LEGO MINDSTORMS Education EV3 בהדרכת קריירה

תמונה - roboconstructor.ru

משל ידוע אומר שכאשר אמא צעירה עם ילד בזרועותיה פנתה לחכם ושאלה באיזה גיל היא צריכה להתחיל לגדל את צאצאיה, השיב הזקן שהיא מאחרת בכמה שנים שהילד כבר איחר. . המצב בבחירת ייעוד עתידי הוא די דומה. קשה לדרוש מתינוק מודעות לנטיות ולתחומי עניין, אבל כבר בתיכון מתחילות כל מיני התמחויות, ובזמן הזה יהיה נחמד לדעת כבר לאיזה כיוון להזיז את הילד הבוגר. אבל דבר אחד שאנחנו כבר יודעים כמעט בוודאות הוא שבמהלך העשורים הבאים, בין 30 ל-80% מהמקצועות יהיו אוטומטיים לחלוטין.

רובוטיקה, קיברנטיקה והבנת אלגוריתמים הם קבוצה של מיומנויות שבעזרתה, קרוב לוודאי, אדם לא יתמודד עם סיכויים כה מעורפלים. כמובן שסביר להניח שבמקביל להחלפת כוח העבודה ברובוטים יתפתח גם הרעיון של הכנסה בסיסית ללא תנאי, אבל לא סביר שתרצו עתיד כזה לילדכם.

יש כיום דרכים רבות להראות לקהל צעיר ומתעניין במהירות את היסודות של תכנות ורובוטיקה. כולם זולים, קלים למדי ללמידה, ותוך מספר שעות מספקים הבנה של היסודות של אלגוריתמים ומושגים של מכשירים קיברנטיים. אבל בכיתות קל להיתקל בחסרונות של הפלטפורמות הללו - התנגדות שחיקה מוגבלת (ובואו נודה בזה, גם "התנגדות לאדיוטים") של לוחות לחם, ממשקי תוכנה שאינם ידידותיים במיוחד לילדים בגילאי 11-12, וממשק קטן יחסית. אלמנט "משחק".

היצרנית המפורסמת ביותר של ערכות חינוך, LEGO Education, נאבקת עם כל החסרונות הללו כבר יותר מעשרים שנה. אנחנו, כמובן, מדברים על פלטפורמת MINDSTORMS Education EV3. מ-Mindstorms RCX שהופק בתחילת שנות ה-90 ועד למתחם ה-MINDSTORMS Education EV3 המודרני ביותר, עקרון יצירת הפלטפורמה נשאר זהה. הוא מבוסס על "לבנה חכמה", מיקרו מחשב עם מסך ויציאות I/O שאליהם מחוברים כל שאר הרכיבים. כמו בכל מערכת רובוטית, התקנים היקפיים מחולקים לחיישנים ואפקטורים. בעזרת חיישנים הרובוט קולט את העולם הסובב אותו, ובזכות אפקטורים הוא מגיב אליו בהתאם לתוכנית המתוכנתת. רכיבי הפלטפורמה מחוברים יחד בכבלים פשוטים ללא הלחמה, והמבנים המכניים מוגבלים רק על ידי חוזקם של חלקי הפלסטיק והדמיון של המעצבים.

בפוסט הקודם שקלנו את האפשרויות של פתרונות כאלה באופן כללי, אבל עכשיו אנחנו רוצים להתעכב ביתר פירוט על LEGO MINDSTORMS Education EV3.

EV3

LEGO MINDSTORMS Education EV3 נעשה תואם לחלקי Lego Technic. המשמעות היא שניתן להשתמש בפלטפורמה ליצירת מגוון רחב של עיצובים ואפילו מדהימים, מ"מכוניות" פשוטות ו"ידיים רובוטיות" ועד מסועים מורכבים או אפילו "פותרי הקוביות של רוביק". כמעט כל סט לגו טכני יכול לשמש כמקור חלקים לפרויקטים, ולא תהיה בעיה להחליף חלקי חילוף פגומים. כן, הם לא נראים אכזריים כמו ערכת הבנייה הסובייטית הישנה מאלומיניום, אבל בפועל הם מתגלים חזקים אפילו יותר ממוצרי מתכת. לפחות באוסף שלי, שהחל ב-1993, עדיין לא התגלה ולו חלק אחד שבור.

