LEGO MINDSTORMS Education EV3 + MicroPython: ბავშვებისთვის განკუთვნილი სამშენებლო ნაკრების პროგრამირება ზრდასრულთა ენაზე

გამარჯობა, ჰაბრ! ჩვენ უკვე ვართ განუცხადა LEGO MINDSTORMS Education EV3 პლატფორმის შესახებ. ამ პლატფორმის მთავარი მიზნებია პრაქტიკული მაგალითებით სწავლა, STEAM უნარების განვითარება და საინჟინრო აზროვნების ჩამოყალიბება. მისი გამოყენება შესაძლებელია მექანიკისა და დინამიკის შესწავლაზე ლაბორატორიული სამუშაოების ჩასატარებლად. LEGO კუბიკებისგან დამზადებული ლაბორატორიული სტენდები და მონაცემთა ჩაწერისა და დამუშავების ხელსაწყოები ექსპერიმენტებს კიდევ უფრო საინტერესოს და ვიზუალურს ხდის და ბავშვებს ფიზიკის უკეთ გააზრებაში ეხმარება. მაგალითად, სკოლის მოსწავლეებს შეუძლიათ შეაგროვონ მონაცემები დნობის ტემპერატურაზე და გამოიყენონ აპლიკაცია მათი სისტემატიზაციისა და გრაფიკის სახით წარმოსადგენად. მაგრამ ეს მხოლოდ დასაწყისია: დღეს ჩვენ გეტყვით, თუ როგორ შეავსოთ ეს ნაკრები MicroPython პროგრამირების გარემოთი და გამოიყენოთ ის რობოტიკის სწავლებისთვის.

ისწავლეთ პროგრამირება EV3-ით

თანამედროვე სკოლის მოსწავლეებს ფერადი შედეგის ნახვა სურთ. დიახ, მათ მობეზრდებათ, თუ პროგრამა კონსოლზე ციფრებს გამოაქვს და მათ სურთ ფერადი გრაფიკების, დიაგრამების ნახვა და რეალური რობოტების შექმნა, რომლებიც მოძრაობენ და ბრძანებებს ასრულებენ. ჩვეულებრივი კოდიც ბავშვებისთვის ძალიან რთულად ჩანს, ამიტომ უმჯობესია სწავლა უფრო მარტივი რამით დაიწყოთ.

EV3-ის საბაზისო პროგრამირების გარემო დაფუძნებულია LabVIEW გრაფიკულ ენაზე და საშუალებას გაძლევთ ვიზუალურად დააყენოთ რობოტისთვის ალგორითმები: ბრძანებები წარმოდგენილია ბლოკების სახით, რომელთა გადათრევა და დაკავშირება შესაძლებელია.

ეს მეთოდი კარგად მუშაობს, როდესაც გჭირდებათ ალგორითმების აგების ჩვენება, მაგრამ ის არ არის შესაფერისი დიდი რაოდენობით ბლოკების მქონე პროგრამებისთვის. სცენარების უფრო რთული გახდომის შემდეგ, თქვენ უნდა გადახვიდეთ კოდით პროგრამირებაზე, თუმცა ბავშვებს ეს ნაბიჯი უჭირთ. 

ამისთვის რამდენიმე ხრიკი არსებობს, რომელთაგან ერთ-ერთია იმის ჩვენება, რომ კოდი იგივეს აკეთებს, რასაც ბლოკები. EV3 გარემო ამას MicroPython-თან ინტეგრაციის გზით აკეთებს: ბავშვები ერთსა და იმავე პროგრამას ქმნიან საბაზისო პროგრამირების გარემოში ბლოკების გამოყენებით და Python-ში Microsoft-ის Visual Studio Code-ში. ისინი ხედავენ, რომ ორივე გზა ერთნაირად მუშაობს, მაგრამ კოდი უკეთესია რთული პრობლემების გადასაჭრელად.

