진로 안내를 위한 LEGO MINDSTORMS Education EV3

이미지 - roboconstructor.ru

잘 알려진 비유에 따르면, 한 젊은 어머니가 아이를 품에 안고 현자에게 몇 살부터 자녀 양육을 시작해야 하는지 물었을 때 노인은 이미 아이의 나이만큼 늦었다고 대답했습니다. . 미래 직업을 선택하는 상황은 매우 유사합니다. 아기에게 자신의 성향과 관심에 대한 인식을 요구하기는 어렵지만 이미 고등학교에 가면 온갖 전문화가 시작되고 이때쯤이면 어른이 된 아이가 어떤 방향으로 나아갈지 미리 알 수 있으면 좋을 것이다. 그러나 우리가 이미 거의 확실하게 알고 있는 사실 중 하나는 향후 수십 년 동안 직업의 30~80%가 완전히 자동화될 것이라는 점입니다.

로봇 공학, 사이버네틱스 및 알고리즘에 대한 이해는 사람이 그러한 모호한 전망에 직면하지 않을 가능성이 높은 일련의 기술입니다. 물론 노동력을 로봇으로 대체하는 것과 병행하여 무조건적인 기본 소득 개념도 발전할 가능성이 높지만 자녀에게 그러한 미래를 원하지는 않을 것입니다.

이제 젊고 관심 있는 청중에게 프로그래밍과 로봇공학의 기초를 빠르게 보여줄 수 있는 방법이 많이 있습니다. 이들 모두는 저렴하고 배우기 매우 쉬우며 몇 시간 내에 알고리즘의 기본과 사이버네틱스 장치의 개념을 이해할 수 있습니다. 그러나 교실에서는 이러한 플랫폼의 단점에 직면하기 쉽습니다. 브레드보드의 제한된 내마모성(그리고 "멍청한 저항"도 마찬가지입니다), 11~12세 어린이에게 그다지 친숙하지 않은 소프트웨어 인터페이스, 상대적으로 작은 "게임" 요소.

가장 유명한 교육 세트 제조업체인 LEGO Education은 3년 넘게 이러한 모든 단점과 씨름해 왔습니다. 물론 우리는 MINDSTORMS Education EV90 플랫폼에 대해 이야기하고 있습니다. 3년대 초반에 생산된 Mindstorms RCX부터 가장 현대적인 MINDSTORMS Education EVXNUMX 컴플렉스까지 플랫폼 형성 원리는 동일하게 유지됩니다. 이는 화면과 다른 모든 구성 요소가 연결되는 I/O 포트가 있는 마이크로컴퓨터인 "지능형 브릭"을 기반으로 합니다. 모든 로봇 시스템과 마찬가지로 주변 장치는 센서와 이펙터로 구분됩니다. 센서의 도움으로 로봇은 주변 세계를 인식하고 이펙터 덕분에 프로그래밍된 프로그램에 따라 반응합니다. 플랫폼 구성 요소는 납땜 없이 간단한 케이블로 서로 연결되며, 기계적 구조는 플라스틱 부품의 강도와 디자이너의 상상력에 의해서만 제한됩니다.

이전 포스팅에서 우리는 일반적으로 이러한 솔루션의 가능성을 고려했지만 이제 LEGO MINDSTORMS Education EV3에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.

EV3

LEGO MINDSTORMS Education EV3는 레고 테크닉 부품과 호환되도록 제작되었습니다. 이는 플랫폼을 사용하여 단순한 "자동차" 및 "로봇 손"부터 복잡한 컨베이어 또는 심지어 "루빅스 큐브 솔버"에 이르기까지 다양하고 놀라운 디자인을 만들 수 있음을 의미합니다. 거의 모든 레고 테크닉 세트는 프로젝트 부품 공급원으로 사용될 수 있으며 손상된 예비 부품을 교체하는 데 문제가 없습니다. 예, 옛 소련의 알루미늄 제작 키트만큼 잔인해 보이지는 않지만 실제로는 금속 제품보다 훨씬 더 강한 것으로 나타났습니다. 적어도 1993년부터 시작된 내 컬렉션에서는 아직 깨진 부품이 단 한 개도 발견되지 않았습니다.