הסט החינוכי הבסיסי של MINDSTORMS Education EV3 מגיע עם 541 חלקים של Lego Technic. ניתן לרכוש כסט משאבים מיוחד כמו 45560 (או ה-9648 הישן יותר, מיוצר עבור NXT), או סתם בנאי מסוג גדול 42043 (2800 חלקים) או 42055 (כמעט 4000 חלקים), ולאחר ששיחקתי מספיק עם המודל הראשי, השתמש בו בתור "לבנים" לניסויים קיברנטיים. במונחים של חתיכה אחת, לגו מקדימה כאן מאוד סטים אחרים - רק 3-5 רובל לחתיכה.

ובכן, אם למישהו יש אוסף ישן הכולל עשרות אלפי חלקים, אז לא תצטרכו לדאוג למשאבים בכלל.

צילום מסך משירות Bricket (מסד נתונים אינטראקטיבי לבעלי ערכות בנייה לגו המאפשר לאסוף מגוון סטטיסטיקות) מאת המחבר

עם זאת, זה חל רק על אלמנטים "פאסיביים" כגון קורות, גלגלים או פינים מחברים. חיישנים ואפקטורים, כמובן, יקרים הרבה יותר, אבל יש די והותר מהם בערכה הבסיסית. Mindstorms EV3 מגיע עם שלושה מנועים (שניים גדולים וחזקים יותר וסרוו קומפקטי אחד), זוג חיישני מגע (מעין כפתורים "חכמים"), חיישנים קוליים, ג'ירוסקופיים וצבעוניים (הוא יכול לעבוד גם במצב חיישן אור) . בנוסף, נשמרת תאימות לחיישנים מהדור הקודם של רובוטים לגו חינוך, Mindstorms NXT (זה כולל, למשל, חיישן רמת רעש).

אבל בואו נחזור ל"לבנה החכמה", לב המערכת. זו אכן "לבנה" כבדת משקל ונפח, המצוידת במסך LCD מונוכרום בגודל 178x128 (לא רק התפריט מוצג בו, אלא גם כל מיני תמונות מותאמות אישית במהלך הפעולה) עם צבע תאורה אחורית שניתן לשינוי. באמצעות חוטים עם מחבר RJ-12 סטנדרטי, מחוברים אליו חיישנים ואפקטורים (עד ארבעה מכשירים מכל סוג), יש חריץ ל-microSDHC ויציאת USB.

זה האחרון יכול לשמש הן להורדת התוכניות עצמן והן לעדכון הקושחה. עם זאת, המיקרו-בקר אינו משולל ממשקים אלחוטיים; אם תרצה, אתה יכול להוריד תוכניות באמצעות Wi-Fi (דורש מודול חיצוני) או Bluetooth (מובנה). כמו כן, אם אנו מרכיבים רובוט נשלט מרחוק, נוכל "לנווט" אותו באמצעות תקשורת אלחוטית מסמארטפון או טאבלט.

בתוך ה"לבנה החכמה" מתגורר מעבד ARM של 300 מגה-הרץ, 16 מגה-בייט של זיכרון קבוע (ובגלל זה הכרטיס שימושי) ו-64 מגה-בייט של זיכרון RAM. לא משנה כמה צנועים המספרים האלה עשויים להיראות, יש די והותר כוח לבצע אפילו את האלגוריתמים הנרחבים ביותר שאתה, או אפילו יותר ילד בתהליך הלמידה, יכול לכתוב. ואם משווים אותו למעבד 48 מגה-הרץ של הדור הקודם NXT, שמלאו לאחרונה עשר שנים, ההתקדמות ניכרת למדי. עם זאת, לא ניתן לומר ש-NXT מאט באופן ניכר בתהליך פתרון בעיות טיפוסיות.

בנוסף, הופיעה יציאה רביעית למנועים, שהיא כשלעצמה הרחבה משמעותית של הפונקציונליות שמצדיקה את השדרוג.

יציאת ה-USB תומכת כעת במצב מארח, זה מאפשר לך לא רק לחבר מתאם Wi-Fi, אלא גם לחבר מספר בלוקים של EV3 לרובוט מורכב אחד. נכון, רמת המשימות הופכת לגמרי "לא ילדותית".

