી. તેઓ વિગતવાર વર્ણન કરે છે કે અમુક કાર્યો કરતી વખતે કઈ કૌશલ્યો વિકસાવવામાં આવે છે અને કેવી રીતે હસ્તગત કૌશલ્યો તાલીમ ધોરણો સાથે સંબંધિત છે.

સોર્સ: www.habr.com