MINDSTORMS Education EV3 기본 교육 세트에는 541개의 레고 테크닉 부품이 포함되어 있습니다. 다음과 같은 전문 리소스 세트로 구매할 수 있습니다. 45560 (또는 NXT용으로 제작된 이전 9648) 또는 대규모 유형 생성자 42043 (2800개 부품) 또는 42055 (약 4000개의 부품) 메인 모델을 충분히 가지고 놀고 나면 사이버네틱스 실험을 위한 "벽돌"로 사용합니다. 한 조각의 측면에서 레고는 여기의 다른 세트보다 훨씬 앞서 있습니다. 조각당 3-5 루블에 불과합니다.

글쎄요, 누군가 수만 개의 부품이 포함된 오래된 컬렉션을 가지고 있다면 리소스에 대해 전혀 걱정할 필요가 없습니다.

작성자가 제공한 Brickset 서비스(다양한 통계를 수집할 수 있는 레고 ​​구성 키트 소유자를 위한 대화형 데이터베이스)의 스크린샷

그러나 이는 빔, 휠 또는 연결 핀과 같은 "수동" 요소에만 적용됩니다. 물론 센서와 이펙터는 훨씬 더 비싸지만 기본 키트에는 충분하고도 남습니다. Mindstorms EV3에는 XNUMX개의 모터(더 크고 더 강력한 XNUMX개의 모터와 XNUMX개의 소형 서보), 한 쌍의 터치 센서(일종의 "스마트" 버튼), 초음파, 자이로스코프 및 컬러 센서(광 센서 모드에서도 작동 가능)가 완비되어 있습니다. . 또한 이전 세대의 Lego Education 로봇인 Mindstorms NXT의 센서(예: 소음 수준 센서 포함)와의 호환성이 유지됩니다.

하지만 시스템의 핵심인 '스마트 브릭'으로 돌아가 보겠습니다. 이것은 실제로 백라이트 색상을 변경할 수 있는 178x128 흑백 LCD 화면(메뉴뿐만 아니라 작동 중 모든 종류의 사용자 정의 그림도 표시됨)을 갖춘 다소 무겁고 방대한 "벽돌"입니다. 표준 RJ-12 커넥터가 있는 전선을 사용하여 센서와 이펙터가 여기에 연결되며(각 유형당 최대 XNUMX개의 장치), microSDHC용 슬롯과 USB 포트가 있습니다.

후자는 프로그램 자체를 다운로드하고 펌웨어를 업데이트하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 마이크로 컨트롤러에는 무선 인터페이스가 없으므로 원하는 경우 Wi-Fi(외부 모듈 필요) 또는 Bluetooth(내장)를 통해 프로그램을 다운로드할 수 있습니다. 또한 원격 조종 로봇을 조립하는 경우 스마트폰이나 태블릿의 무선 통신을 사용하여 로봇을 '조종'할 수 있습니다.

"스마트 브릭" 내부에는 300MHz ARM 프로세서, 16MB의 영구 메모리(카드가 유용한 이유) 및 64MB의 RAM이 있습니다. 이 숫자가 아무리 미미해 보일지라도 여러분이나 학습 과정에 있는 어린이가 작성할 수 있는 가장 광범위한 알고리즘조차 실행할 수 있는 충분한 힘이 있습니다. 그리고 최근 48년이 된 이전 세대 NXT의 XNUMXMHz 프로세서와 비교해 보면 그 발전이 상당히 눈에 띈다. 그러나 NXT가 일반적인 문제를 해결하는 과정에서 눈에 띄게 속도가 느려진다고 말할 수는 없습니다.

또한 모터용 네 번째 포트가 등장했는데, 이는 그 자체로 업그레이드를 정당화하는 기능의 상당한 확장입니다.

USB 포트는 이제 호스트 모드를 지원하므로 Wi-Fi 어댑터를 연결할 수 있을 뿐만 아니라 여러 EV3 블록을 하나의 복잡한 로봇에 연결할 수도 있습니다. 사실, 작업 수준은 완전히 "유치하지 않음"이 됩니다.