לבסוף, ל-MINDSTORMS Education EV3 יש כעת תמיכה בסוללה. במקום שש סוללות AA, ניתן להתקין את סוללת הליתיום-יון המצורפת למשך שעתיים וחצי אמפר. כמובן, אף אחד לא אוסר על שימוש בסוללות AA מסוג eneloop, אבל הצורך להסיר אותן לטעינה הופך את השימושיות מתחת לממוצע. והמחיר של זוג ערכות eneloop עם מטען די דומה לסוללה ממותגת.

אה כן, יש רמקול גדול ורם שיכול עכשיו לא רק לצרוח מנגינות רטרו מתקופת ה-8 ביט, אלא גם לנגן צלילים נעימים יותר.

עכשיו בואו נסתכל על האפקטורים מהסט הבסיסי. שניים מהם מנועים חזקים הדומים לאלו שכבר משתמשים בהם ב-NXT, מכשירים מאורכים המפתחים מומנט רציני הודות להילוך הפחתה פנימי.

במקרה שהמנוע חסום, מסופק מצמד מכני, שמתחיל להחליק אם החיכוך גדול מזה המחושב, כך שדי קשה לשרוף את המנוע.
יש חיישן זווית סיבוב ברזולוציה של מעלה אחת (המנוע אומר לבקר באיזו זווית הציר שלו מסובב כרגע) ויכולת לסנכרן במדויק את הסיבוב של כל המנועים המחוברים.

הכונן השלישי, שנקרא M-servo (מנוע בגודל בינוני) מייצר פי שלושה פחות מומנט, אך מהירות הסיבוב שלו גבוהה כמעט פי שניים.

לגבי חיישנים, אתה לא באמת צריך להגביל את עצמך לאלה שמציעה LEGO Education (למרות שהם נמצאים דרך הגג עבור כל פרויקט חינוכי), מספר חברות צד שלישי מייצרות חיישנים תואמים ולעיתים די אקזוטיים. קוד מקור קושחה ומפרטי החומרה במלואם לִפְתוֹחַ.

תוכנה

דיברנו הרבה על חומרה, אבל למעשה, זה לא הדבר היחיד שקובע את האפקטיביות של שיעורי רובוטיקה. זוהי הנוכחות של תוכנה אינטואיטיבית באמת על מספר פלטפורמות (Mac, PC, מכשירים ניידים) ו תוכניות לימודים מוכנות הופך את LEGO MINDSTORMS Education EV3 לפלטפורמת הבחירה ללמידה, במיוחד בין בית ספר יסודי לתיכון, לילדים בגילאי עשר.

מסך פתיחה של האפליקציה באייפד

ויזואליזציה של אלגוריתמים בתוכנת LEGO MINDSTORMS Education EV3 המקורית היא פשוט ברמה הגבוהה ביותר - תוך דקות ספורות זה מספיק כדי לשלוט בסוגי האינטראקציה העיקריים של בלוקים לוגיים (תנאי מעבר, לולאה וכו') ואז להגדיל בהדרגה את מורכבות של תוכניות. כמובן, ישנם פרויקטים חינוכיים מוכנים לעשרות דגמים שונים של רובוטים, ואם תרצו, תוכלו למצוא אלפי תוכניות מעניינות בקהילות מקוונות.

תוכנית לדוגמה באפליקציית אייפד

משתמשים מתקדמים יכולים להתקין LabVIEW או RobotC - ה"מוח" של LEGO MINDSTORMS Education EV3 תואם באופן מלא לחבילות אלו. למרבה הצער, לא ניתן יהיה לייצא פרויקטים ישנים עבור NXT ללא המרה נוספת.

מנקודת מבט חינוכית, יש לזה עניין הרבה יותר גרסת תוכנת שולחן העבודה. הוא מאפשר לשמור מחברות אלקטרוניות לתלמידים, שבזכותן המורה יכול להעריך את הצלחתו של תלמיד מסוים מהגרסה שלו לאפליקציה ולעקוב אחר התקדמותו. בנוסף, אתה יכול להשתמש לא רק בחומרים החינוכיים הזמינים על גבי התוכנה (שיש הרבה מהם), אלא גם ליצור משלך באמצעות עורך התוכן המובנה.

סרטוני הדרכה של EV3 Content Editor

לגרסת שולחן העבודה יש ​​גם כלי עזר להקלטת נתונים עם יכולת לתכנת אזורי גרפים בהתאם לערכי סף. כלומר, כעת מורה יכול להדגים בקלות את פעולתן של טכנולוגיות חדישות בתוך בית חכם, למשל.

