kép – roboconstructor.ru
Egy jól ismert példázat azt mondja, hogy amikor egy fiatal anya gyermekkel a karjában a bölcshez fordult, és megkérdezte, hány évesen kezdje el utóda nevelését, az öreg azt válaszolta, hogy annyi évet késett, amennyit a gyerek már. . A jövőbeli hivatásválasztással is hasonló a helyzet. Nehéz megkövetelni egy babától a hajlamok, érdeklődési körök tudatosítását, de már a gimnáziumban elkezdődik mindenféle specializáció, és ekkor már jó lenne tudni, melyik irányba kell mozgatni a nagyra nőtt gyereket. Egy dolgot azonban már szinte biztosan tudunk, hogy a következő évtizedekben a szakmák 30-80%-a teljesen automatizált lesz.
A robotika, a kibernetika és az algoritmusok megértése olyan készségek összessége, amelyek birtokában az ember valószínűleg nem néz szembe ilyen homályos kilátásokkal. Persze nagy valószínűséggel a munkaerő robotokra cserélésével párhuzamosan kialakul a feltétel nélküli alapjövedelem fogalma is, de nem valószínű, hogy ilyen jövőt szeretne gyermekének.
Ma már sokféleképpen lehet gyorsan megmutatni a fiatal és érdeklődő közönségnek a programozás és a robotika alapjait. Mindegyik olcsó, meglehetősen könnyen megtanulható, és néhány órán belül megértheti az algoritmusok alapjait és a kibernetikus eszközök koncepcióit. De az osztálytermekben könnyen találkozhatunk ezeknek a platformoknak a hátrányaival - a kenyérdeszkák korlátozott kopásállóságával (és lássuk be, „idióta ellenállással”), a 11-12 éves gyerekek számára nem túl barátságos szoftveres interfészek, valamint a viszonylag kicsi „játék” elem.
Mindezekkel a hiányosságokkal több mint húsz éve küzd az oktatási készletek leghíresebb gyártója, a LEGO Education. Természetesen a MINDSTORMS Education EV3 platformról beszélünk. A 90-es évek elején gyártott Mindstorms RCX-től a legmodernebb MINDSTORMS Education EV3 komplexumig a platformképzés elve ugyanaz marad. Az alapja egy „intelligens tégla”, egy képernyővel és I/O portokkal rendelkező mikroszámítógép, amelyhez az összes többi komponens csatlakoztatva van. Mint minden robotrendszerben, a perifériás eszközöket érzékelőkre és effektorokra osztják. A robot szenzorok segítségével érzékeli a körülötte lévő világot, és az effektoroknak köszönhetően a programozott programnak megfelelően reagál rá. A platformelemeket egyszerű, forrasztás nélküli kábelekkel kötik össze, a mechanikai szerkezeteknek pedig csak a műanyag alkatrészek szilárdsága és a tervezők fantáziája szab határt.
Általánosságban átgondoltuk az ilyen megoldások lehetőségeit, de most részletesebben szeretnénk kitérni a LEGO MINDSTORMS Education EV3-ra.
EV3
A LEGO MINDSTORMS Education EV3 kompatibilis a Lego Technic alkatrészekkel. Ez azt jelenti, hogy a platform segítségével sokféle, sőt hihetetlen dizájn készíthető, az egyszerű „autóktól” és „robotkezektől” a bonyolult szállítószalagokig vagy akár a „Rubik-kockamegoldókig”. Gyakorlatilag bármely Lego Technic készlet felhasználható alkatrészforrásként projektekhez, és nem okoz gondot a sérült alkatrészek cseréje. Igen, nem néznek ki olyan brutálisan, mint a régi szovjet alumínium építőkészlet, de a gyakorlatban még a fémtermékeknél is erősebbek. Legalábbis az én 1993-ban indult gyűjteményemben még egyetlen törött alkatrészt sem tártak fel.