마지막으로 MINDSTORMS Education EV3에는 이제 배터리가 지원됩니다. XNUMX개의 AA 배터리 대신 포함된 리튬 이온 배터리를 장착하면 XNUMX암페어 시간 동안 사용할 수 있습니다. 물론 에네루프형 AA 배터리 사용을 금지하는 사람은 없지만, 충전을 위해 배터리를 제거해야 하므로 사용성이 평균 이하입니다. 그리고 충전기가 포함된 에네루프 키트 한 쌍의 가격은 브랜드 배터리와 상당히 비슷합니다.

아, 그렇습니다. 이제 8비트 시대의 복고풍 음악을 들을 수 있을 뿐만 아니라 더욱 기분 좋은 사운드를 재생할 수 있는 크고 시끄러운 스피커가 있습니다.

이제 기본 세트의 이펙터를 살펴보겠습니다. 그 중 두 개는 NXT에 이미 사용된 것과 유사한 강력한 모터로, 내부 감속 기어 덕분에 상당한 토크를 발생시키는 직사각형 장치입니다.

모터가 막힐 경우 기계식 클러치가 제공되는데 마찰이 계산된 것보다 크면 미끄러지기 시작하므로 모터를 태우기가 매우 어렵습니다.
XNUMX도 분해능(모터는 축이 현재 회전하는 각도를 컨트롤러에 알려줌)과 연결된 모든 모터의 회전을 정확하게 동기화할 수 있는 회전 각도 센서가 있습니다.

세 번째, 소위 M-서보 드라이브(중형 모터)는 토크를 XNUMX배 적게 생성하지만 회전 속도는 거의 XNUMX배 빠릅니다.

센서의 경우 LEGO Education에서 제공하는 센서에만 국한할 필요는 없습니다(모든 교육 프로젝트에 사용 가능하지만). 많은 타사에서 호환 가능하고 때로는 매우 이국적인 센서를 생산합니다. 펌웨어 소스 코드 및 하드웨어 사양 전체 열다.

소프트웨어

우리는 하드웨어에 관해 많은 이야기를 나눴지만 사실 하드웨어만이 로봇공학 수업의 효율성을 결정하는 것은 아닙니다. 다양한 플랫폼(Mac, PC, 모바일 장치)에서 정말 직관적인 소프트웨어가 존재한다는 것입니다. 준비된 커리큘럼 LEGO MINDSTORMS Education EV3는 특히 XNUMX세 어린이를 위한 초등 및 중등 학교 학습 플랫폼으로 자리매김하고 있습니다.

iPad의 앱 시작 화면

기본 LEGO MINDSTORMS Education EV3 소프트웨어의 알고리즘 시각화는 최고 수준입니다. 단 몇 분 만에 논리 블록의 주요 상호 작용 유형(전환 조건, 루프 등)을 마스터한 다음 점진적으로 증가시키는 데 충분합니다. 프로그램의 복잡성. 물론 수십 가지의 다양한 로봇 모델에 대한 기성 교육 프로젝트가 있으며 원하는 경우 온라인 커뮤니티에서 수천 개의 흥미로운 프로그램을 찾을 수 있습니다.

iPad 애플리케이션의 예제 프로그램

고급 사용자는 LabVIEW 또는 RobotC를 설치할 수 있습니다. LEGO MINDSTORMS Education EV3의 "두뇌"는 이러한 패키지와 완벽하게 호환됩니다. 안타깝게도 추가 변환 없이는 기존 프로젝트를 NXT용으로 내보낼 수 없습니다.

교육적인 측면에서 볼 때 훨씬 더 흥미롭습니다. 데스크탑 소프트웨어 버전. 이를 통해 학생을 위한 전자 노트를 보관할 수 있습니다. 덕분에 교사는 자신의 응용 프로그램 버전에서 특정 학생의 성공을 평가하고 진행 상황을 모니터링할 수 있습니다. 또한 소프트웨어에 포함된 교육 자료(많음)를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 내장된 컨텐츠 편집기를 사용하여 자신만의 자료를 만들 수도 있습니다.

EV3 콘텐츠 편집기 튜토리얼 비디오

데스크탑 버전에는 임계값에 따라 그래프 영역을 프로그래밍할 수 있는 데이터 기록 유틸리티도 있습니다. 즉, 이제 교사는 스마트 홈 내에서 현대 기술의 작동을 쉽게 시연할 수 있습니다.

