LEGO MINDSTORMS Education EV3 + MicroPython: програмирање на детска конструкција на јазик за возрасни

Здраво, Хабр! Ние веќе кажа за платформата LEGO MINDSTORMS Education EV3. Главните цели на оваа платформа се учење преку практични примери, развивање на STEAM вештини и развој на инженерски начин на размислување. Може да се користи за лабораториска работа за проучување на механиката и динамиката. Лабораториските клупи направени од LEGO коцки и алатките за снимање и обработка на податоци ги прават експериментите уште поинтересни и повизуелни и им помагаат на децата подобро да ја разберат физиката. На пример, студентите можат да собираат податоци за точката на топење и да ја користат апликацијата за да ги организираат и да ги претстават во графикон. Но, ова е само почеток: денес ќе ви кажеме како да го надополните овој сет со програмската средина MicroPython и да го користите за да научите роботика.

Научете програмирање користејќи EV3

Современите ученици сакаат да видат шарени резултати. Да, им е досадно ако програмата печати броеви на конзолата и сакаат да гледаат графикони во боја, дијаграми и да создаваат вистински роботи кои се движат и следат команди. Редовниот код исто така изгледа премногу комплициран за децата, па затоа е подобро да започнете да учите со нешто полесно.

Основното програмско опкружување EV3 се заснова на графичкиот јазик LabVIEW и ви овозможува визуелно да одредите алгоритми за роботот: командите се претставени во форма на блокови кои може да се влечат и поврзат.

Овој метод добро функционира кога треба да покажете како се градат алгоритмите, но не е погоден за програми со голем број блокови. Како што сценаријата стануваат посложени, неопходно е да се премине на програмирање со код, но овој чекор е тежок за децата. 

Овде има неколку трикови, од кои еден е да се покаже дека кодот го прави истото како и блоковите. Во околината EV3, ова е можно преку интеграција на MicroPython, така што децата можат да ја креираат истата програма и во основната околина за програмирање блок и во Python во Visual Studio Code на Microsoft. Тие гледаат дека двата методи работат исто, но решавањето сложени проблеми со користење на код е попогодно.

Префрлување на MicroPython

Околината EV3 е изградена на ARM9 процесор, а програмерите намерно ја оставија отворена архитектурата. Ова решение овозможи да се воведе алтернативен фирмвер, од кои едната беше слика за работа со MicroPython. Ви овозможува да го користите Python за програмирање на вашиот EV3, со што комплетот уште повеќе ќе се доближи до задачите од реалниот живот. 

За да започнете, треба да преземете Слика EV3 MicroPython на која било microSD картичка, инсталирајте ја во микрокомпјутерот EV3 и вклучете ја. Потоа треба да инсталирате бесплатно продолжување за Visual Studio. И можете да почнете да работите. 

Програмирање на првиот робот во MycroPython

На наши Онлајн Има неколку лекции за совладување на основните концепти на роботиката. Моделите EV3 ги запознаваат децата со основите што се користат во самоуправувачките автомобили, фабричките роботи за склопување и CNC машините. 

Ќе земеме пример за машина за цртање, која може да се научи да црта обрасци и геометриски форми. Овој случај е поедноставена верзија на роботи за заварување или глодање за возрасни и покажува како EV3 може да се користи заедно со MicroPython за да се подучуваат ученици. А машината за цртање може да означи дупки на печатено коло за татко, но тоа е друго ниво што бара математика.

За работа ни требаат:

• LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core сет; 
• голем лист карирана хартија;
• маркери во боја. 

Склопот на самиот робот е внатре инструкции, и ќе погледнеме пример за програмирање.

Прво ја иницијализираме библиотеката на модулите EV3:

#!/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

Поставивме платформа што ја ротира рачката како мотор во пристаништето Б. Го поставивме односот на менувачот на двостепен запчаник со број на заби од 20-12-28, соодветно.

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

Ние го конфигурираме механизмот за подигање за рачката како мотор во портата C:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

Ние го конфигурираме жироскопот, кој го мери аголот на наклон на рачката, во портата 2:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

Ние го конфигурираме сензорот за боја во портата 3. Сензорот се користи за откривање бела хартија под машината за цртање:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

Ние го конфигурираме сензорот за допир во портата 4. Роботот започнува да црта кога ќе се притисне сензорот:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

Ги дефинираме функциите што ја креваат и спуштаат рачката:

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)

Ние дефинираме функција за ротирање на рачката до даден агол или до одреден агол:

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

Ако целниот агол е поголем од моменталниот агол на жиро-сензорот, продолжете во насока на стрелките на часовникот со позитивна брзина:

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

Ако целниот агол е помал од тековниот жиро сензор, тогаш движете се спротивно од стрелките на часовникот:

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

Запрете ја ротирачката платформа кога ќе се достигне целниот агол:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

Поставете ја почетната положба на рачката во горната положба:

pen_holder_raise()

Сега доаѓа главниот дел од програмата - бескрајна јамка. EV3 прво чека сензорот за боја да открие бела хартија или сино стартно квадратче и да се притисне сензорот за допир. Потоа црта шема, се враќа на почетната позиција и повторно повторува сè.

Кога уредот не е подготвен, LED диодите на контролорот стануваат црвени и на LCD екранот се прикажува слика „палци надолу“:

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

Чекаме додека сензорот за боја не брои сина или бела, ја поставуваме LED бојата на зелена, прикажуваме слика со „палци нагоре“ на LCD екранот и известуваме дека уредот е подготвен за употреба:

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

Чекаме да се притисне сензорот за допир, да ја доделиме вредноста на аголот 0 на жироскопскиот сензор и да почнеме да цртаме:

  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)

Подигнете го држачот за пенкало и вратете го во првобитната положба:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

Ова е едноставната програма што ја создадовме. И сега го лансираме и го гледаме роботот за изготвување во акција. 

Што даваат ваквите примери?

EV3 е алатка за кариерно водство за STEM кариери и влезна точка во инженерските кариери. Бидејќи може да се користи за решавање на практични проблеми, децата стекнуваат искуство во технички развој и создавање индустриски роботи, учат да симулираат реални ситуации, разбираат програми и анализираат алгоритми и ги совладуваат основните програмски конструкции.

Поддршката за MicroPython ја прави платформата EV3 погодна за настава во средно училиште. Студентите можат да се испробаат како програмери на еден од најпопуларните современи јазици, и да се запознаат со професиите поврзани со програмирање и инженерски дизајн. Комплетовите EV3 покажуваат дека кодирањето не е страшно, ве подготвува за сериозни инженерски предизвици и ви помага да го направите првиот чекор кон совладување на техничките вештини. А за оние кои работат во училиштата и се поврзани со образованието, подготвивме програми за часови и едукативни материјали. Тие детално опишуваат кои вештини се развиваат при извршување на одредени задачи и како стекнатите вештини се поврзани со стандардите за обука.

Извор: www.habr.com