MicroPython-ზე გადასვლა

EV3 გარემო ARM9 პროცესორზეა აგებული და დეველოპერებმა არქიტექტურა განზრახ დატოვეს ღია. ამ გადაწყვეტილებამ ალტერნატიული firmware-ის ინსტალაციის საშუალება მოგვცა, რომელთაგან ერთ-ერთი MicroPython-თან მუშაობის იმიჯი იყო. ის საშუალებას იძლევა EV3-ის პროგრამირებისთვის Python-ის გამოყენების, რაც ნაკრებთან მუშაობას რეალურ ამოცანებთან კიდევ უფრო აახლოებს. 

მუშაობის დასაწყებად, თქვენ უნდა ჩამოტვირთოთ EV3 MicroPython-ის სურათი ნებისმიერ microSD ბარათზე, ჩადეთ ის EV3 აგურში და ჩართეთ. შემდეგ უნდა დააინსტალიროთ უფასო გაფართოება Visual Studio-სთვის. და შეგიძლიათ დაიწყოთ მუშაობა. 

პირველი რობოტის პროგრამირება MycroPython-ში

ჩვენს შესახებ ონლაინი რობოტიკის საბაზისო კონცეფციების დასაუფლებლად რამდენიმე გაკვეთილი არსებობს. EV3-ზე მოდელები ბავშვებს აცნობს საფუძვლებს, რომლებიც გამოიყენება თვითმართვად მანქანებში, ქარხნის აწყობის რობოტებში, CNC მანქანებში. 

მაგალითად ავიღოთ ხატვის მანქანა, რომლის შესწავლაც შესაძლებელია ნიმუშებისა და გეომეტრიული ფორმების დახატვისთვის. ეს შემთხვევა ზრდასრულთა შემდუღებელი ან ფრეზირების რობოტების გამარტივებული ვერსიაა და აჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება EV3-ის გამოყენება MicroPython-თან ერთად სკოლის მოსწავლეებისთვის სწავლებისთვის. ხატვის მანქანას ასევე შეუძლია მამისთვის ნაბეჭდი მიკროსქემის დაფაზე ხვრელების მონიშვნა, მაგრამ ეს სხვა დონეა, რომელიც მათემატიკურ გამოთვლებს მოითხოვს.

სამუშაოსთვის გვჭირდება:

• LEGO MINDSTORMS Education EV3 საბაზისო კომპლექტი; 
• კვადრატული ქაღალდის დიდი ფურცელი;
• ფერადი მარკერები. 

თავად რობოტის აწყობა ხდება ინსტრუქციებიდა ჩვენ განვიხილავთ პროგრამირების მაგალითს.

პირველ რიგში, მოდით, EV3 Brick Library-ის ინიციალიზაცია მოვახდინოთ:

#!/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

B პორტში სახელურის მბრუნავი პლატფორმა ძრავის სახით დავაყენეთ. ორსაფეხურიანი გადაცემათა კოლოფის გადაცემათა კოეფიციენტი შესაბამისად 20-12-28 კბილების რაოდენობით დავაყენეთ.

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

სახელურის ამწევი მექანიზმი C პორტში ძრავის სახით დავაყენეთ:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

მე-2 პორტში დავამონტაჟეთ გიროსკოპი, რომელიც ჯოხის დახრის კუთხეს ზომავს:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

ფერის სენსორი მესამე პორტში დავამონტაჟეთ. სენსორი გამოიყენება ხატვის აპარატის ქვეშ თეთრი ქაღალდის აღმოსაჩენად:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

შეხების სენსორი მე-4 პორტში დავამონტაჟეთ. სენსორზე დაჭერისას რობოტი ხატვას იწყებს:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

ჩვენ განვსაზღვრავთ ფუნქციებს, რომლებიც აწევენ და აწევენ სახელურს:

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)

ჩვენ განვსაზღვრავთ ფუნქციას, რომელიც სახელურს მოცემული კუთხით ან გარკვეული კუთხით აბრუნებს:

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

თუ სამიზნის კუთხე მეტია გიროსკოპული სენსორის მიმდინარე კუთხეზე, გააგრძელეთ მოძრაობა საათის ისრის მიმართულებით დადებითი სიჩქარით:

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

თუ სამიზნის კუთხე ნაკლებია გიროსკოპული სენსორის მიმდინარე კუთხეზე, მაშინ საათის ისრის საწინააღმდეგო მიმართულებით ვმოძრაობთ:

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

სამიზნო კუთხის მიღწევის შემდეგ, მბრუნავი პლატფორმის გაჩერება:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

სახელურის საწყის პოზიციას ზედა პოზიციაზე ვაყენებთ:

pen_holder_raise()

ახლა იწყება პროგრამის მთავარი ნაწილი - უსასრულო ციკლი. პირველ რიგში, EV3 ელოდება ფერის სენსორის მიერ თეთრი ქაღალდის ან ლურჯი საწყისი კვადრატის ამოცნობას და შეხების სენსორის დაჭერას. შემდეგ ის ხატავს ნიმუშს, ბრუნდება საწყის პოზიციაზე და ყველაფერს ისევ იმეორებს.

როდესაც მოწყობილობა მზად არ არის, კონტროლერის LED-ები წითლად ანათებს და LCD ეკრანზე გამოჩნდება „დაუჯერებელი ცერა თითი“ ხატულა:

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

ველოდებით ფერის სენსორის ლურჯ ან თეთრ ინდიკატორს, LED-ების ფერს მწვანეზე ვაყენებთ, LCD ეკრანზე „ცერა თითის“ გამოსახულებას ვაჩვენებთ და ვაცხადებთ, რომ მოწყობილობა მზადაა მუშაობისთვის:

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

ველოდებით შეხების სენსორის დაჭერას, გიროსკოპიულ სენსორს ვანიჭებთ 0 კუთხის მნიშვნელობას და ვიწყებთ ხატვას:

  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)

ჩვენ ვწევთ კალმის დამჭერს და ვაბრუნებთ მას თავდაპირველ პოზიციაზე:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

ეს არის მარტივი პროგრამა, რომელიც მივიღეთ. ახლა გავუშვათ და ვუყუროთ რობოტ-მხაზველს მოქმედებაში. 

რას გვაძლევს ასეთი მაგალითები?

EV3 არის STEM პროფესიების კარიერული ხელმძღვანელობის ინსტრუმენტი და საინჟინრო სპეციალობებში შესვლის წერტილი. რადგან მას შეუძლია პრაქტიკული პრობლემების გადაჭრა, ბავშვები იძენენ გამოცდილებას ტექნიკურ განვითარებაში და სამრეწველო რობოტების შექმნაში, სწავლობენ რეალური სიტუაციების მოდელირებას, პროგრამების გაგებას და ალგორითმების ანალიზს, და ეუფლებიან პროგრამირების ძირითად კონსტრუქციებს.

MicroPython-ის მხარდაჭერა EV3 პლატფორმას საშუალო სკოლის განათლებისთვის შესაფერისს ხდის. მოსწავლეებს შეუძლიათ სცადონ თავი პროგრამისტების როლში ერთ-ერთ ყველაზე პოპულარულ თანამედროვე ენაზე, გაეცნონ პროგრამირებასთან და საინჟინრო დიზაინთან დაკავშირებულ პროფესიებს. EV3 ნაკრებები აჩვენებს, რომ კოდის წერა საშიში არ არის, მოემზადონ სერიოზული საინჟინრო ამოცანებისთვის და დაეხმარონ ტექნიკური სპეციალობების დაუფლებისკენ პირველი ნაბიჯის გადადგმაში. ხოლო მათთვის, ვინც სკოლაში მუშაობს და განათლებასთან არის დაკავშირებული, ჩვენ მოვამზადეთ საგაკვეთილო პროგრამები და სასწავლო მასალები. ისინი დეტალურად აღწერენ, თუ რა უნარები ვითარდება გარკვეული დავალებების შესრულებისას და როგორ უკავშირდება შეძენილი უნარები სასწავლო სტანდარტებს.

წყარო: www.habr.com