A MINDSTORMS Education EV3 Basic oktatási készlet 541 Lego Technic elemet tartalmaz. Megvásárolható speciális erőforráskészletként, mint pl (vagy a régebbi 9648, NXT-hez gyártották), vagy csak egy nagy típusú konstruktor (2800 rész) ill (majdnem 4000 rész), és miután eleget játszottunk a fő modellel, „téglaként” használjuk kibernetikai kísérletekhez. Az egy darab tekintetében a Lego itt nagyon megelőzi a többi készletet - darabonként csak 3-5 rubel.
Nos, ha valakinek van egy régi gyűjteménye, amely több tízezer alkatrészt tartalmaz, akkor egyáltalán nem kell aggódnia az erőforrások miatt.
Képernyőkép a Brickset szolgáltatásból (a Lego építőkészletek tulajdonosainak interaktív adatbázisa, amely lehetővé teszi különféle statisztikák gyűjtését) a szerzőtől
Ez azonban csak a „passzív” elemekre vonatkozik, például gerendákra, kerekekre vagy csatlakozócsapokra. A szenzorok és effektorok persze jóval drágábbak, de az alapkészletben bőven van belőlük. A Mindstorms EV3 három motorral (két nagyobb és erősebb és egy kompakt szervóval), egy pár érintésérzékelővel (egyfajta „okos” gomb), ultrahangos, giroszkópos és színérzékelőkkel érkezik (fényérzékelő módban is működik) . Ráadásul megmarad a kompatibilitás a Lego Education robotok előző generációjának, a Mindstorms NXT-nek az érzékelőivel (ide tartozik például egy zajszintérzékelő).
De térjünk vissza az „okos téglához”, a rendszer szívéhez. Ez valóban egy meglehetősen súlyos és terjedelmes „tégla”, amely 178x128-as monokróm LCD-képernyővel van felszerelve (nem csak a menü jelenik meg, hanem mindenféle egyedi kép is működés közben), változtatható háttérvilágítással. Szabványos RJ-12 csatlakozóval ellátott vezetékek segítségével érzékelők és effektorok csatlakoznak hozzá (minden típusból legfeljebb négy eszköz), van egy microSDHC-nyílás és egy USB-port.
Ez utóbbi mind maguknak a programoknak a letöltésére, mind a firmware frissítésére használható. A mikrokontroller azonban nincs megfosztva a vezeték nélküli interfészektől, ha szükséges, letölthet programokat Wi-Fi-n keresztül (külső modul szükséges) vagy Bluetooth-on (beépített). Illetve, ha távirányítós robotot szerelünk össze, akkor okostelefonról vagy táblagépről vezeték nélküli kommunikációval tudjuk „kormányozni”.
Az „okos tégla” belsejében egy 300 MHz-es ARM processzor, 16 megabájt állandó memória (és ezért hasznos a kártya) és 64 megabájt RAM lakik. Bármilyen szerénynek is tűnnek ezek a számok, több mint elég erő van még a legkiterjedtebb algoritmusok végrehajtásához is, amelyeket Ön, vagy még inkább egy tanulási folyamatban lévő gyermek meg tud írni. És ha összehasonlítjuk az előző generációs NXT 48 MHz-es processzorával, amely nemrégiben lett tíz éves, akkor az előrelépés meglehetősen szembetűnő. Nem mondható azonban, hogy az NXT észrevehetően lelassulna a tipikus problémák megoldásának folyamatában.
Ráadásul megjelent a negyedik motoros port is, ami már önmagában is jelentős funkcionalitásbővítés, ami indokolja a frissítést.
Az USB port most már támogatja a host módot, így nem csak Wi-Fi adaptert csatlakoztathat, hanem több EV3 blokkot is csatlakoztathat egyetlen összetett robotba. Igaz, a feladatok szintje teljesen „nem gyerekes” lesz.
Végül a MINDSTORMS Education EV3 akkumulátortámogatással is rendelkezik. Hat AA elem helyett a mellékelt lítium-ion akkumulátort helyezheti be két és fél amperórára. Természetesen senki sem tiltja az eneloop típusú AA akkumulátorok használatát, de a töltés miatti eltávolításuk miatt a használhatóság átlagon aluli. Egy pár eneloop készlet töltővel ára pedig egészen összemérhető egy márkás akkumulátoréval.
