लेगो माइंडस्टॉर्म एजुकेशन EV3 + माइक्रोपायथन: वयस्क भाषा में बच्चों के निर्माण सेट की प्रोग्रामिंग

नमस्ते, हबर! हम पहले से ही बताया लेगो माइंडस्टॉर्म एजुकेशन EV3 प्लेटफॉर्म के बारे में। इस मंच का मुख्य उद्देश्य व्यावहारिक उदाहरणों के माध्यम से सीखना, STEAM कौशल विकसित करना और इंजीनियरिंग मानसिकता विकसित करना है। इसका उपयोग यांत्रिकी और गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए प्रयोगशाला कार्य के लिए किया जा सकता है। लेगो ईंटों से बनी प्रयोगशाला बेंच और डेटा रिकॉर्डिंग और प्रसंस्करण के लिए उपयोगिताएँ प्रयोगों को और भी दिलचस्प और दृश्य बनाती हैं और बच्चों को भौतिकी को बेहतर ढंग से समझने में मदद करती हैं। उदाहरण के लिए, छात्र गलनांक डेटा एकत्र कर सकते हैं और इसे व्यवस्थित करने और ग्राफ़ में प्रस्तुत करने के लिए ऐप का उपयोग कर सकते हैं। लेकिन यह सिर्फ शुरुआत है: आज हम आपको बताएंगे कि इस सेट को माइक्रोपायथन प्रोग्रामिंग वातावरण के साथ कैसे पूरक किया जाए और रोबोटिक्स सिखाने के लिए इसका उपयोग कैसे किया जाए।

EV3 का उपयोग करके प्रोग्रामिंग सीखें

आधुनिक स्कूली बच्चे रंगीन परिणाम देखना चाहते हैं। हाँ, यदि प्रोग्राम कंसोल पर संख्याएँ प्रिंट करता है तो वे ऊब जाते हैं, और वे रंगीन ग्राफ़, आरेख देखना चाहते हैं और वास्तविक रोबोट बनाना चाहते हैं जो चलते हैं और आदेशों का पालन करते हैं। नियमित कोड भी बच्चों के लिए बहुत जटिल लगता है, इसलिए किसी आसान चीज़ से सीखना शुरू करना बेहतर है।

मूल EV3 प्रोग्रामिंग वातावरण लैबव्यू ग्राफिकल भाषा पर आधारित है और आपको रोबोट के लिए एल्गोरिदम को दृश्य रूप से निर्दिष्ट करने की अनुमति देता है: कमांड ब्लॉक के रूप में प्रस्तुत किए जाते हैं जिन्हें खींचा और कनेक्ट किया जा सकता है।

यह विधि अच्छी तरह से काम करती है जब आपको यह दिखाने की आवश्यकता होती है कि एल्गोरिदम कैसे बनाए जाते हैं, लेकिन यह बड़ी संख्या में ब्लॉक वाले प्रोग्राम के लिए उपयुक्त नहीं है। जैसे-जैसे परिदृश्य अधिक जटिल होते जाते हैं, कोड के साथ प्रोग्रामिंग की ओर बढ़ना आवश्यक हो जाता है, लेकिन बच्चों के लिए यह कदम उठाना कठिन है। 

यहां कुछ तरकीबें हैं, जिनमें से एक यह दिखाना है कि कोड ब्लॉक के समान ही काम करता है। EV3 वातावरण में, यह MicroPython एकीकरण के माध्यम से संभव है, इसलिए बच्चे बुनियादी ब्लॉक प्रोग्रामिंग वातावरण और Microsoft के विज़ुअल स्टूडियो कोड में Python दोनों में एक ही प्रोग्राम बना सकते हैं। वे देखते हैं कि दोनों विधियाँ समान रूप से काम करती हैं, लेकिन कोड का उपयोग करके जटिल समस्याओं को हल करना अधिक सुविधाजनक है।