EV3 마이크로컴퓨터는 센서로부터 실시간으로 데이터를 수집하고 배경 온도에 따라 하나 또는 다른 모델 프로그램을 실행합니다. 온도가 높으면 팬이 켜지고, 온도가 낮으면 히터가 켜집니다. 그리고 학생들은 데이터를 기록하고 분석하여 모델을 완성할 수 있습니다.

데이터 로깅

"스마트 브릭" 펌웨어의 개방성은 이미 그 역할을 수행했습니다. 가장 널리 사용되는 프로그래밍 언어(수십 개)를 지원하는 대체 옵션이 있습니다. 전반적으로 EV3의 사용은 프로그래밍과 관련된 모든 교육 프로젝트에 "부속"될 수 있습니다. "하드웨어에서" 자신의 알고리즘 작업을 볼 수 있는 기회만큼 즐거운 것은 없기 때문입니다.

많은 사람들은 이 이야기의 걸림돌은 가격일 것이라고 예상한다. 실제로 기본 세트의 경우 29 루블과 충전 비용으로 900 루블을 추가로 지불해야합니다. 그러나 이 금액에는 학생 2명의 편안한 작업을 위한 부품 및 전자 제품과 500개의 기성 강의가 포함된 본격적인 기본 소프트웨어(48년 2016월부터 개인과 조직 모두에게 완전 무료)가 포함됩니다. 물론 추가 장비와 미션 키트로 인해 비용이 증가할 수 있지만 그럴 만한 이유가 있습니다. 따라서 기본 및 리소스 세트 LME EV8, 충전기, 소프트웨어 및 추가 작업 세트 "엔지니어링 프로젝트", 비용은 174입니다. 예를 들어 학교에서 서클을 준비하는 데 상당히 적합합니다.

예, 단순한 Arduino와 같은 플랫폼보다 눈에 띄게 더 비쌉니다. 그러나 참여 수준뿐만 아니라 기회도 훨씬 더 높습니다. EV3 기반 커리큘럼은 고등학교 전체와 그 이후에도 안전하게 계획할 수 있습니다. 또한 LEGO MINDSTORMS Education EV3를 적절하게 사용하면 기계적 품질, 손쉬운 교체 가능성 및 부품 가용성으로 인해 여러 가지 간단한 키트보다 "수명이 더 오래갑니다"(실제로는 12년 동안 단 하나의 RJ-10 케이블만 교체하면 됩니다.) 예전 NXT).

결과적으로 우리는 긴 수명주기, 예비 부품 및 확장의 가용성, 공식 및 아마추어 가이드, 개발된 커뮤니티 등 이러한 상황에 필요한 모든 보너스를 갖춘 거대 회사가 지원하는 거의 오픈 소스 프로젝트를 봅니다. Mindstorms는 어린이를 위한 서구 교육 로봇 수업의 거의 표준이 되었으며, 러시아에서 널리 채택되는 것을 보면 정말 멋질 것입니다.

경로 선택

그리고 이제 중요한 것입니다. WeDo 2.0 세트와 달리 EV3는 고등학교를 대상으로 하므로 미래 직업 선택 문제가 더 심각한 고학년 어린이를 대상으로 합니다.

EV3를 사용하면 각 학생은 본성, 양육 및 교육 과정에 따라 자신에게 내재된 능력을 보다 적극적으로 드러낼 수 있습니다.

타고난 수학자는 센서의 원격 측정, 로봇이 이동한 거리가 정확히 어떻게 기록되는지, 로봇이 벗어나는 각도가 어떻게 기록되는지 등을 면밀히 모니터링합니다.

물론 미래의 IT 전문가는 로봇 프로그래밍에 몰두하고 로봇이 움직이는 알고리즘을 분석할 것입니다. 그리고 그는 표준 지침에 따라 제공되지 않는 자신의 것을 확실히 만들 것입니다.

물리학에 관심이 많은 어린이는 로봇의 도움으로 시각적 실험을 수행할 수 있으며, 다행히도 어린이가 상상력에 문제가 없는 것처럼 세트에는 센서에도 문제가 없습니다.

전반적으로, 학교에서 자녀의 관심사와 좋아하는 과목이 무엇이든 MINDSTORMS EV3 세트로 학습하면 자녀가 미래의 발전에 더욱 명확하게 집중하고 집중할 수 있습니다.