Ó, igen, van egy nagy, hangos hangszóró, ami most már nem csak a 8 bites korszak retró dallamait képes üvölteni, hanem kellemesebb hangokat is lejátszani.
Most nézzük meg az effektorokat az alapkészletből. Közülük kettő az NXT-ben már használthoz hasonló erős motor, hosszúkás szerkezetek, amelyek a belső reduktornak köszönhetően komoly nyomatékot fejlesztenek ki.
Abban az esetben, ha a motor blokkolva van, mechanikus tengelykapcsoló van biztosítva, amely csúszik, ha a súrlódás nagyobb, mint a számított, így elég nehéz a motort elégetni.
Van egy elfordulási szögérzékelő, amelynek felbontása egy fok (a motor megmondja a vezérlőnek, hogy a tengelye éppen milyen szögben van elforgatva), és képes pontosan szinkronizálni az összes csatlakoztatott motor forgását.
A harmadik, úgynevezett M-szervo hajtás (közepes motor) háromszor kisebb nyomatékot produkál, forgási sebessége viszont csaknem kétszerese.
Ami az érzékelőket illeti, nem kell korlátozódnia a LEGO Education által kínált érzékelőkre (bár ezek minden oktatási projektnél a tetőfokozatban vannak), számos külső cég gyárt kompatibilis és néha egészen egzotikus érzékelőket. A firmware forráskódja és a hardver specifikációi teljes mértékben .
Szoftver
Sokat beszéltünk már a hardverről, de valójában nem ez az egyetlen, ami meghatározza a robotika órák hatékonyságát. Ez a valóban intuitív szoftver jelenléte több platformon (Mac, PC, mobil eszközök) és a LEGO MINDSTORMS Education EV3-at a legjobb tanulási platformmá teszi, különösen az általános és középiskolák között, tíz éves gyermekek számára.
Alkalmazás üdvözlő képernyője iPaden
Az algoritmusok vizualizálása a natív LEGO MINDSTORMS Education EV3 szoftverben egyszerűen a legmagasabb szinten van - mindössze néhány perc alatt elég elsajátítani a logikai blokkok fő interakciótípusait (átmeneti feltételek, hurok stb.), majd fokozatosan növelni a a programok összetettsége. Természetesen több tucat különböző robotmodellhez vannak kész oktatási projektek, és ha szeretné, több ezer érdekes programot találhat az online közösségekben.
Példaprogram egy iPad alkalmazásban
A haladó felhasználók telepíthetik a LabVIEW-t vagy a RobotC-t – a LEGO MINDSTORMS Education EV3 „agya” teljes mértékben kompatibilis ezekkel a csomagokkal. Sajnos további átalakítás nélkül nem lehet régi projekteket exportálni NXT-re.
Oktatási szempontból sokkal nagyobb érdeklődésre tart számot . Lehetővé teszi, hogy elektronikus jegyzetfüzeteket tartson a diákok számára, aminek köszönhetően a tanár értékelheti egy adott diák sikerét az alkalmazás verziójából, és figyelemmel kísérheti fejlődését. Ráadásul nemcsak a szoftver fedélzetén elérhető oktatási anyagokat használhatja (amelyek közül sok van), hanem a beépített tartalomszerkesztővel sajátot is készíthet.
EV3 Tartalomszerkesztő oktatóvideók
Az asztali verzió egy adatrögzítő segédprogrammal is rendelkezik, amely a küszöbértékektől függően képes a grafikon területek programozására. Vagyis most egy tanár könnyedén be tudja mutatni a modern technológiák működését például egy okosotthonon belül.