माइक्रोपायथन पर स्विच करना

EV3 वातावरण ARM9 प्रोसेसर पर बनाया गया है, और डेवलपर्स ने जानबूझकर आर्किटेक्चर को खुला छोड़ दिया है। इस समाधान ने वैकल्पिक फ़र्मवेयर को रोल आउट करना संभव बना दिया, जिनमें से एक माइक्रोपायथन के साथ काम करने के लिए एक छवि थी। यह आपको अपने EV3 को प्रोग्राम करने के लिए पायथन का उपयोग करने की अनुमति देता है, जिससे किट वास्तविक जीवन के कार्यों के और भी करीब आ जाती है। 

आरंभ करने के लिए, आपको डाउनलोड करना होगा EV3 माइक्रोपायथन छवि किसी भी माइक्रोएसडी कार्ड पर, इसे EV3 माइक्रो कंप्यूटर में इंस्टॉल करें और चालू करें। फिर आपको इंस्टॉल करना होगा निःशुल्क विस्तार विजुअल स्टूडियो के लिए. और आप काम करना शुरू कर सकते हैं. 

MycroPython में पहला रोबोट प्रोग्रामिंग

हमारे पर ऑनलाइन रोबोटिक्स की बुनियादी अवधारणाओं में महारत हासिल करने के लिए कई पाठ हैं। EV3 मॉडल बच्चों को उन बुनियादी बातों से परिचित कराते हैं जिनका उपयोग सेल्फ-ड्राइविंग कारों, फैक्ट्री असेंबली रोबोट और सीएनसी मशीनों में किया जाता है। 

हम एक ड्राइंग मशीन का उदाहरण लेंगे, जिसे पैटर्न और ज्यामितीय आकृतियाँ बनाना सिखाया जा सकता है। यह मामला वयस्क वेल्डिंग या मिलिंग रोबोट का एक सरलीकृत संस्करण है और दिखाता है कि स्कूली बच्चों को पढ़ाने के लिए माइक्रोपायथन के साथ EV3 का उपयोग कैसे किया जा सकता है। और एक ड्राइंग मशीन पिताजी के लिए मुद्रित सर्किट बोर्ड में छेद चिह्नित कर सकती है, लेकिन यह एक और स्तर है जिसके लिए गणित की आवश्यकता होती है।

काम के लिए हमें आवश्यकता होगी:

• लेगो माइंडस्टॉर्म एजुकेशन EV3 कोर सेट; 
• चेकर पेपर की बड़ी शीट;
• रंगीन मार्कर. 

रोबोट की असेंबली स्वयं में है निर्देश, और हम एक प्रोग्रामिंग उदाहरण देखेंगे।

सबसे पहले हम EV3 मॉड्यूल लाइब्रेरी को आरंभ करते हैं:

#!/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

हमने एक प्लेटफ़ॉर्म स्थापित किया है जो पोर्ट बी में मोटर की तरह हैंडल को घुमाता है। हम क्रमशः 20-12-28 के दांतों की संख्या के साथ दो चरण वाली गियर ट्रेन का गियर अनुपात निर्धारित करते हैं।

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

हम पोर्ट सी में मोटर के रूप में हैंडल के लिए उठाने की व्यवस्था को कॉन्फ़िगर करते हैं:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

हम जाइरोस्कोप को कॉन्फ़िगर करते हैं, जो पोर्ट 2 में हैंडल के झुकाव के कोण को मापता है:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

हम पोर्ट 3 में रंग सेंसर को कॉन्फ़िगर करते हैं। सेंसर का उपयोग ड्राइंग मशीन के नीचे सफेद कागज का पता लगाने के लिए किया जाता है:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

हम पोर्ट 4 में टच सेंसर को कॉन्फ़िगर करते हैं। सेंसर दबाने पर रोबोट ड्राइंग शुरू कर देता है:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

हम उन कार्यों को परिभाषित करते हैं जो हैंडल को ऊपर और नीचे करते हैं:

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)

हम हैंडल को किसी दिए गए कोण या किसी निश्चित कोण पर घुमाने के लिए एक फ़ंक्शन को परिभाषित करते हैं:

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

यदि लक्ष्य कोण वर्तमान जाइरो सेंसर कोण से अधिक है, तो सकारात्मक गति के साथ दक्षिणावर्त जारी रखें:

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

यदि लक्ष्य कोण वर्तमान जाइरो सेंसर से कम है, तो वामावर्त घुमाएँ:

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

लक्ष्य कोण पर पहुंचने पर घूमने वाले प्लेटफ़ॉर्म को रोकें:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

हैंडल की प्रारंभिक स्थिति को ऊपरी स्थिति में सेट करें:

pen_holder_raise()

अब प्रोग्राम का मुख्य भाग आता है - एक अंतहीन लूप। EV3 सबसे पहले रंग सेंसर द्वारा सफेद कागज या नीले स्टार्ट स्क्वायर का पता लगाने और टच सेंसर के दबाए जाने का इंतजार करता है। फिर वह एक पैटर्न बनाता है, प्रारंभिक स्थिति में लौट आता है और सब कुछ फिर से दोहराता है।

जब डिवाइस तैयार नहीं होता है, तो नियंत्रक पर लगे एलईडी लाल हो जाते हैं और एलसीडी स्क्रीन पर "थम्स डाउन" छवि प्रदर्शित होती है:

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

हम तब तक प्रतीक्षा करते हैं जब तक कि रंग सेंसर नीले या सफेद की गिनती नहीं कर लेता, एलईडी रंग को हरा पर सेट करें, एलसीडी स्क्रीन पर "थम्स अप" छवि प्रदर्शित करें और रिपोर्ट करें कि डिवाइस उपयोग के लिए तैयार है:

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

हम टच सेंसर के दबाए जाने की प्रतीक्षा करते हैं, जाइरोस्कोपिक सेंसर को कोण मान 0 निर्दिष्ट करते हैं और ड्राइंग शुरू करते हैं:

  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)

पेन होल्डर को उठाएं और उसे उसकी मूल स्थिति में लौटा दें:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

यह हमारे द्वारा बनाया गया सरल प्रोग्राम है. और अब हम इसे लॉन्च करते हैं और ड्राफ्टिंग रोबोट को क्रियान्वित करते हुए देखते हैं। 

ऐसे उदाहरण क्या प्रदान करते हैं?

EV3 STEM करियर के लिए एक करियर मार्गदर्शन उपकरण और इंजीनियरिंग करियर में एक प्रवेश बिंदु है। चूँकि इसका उपयोग व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है, बच्चे तकनीकी विकास और औद्योगिक रोबोट के निर्माण में अनुभव प्राप्त करते हैं, वास्तविक स्थितियों का अनुकरण करना सीखते हैं, कार्यक्रमों को समझते हैं और एल्गोरिदम का विश्लेषण करते हैं, और बुनियादी प्रोग्रामिंग निर्माणों में महारत हासिल करते हैं।

माइक्रोपायथन समर्थन EV3 प्लेटफ़ॉर्म को हाई स्कूल शिक्षण के लिए उपयुक्त बनाता है। छात्र सबसे लोकप्रिय आधुनिक भाषाओं में से एक में प्रोग्रामर के रूप में खुद को आजमा सकते हैं, और प्रोग्रामिंग और इंजीनियरिंग डिजाइन से संबंधित व्यवसायों से परिचित हो सकते हैं। EV3 किट दिखाते हैं कि कोडिंग डरावनी नहीं है, आपको गंभीर इंजीनियरिंग चुनौतियों के लिए तैयार करते हैं, और तकनीकी कौशल में महारत हासिल करने की दिशा में पहला कदम उठाने में आपकी मदद करते हैं। और जो लोग स्कूलों में काम करते हैं और शिक्षा से जुड़े हैं, उनके लिए हमने तैयारी की है पाठ कार्यक्रम और शैक्षिक सामग्री. वे विस्तार से वर्णन करते हैं कि कुछ कार्य करते समय कौन से कौशल विकसित होते हैं, और अर्जित कौशल प्रशिक्षण मानकों से कैसे संबंधित होते हैं।

स्रोत: www.habr.com