인생에서

현재 학생들은 이미 회사의 솔루션을 사용하여 다양한 대회와 일반 개발의 일환으로 흥미로운 프로젝트를 만들고 있습니다. 언론은 올해 그들 중 다수에 대해 썼습니다.

지역 기술 공원에 기반을 둔 아스트라한 학생 Ruslan Kazimov와 Mikhail Gladyshev는 손 관절 재활을 위한 로봇 시뮬레이터를 개발했습니다.

사진-rg.ru

3학년 학생들은 시뮬레이터를 개발하는 데 XNUMX개월도 채 걸리지 않았습니다. 그들은 남부 연방 지구에서 열린 IX 전 러시아 과학 및 혁신 프로젝트 경쟁의 지역 단계에서 프로젝트를 발표했으며 그곳에서 XNUMX위를 차지했습니다. 앞으로 그들은 산업용 프로토타입을 만들 계획입니다. 현재 개발자들은 LEGO MINDSTORMS Education EVXNUMX 교육용 로봇 세트로 만든 프로토타입만 제공하고 있습니다.

이 장치는 의사가 수행하는 움직임을 복제합니다. 관절이 작동하기 시작하여 관절뿐만 아니라 근육 그룹의 이동성을 복원합니다. 장치는 Bluetooth를 통해 연결되어 있지만 앞으로는 인터넷이나 Wi-Fi를 사용하여 통신하게 됩니다.

시장에는 이러한 장치와 유사한 장치가 있지만 Astrakhan 장치는 어깨, 손목 및 팔꿈치 관절과 동시에 작동할 수 있습니다. 게다가 휴대가 가능하고 배터리로 작동됩니다. 원격 제어 가능성도 있습니다. 즉, 환자가 집을 떠나지 않고도 훈련할 수 있습니다.

2015년 세계 로봇 올림피아드(WRO 2015)에서 러시아 상트페테르부르크의 DRL 팀이 LEGO Education으로부터 창의성 부문 특별상(LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD)을 수상했습니다.

러시아 DRL 팀은 CaveBot 프로젝트를 발표했습니다. 세르게이 필리포프(Sergei Filippov) 코치의 지도 하에 상트페테르부르크 출신의 사람들은 동굴의 미개척 지역을 발견하기 위한 독특한 로봇 탐험가를 만들었습니다. 독특한 로봇을 통해 다양한 복잡성의 작업을 수행할 수 있으므로 개발은 다양한 과학 분야를 포괄합니다.

팀은 후속 탐사를 위해 물체를 감지하기 위해 다양한 센서가 장착된 등반 로봇을 제작했습니다. 결과 데이터는 컴퓨터에서 3D 모델로 변환될 수 있습니다.

그리고 13세의 Shubham Banerjee가 만들었습니다. принтер 학교 과학 프로젝트를 위해 LEGO 조각으로 만든 점자입니다. 나중에 그의 가족의 참여로 발명품을 출시하기 위한 스타트업이 만들어졌고 기술 기업인 Intel로부터 재정적 지원을 받았습니다.

(사진: 마르시오 호세 산체스, AP)

슈밤은 인터넷에서 점자를 검색한 후 프린터를 만들겠다는 아이디어를 떠올렸습니다. 터치 타이핑 프린터의 가격이 2,000달러 이상이라는 사실을 깨달은 학생은 더 저렴한 버전을 만들기로 결정했습니다.

발명 직후, 시각 장애인 어린이와 그 부모는 Shubham에 연락하여 저렴한 점자 프린터를 만들어 달라는 단일 요청을 하기 시작했으며 "기성품에서 바로 구입"하겠다고 약속했습니다.

보시다시피, 학습 과정에서 MINDSTORMS Education EV3를 사용하면 학생들은 상상력을 최대한 활용할 수 있으며, 아이디어를 실현하거나 시각적으로 실험을 수행하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 결정을 내리는 데 도움이 되는 점점 더 많은 새로운 메커니즘을 만들 수 있습니다. 그들의 미래 직업.

교육 과정(또는 제품 자체)에서 이러한 솔루션의 사용에 대해 질문이 있는 경우 댓글에 적어주세요.

출처 : habr.com