המיקרו-מחשב EV3 יאסוף נתונים מחיישנים בזמן אמת, ובהתאם לרקע הטמפרטורה, יפעיל תוכנית דגם כזו או אחרת. כאשר הטמפרטורה גבוהה, המאוורר נדלק, וכאשר הטמפרטורה נמוכה, המחמם נדלק. והתלמידים יוכלו להקליט ולנתח נתונים, ולסיים את המודל.

רישום נתונים

הפתיחות של הקושחה "לבנה חכמה" כבר מילאה את תפקידה: יש אפשרויות חלופיות התומכות ברוב שפות התכנות הפופולריות (עשרות מהן). בגדול, ניתן "לצרף" את השימוש ב-EV3 לכל פרויקט חינוכי הקשור לתכנות, מכיוון שמעט דברים משמחים כמו ההזדמנות לראות את עבודת האלגוריתמים של האדם עצמו "בחומרה".

רבים מצפים שאבן הנגף בסיפור הזה עשויה להיות המחיר. ואכן, עבור הסט הבסיסי תצטרך לשלם 29 רובל, ועוד 900 עבור טעינה. עם זאת, סכום זה כולל חלקים ואלקטרוניקה לעבודה נוחה של שני תלמידים, וכן תוכנה בסיסית מלאה עם 2 שיעורים מוכנים (אשר מאז ינואר 500 חינמית לחלוטין הן ליחידים והן לארגונים). כמובן, ציוד נוסף וערכות משימה עשויות לייקר את העלות, אך בגדר הסביר. אז ערכה ל-48 תלמידים, כולל ערכות בסיסיות ומשאבים LME EV2016, מטענים, תוכנה ו מערך משימות נוסף "פרויקטים הנדסיים", יעלה 174. די מקובל להצטייד, למשל, מעגל בבית הספר.

כן, זה באופן ניכר יותר יקר מפלטפורמות פשוטות דמויות ארדואינו. אבל ההזדמנויות, כמו גם רמת המעורבות, הרבה יותר גבוהות. ניתן לתכנן בבטחה את תכנית הלימודים המבוססת על EV3 לאורך כל התיכון ומחוצה לו. בנוסף, עם שימוש נאות ב-LEGO MINDSTORMS Education EV3, הוא פשוט "ישאר בחיים" מספר ערכות פשוטות בשל איכויות מכניות, קלות החלפה וזמינות של חלקים (בפועל שלי, רק כבל RJ-12 אחד נדרש להחלפה במהלך 10 השנים- NXT הישן).

כתוצאה מכך אנו רואים פרויקט כמעט פתוח שנתמך על ידי חברת ענק עם כל הבונוסים הנדרשים במצב כזה – מחזור חיים ארוך, זמינות של חלקי חילוף והרחבות, מדריכים רשמיים וחובבים, קהילה מפותחת. Mindstorms הפך כמעט לסטנדרט בשיעורי רובוטיקה חינוכיים לילדים במערב, וזה יהיה ממש מגניב לראות את זה מאומץ באופן נרחב ברוסיה.

בחירת נתיב

ועכשיו לעיקר. בניגוד לסטים של WeDo 2.0, EV3 מיועד לתיכון, ולכן לילדים גדולים יותר, שעבורם נושא בחירת מקצוע עתידי רציני יותר.

באמצעות EV3, כל תלמיד יוכל לחשוף בצורה אקטיבית יותר את היכולות שהיו טבועות בו מטבעו, החינוך והתהליך החינוכי.

מתמטיקאי מלידה יעקוב מקרוב אחר הטלמטריה של החיישנים, כיצד בדיוק נרשם המרחק שעבר הרובוט, כיצד נקלטת הזווית שבה הוא סוטה וכו'.

מומחה ה-IT העתידי, כמובן, ישקיע את עצמו בתכנות הרובוט, תוך ניתוח האלגוריתמים שלפיהם הוא נע. והוא בוודאי ייצור משלו, לא לפי ההוראות הסטנדרטיות.

ילד שמתלהב לפיזיקה יוכל לערוך ניסויים ויזואליים בעזרת רובוט, למרבה המזל, לסטים אין בעיות בחיישנים, כמו שלילד אין בעיות בדמיון.