Az EV3 mikroszámítógép valós időben gyűjti az adatokat a szenzoroktól, és a hőmérsékleti háttértől függően elindít egy vagy másik modellprogramot. Ha a hőmérséklet magas, a ventilátor bekapcsol, és amikor a hőmérséklet alacsony, a fűtés bekapcsol. A hallgatók képesek lesznek adatok rögzítésére és elemzésére, véglegesítve a modellt.
Adatnaplózás
Az „intelligens tégla” firmware nyitottsága már játszott szerepet: vannak alternatív lehetőségek, amelyek támogatják a legnépszerűbb programozási nyelveket (több tucat). Általánosságban elmondható, hogy az EV3 használata bármilyen, programozással kapcsolatos oktatási projekthez „csatolható”, hiszen kevés dolog olyan kellemes, mint az a lehetőség, hogy „hardveren” láthatjuk a saját algoritmusok munkáját.
Sokan arra számítanak, hogy ebben a történetben az ár lehet a buktató. Valójában az alapkészletért 29 900 rubelt kell fizetnie, valamint további 2 rubelt kell fizetnie a töltésért. Ez az összeg azonban tartalmazza a két diák kényelmes munkáját szolgáló alkatrészeket és elektronikát, valamint a teljes értékű alapszoftvert 500 kész tanórával (ami 48 januárja óta teljesen ingyenes magánszemélyek és szervezetek számára egyaránt). Természetesen a további felszerelések és küldetéskészletek növelhetik a költségeket, de az ésszerű határokon belül. Tehát egy készlet 2016 diák számára, amely tartalmazza az LME EV8 alap- és forráskészleteket, töltőket, szoftvereket és , ára 174 900. Elég elfogadható például egy kör felszereléséhez az iskolában.
Igen, észrevehetően drágább, mint az egyszerű Arduino-szerű platformok. De a lehetőségek és a részvétel szintje sokkal magasabb. Az EV3 alapú tananyag biztonságosan tervezhető az egész középiskolában és azon túl is. Ezenkívül a LEGO MINDSTORMS Education EV3 megfelelő használatával egyszerűen „túlél” néhány egyszerű készletet a mechanikai tulajdonságainak, a könnyű cserélhetőségnek és az alkatrészek rendelkezésre állásának köszönhetően (gyakorlatom szerint csak egy RJ-12 kábelt kellett cserélni a 10 év alatt) régi NXT).
Ennek eredményeként egy szinte nyílt forráskódú projektet látunk, amelyet egy óriáscég támogat, minden ilyen helyzetben szükséges bónuszokkal - hosszú életciklus, pótalkatrészek és bővítmények elérhetősége, hivatalos és amatőr útmutatók, fejlett közösség. A Mindstorms szinte szabványossá vált a nyugati oktatási robotika órákon gyerekeknek, és nagyon jó lenne látni, hogy széles körben alkalmazzák Oroszországban.
Az út kiválasztása
És most a fő dologhoz. A WeDo 2.0-s készletekkel ellentétben az EV3 a középiskolásoknak, tehát a nagyobb gyerekeknek szól, akik számára komolyabb a jövőbeli szakmaválasztás kérdése.
Az EV3 segítségével minden diák aktívabban felfedi azokat a képességeket, amelyek a természetből, a nevelésből és az oktatási folyamatból származnak.
Egy született matematikus szorosan figyelemmel kíséri a szenzorok telemetriáját, hogyan rögzíti pontosan a robot által megtett távolságot, hogyan rögzíti a szöget, amellyel eltér, és így tovább.
A leendő informatikus természetesen elmerül a robot programozásában, elemzi, milyen algoritmusok szerint mozog. És minden bizonnyal létrehozza a sajátját, amelyet a szabványos utasítások nem írnak elő.
A fizika iránt szenvedélyes gyerek képes lesz vizuális kísérleteket végezni egy robot segítségével, szerencsére a szenzorokkal nincs gond a készletekkel, ahogy a képzelőerővel sem.
Összességében, függetlenül attól, hogy milyen érdeklődési köre és kedvenc tantárgyai vannak gyermeke számára az iskolában, a MINDSTORMS EV3 készletekkel való tanulás lehetővé teszi, hogy a jövőben jobban kiemeljék és a fejlődésére összpontosítsanak.