בסך הכל, לא משנה מה תחומי העניין והמקצועות האהובים על ילדכם בבית הספר, למידה עם ערכות MINDSTORMS EV3 תאפשר להם להדגיש בצורה ברורה יותר ולהתמקד בהתפתחותם בעתיד.

בחיים

נכון לעכשיו, הפתרונות של החברה כבר נמצאים בשימוש סטודנטים ליצירת פרויקטים מעניינים, הן במסגרת תחרויות שונות והן לפיתוח כללי. התקשורת כתבה על כמה מהם השנה.

תלמידי בית הספר אסטרחאן רוסלן קזימוב ומיכאיל גלדישב, המבוססים בפארק הטכנולוגי האזורי, פיתחו סימולטור רובוטי לשיקום מפרקי הידיים.

תמונה - rg.ru

תלמידי כיתה ח' השקיעו קצת פחות מחודשיים בפיתוח הסימולטור. הם הציגו את הפרויקט שלהם בשלב האזורי של התחרות הכל-רוסית ה-IX של פרויקטים מדעיים וחדשניים במחוז הפדרלי הדרומי, שם זכו במקום השני. בעתיד הם מתכננים ליצור אב טיפוס תעשייתי - לעת עתה, המפתחים מציעים רק אב טיפוס העשוי מהסט הרובוטי החינוכי של LEGO MINDSTORMS Education EV3.

המכשיר משכפל את התנועות שמבצע הרופא - המפרקים מתחילים לעבוד, ובכך משחזרים את הניידות לא רק שלהם, אלא גם של קבוצות השרירים. בעוד מכשירים מחוברים באמצעות Bluetooth, בעתיד הם יתקשרו באמצעות האינטרנט או Wi-Fi.

ישנם אנלוגים של מכשיר כזה בשוק, אך מכשיר Astrakhan יכול לעבוד בו זמנית עם מפרקי הכתף, פרק כף היד והמרפק. יתר על כן, הוא נייד ומופעל על סוללות. ישנה גם אפשרות לשליטה מרחוק, כלומר המטופל יכול להתאמן מבלי לצאת מהבית.

באולימפיאדת הרובוטיקה העולמית 2015 (WRO 2015), הוענק לנבחרת הרוסית DRL מסנט פטרסבורג פרס מיוחד ליצירתיות מבית LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).

צוות DRL הרוסי הציג את פרויקט CaveBot. בחורים מסנט פטרסבורג, בהדרכתו של המאמן סרגיי פיליפוב, יצרו חוקר רובוטי ייחודי כדי לגלות אזורים לא נחקרים במערות. הפיתוח מכסה תחומים מדעיים שונים, שכן הרובוט הייחודי מאפשר לבצע משימות במורכבות משתנה.

הצוות בנה רובוט מטפס המצויד בחיישנים שונים כדי לזהות עצמים לחקירה לאחר מכן. ניתן להפוך את הנתונים המתקבלים למודלים תלת מימדיים במחשב.

ושובהם בנרג'י בן ה-13 יצר מדפסת ברייל עשוי מחתיכות LEGO עבור פרויקט מדעי בבית הספר. מאוחר יותר, בהשתתפות משפחתו, נוצר סטארטאפ להשיק ההמצאה, שקיבל תמיכה כספית מתאגיד הטכנולוגיה אינטל.

(צילום: Marcio Jose Sanchez, AP)

הרעיון ליצור מדפסת הגיע לשובהם לאחר מחקר ברייל באינטרנט. כשהבין שמדפסות הקלדת מגע עולות 2,000 דולר ומעלה, הסטודנט החליט לעשות גרסה זולה יותר.

זמן קצר לאחר ההמצאה, ילדים עיוורים והוריהם החלו ליצור קשר עם שובהם בבקשה בודדת - לייצר מדפסת ברייל זולה, תוך הבטחה "לקנות אותה מיד מהמדף".

כפי שניתן לראות, השימוש ב-MINDSTORMS Education EV3 בתהליך הלמידה מאפשר לתלמידים להפעיל את דמיונם בצורה מקסימלית, וליצור עוד ועוד מנגנונים חדשים שלא רק עוזרים לממש רעיונות או לבצע ניסויים ויזואלית, אלא גם מתחילים להחליט על המקצוע העתידי שלהם.

אם יש לכם שאלות לגבי השימוש בפתרונות הללו בתהליך החינוכי (או לגבי המוצרים עצמם), כתבו אותן בהערות.

מקור: www.habr.com