Az életben
Jelenleg a cég megoldásait már használják a hallgatók érdekes projektek létrehozására, mind különböző versenyek részeként, mind általános fejlesztési célokra. Idén többről is írt a média.
Ruslan Kazimov és Mikhail Gladyshev asztraháni iskolások, akik a regionális technológiai parkban élnek, robotszimulátort fejlesztettek ki a kézízületek rehabilitációjára.
fotó - rg.ru
A nyolcadikosok valamivel kevesebb, mint két hónapot töltöttek a szimulátor fejlesztésével. Projektjüket a IX. Össz-Oroszország tudományos és innovatív projektek versenyének regionális szakaszán mutatták be a déli szövetségi körzetben, ahol második helyezést értek el. A jövőben egy ipari prototípus elkészítését tervezik – egyelőre csak a LEGO MINDSTORMS Education EV3 oktatási robotkészletből készült prototípust kínálják a fejlesztők.
A készülék megkettőzi az orvos által végzett mozgásokat - az ízületek elkezdenek működni, ezáltal nem csak azok, hanem az izomcsoportok mobilitását is helyreállítják. Amíg az eszközök Bluetooth-on keresztül csatlakoznak, a jövőben az interneten vagy Wi-Fi-n keresztül fognak kommunikálni.
A piacon vannak egy ilyen eszköz analógjai, de az Astrakhan eszköz egyidejűleg működhet a váll-, csukló- és könyökízületekkel. Ezenkívül hordozható és akkumulátorral működik. Lehetőség van távirányításra is, vagyis otthonról elhagyása nélkül edzhet a páciens.
A World Robotics Olympiad 2015-ön (WRO 2015) a szentpétervári DRL orosz csapatot a LEGO Education kreativitásáért különdíjjal jutalmazták (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Az orosz DRL csapat bemutatta a CaveBot projektet. A szentpétervári srácok Szergej Filippov edző irányítása alatt egyedi robotkutatót készítettek, hogy felfedezzék a barlangok feltáratlan területeit. A fejlesztés különböző tudományterületekre terjed ki, hiszen az egyedülálló robot változó komplexitású feladatok elvégzését teszi lehetővé.
A csapat különböző szenzorokkal felszerelt mászórobotot épített, hogy észlelje a tárgyakat a későbbi felderítéshez. A kapott adatokból számítógépen 3D modellek készíthetők.
És a 13 éves Shubham Banerjee alkotott LEGO darabokból készült Braille-írás iskolai tudományos projekthez. Később családja közreműködésével egy startup jött létre a találmány elindítására, amely anyagi támogatást kapott az Intel technológiai vállalattól.
(Fotó: Marcio Jose Sanchez, AP)
A nyomtató létrehozásának ötlete Shubhamnél azután támadt, hogy az interneten kutatta a Braille-írást. A diák felismerve, hogy az érintéses gépelés nyomtatói 2,000 dollárba és feljebb kerülnek, úgy döntött, hogy elkészít egy olcsóbb verziót.
Nem sokkal a találmány után a vak gyerekek és szüleik egyetlen kéréssel fordultak Shubhamhez – hogy készítsenek egy olcsó Braille-nyomtatót, és megígérték, hogy "megveszik a polcról".
Mint látható, a MINDSTORMS Education EV3 használata a tanulási folyamatban lehetővé teszi, hogy a hallgatók maximálisan kihasználják fantáziájukat, és egyre több új mechanizmust hoznak létre, amelyek nemcsak az ötletek megvalósítását vagy a kísérletek vizuális lebonyolítását segítik elő, hanem elkezdenek dönteni leendő szakmájukat.
Ha kérdése van ezeknek a megoldásoknak az oktatási folyamatban való használatával kapcsolatban (vagy magukkal a termékekkel kapcsolatban), írja meg a megjegyzésekben.
Forrás: will.com