LEGO MINDSTORMS Education EV3 + MicroPython: മുതിർന്നവരുടെ ഭാഷയിൽ കുട്ടികളുടെ നിർമ്മാണ സെറ്റ് പ്രോഗ്രാമിംഗ്

ഹലോ, ഹബ്ർ! ഞങ്ങൾ ഇതിനകം പറഞ്ഞു LEGO MINDSTORMS Education EV3 പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിനെക്കുറിച്ച്. ഈ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിന്റെ പ്രധാന ലക്ഷ്യങ്ങൾ പ്രായോഗിക ഉദാഹരണങ്ങളിലൂടെ പഠിക്കുക, സ്റ്റീം കഴിവുകൾ വികസിപ്പിക്കുക, എഞ്ചിനീയറിംഗ് മാനസികാവസ്ഥ വികസിപ്പിക്കുക എന്നിവയാണ്. മെക്കാനിക്സും ഡൈനാമിക്സും പഠിക്കാൻ ലബോറട്ടറി ജോലികൾക്ക് ഇത് ഉപയോഗിക്കാം. LEGO ഇഷ്ടികകളിൽ നിന്ന് നിർമ്മിച്ച ലബോറട്ടറി ബെഞ്ചുകളും ഡാറ്റ റെക്കോർഡുചെയ്യുന്നതിനും പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള യൂട്ടിലിറ്റികൾ പരീക്ഷണങ്ങളെ കൂടുതൽ രസകരവും ദൃശ്യപരവുമാക്കുകയും കുട്ടികളെ ഭൗതികശാസ്ത്രം നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ സഹായിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, വിദ്യാർത്ഥികൾക്ക് മെൽറ്റിംഗ് പോയിന്റ് ഡാറ്റ ശേഖരിക്കാനും അത് ഓർഗനൈസുചെയ്യാനും ഒരു ഗ്രാഫിൽ അവതരിപ്പിക്കാനും ആപ്പ് ഉപയോഗിക്കാം. എന്നാൽ ഇത് ഒരു തുടക്കം മാത്രമാണ്: മൈക്രോപൈത്തൺ പ്രോഗ്രാമിംഗ് പരിതസ്ഥിതിയിൽ ഈ സെറ്റ് എങ്ങനെ പൂർത്തീകരിക്കാമെന്നും റോബോട്ടിക്സ് പഠിപ്പിക്കാൻ ഇത് എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്നും ഇന്ന് ഞങ്ങൾ നിങ്ങളോട് പറയും.

EV3 ഉപയോഗിച്ച് പ്രോഗ്രാമിംഗ് പഠിക്കുക

ആധുനിക സ്കൂൾ കുട്ടികൾ വർണ്ണാഭമായ ഫലങ്ങൾ കാണാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നു. അതെ, പ്രോഗ്രാം കൺസോളിലേക്ക് നമ്പറുകൾ അച്ചടിച്ചാൽ അവർക്ക് ബോറടിക്കുന്നു, കൂടാതെ കളർ ഗ്രാഫുകളും ഡയഗ്രമുകളും നോക്കാനും കമാൻഡുകൾ ചലിപ്പിക്കുകയും പിന്തുടരുകയും ചെയ്യുന്ന യഥാർത്ഥ റോബോട്ടുകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ അവർ ആഗ്രഹിക്കുന്നു. സാധാരണ കോഡും കുട്ടികൾക്ക് വളരെ സങ്കീർണ്ണമാണെന്ന് തോന്നുന്നു, അതിനാൽ എളുപ്പമുള്ള എന്തെങ്കിലും ഉപയോഗിച്ച് പഠിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നതാണ് നല്ലത്.

അടിസ്ഥാന EV3 പ്രോഗ്രാമിംഗ് പരിതസ്ഥിതി LabVIEW ഗ്രാഫിക്കൽ ഭാഷയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, കൂടാതെ റോബോട്ടിനുള്ള അൽഗോരിതങ്ങൾ ദൃശ്യപരമായി വ്യക്തമാക്കാൻ നിങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു: കമാൻഡുകൾ വലിച്ചിടാനും ബന്ധിപ്പിക്കാനും കഴിയുന്ന ബ്ലോക്കുകളുടെ രൂപത്തിലാണ് അവതരിപ്പിക്കുന്നത്.

അൽഗോരിതങ്ങൾ എങ്ങനെ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നുവെന്ന് കാണിക്കേണ്ടിവരുമ്പോൾ ഈ രീതി നന്നായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, പക്ഷേ ധാരാളം ബ്ലോക്കുകളുള്ള പ്രോഗ്രാമുകൾക്ക് ഇത് അനുയോജ്യമല്ല. സാഹചര്യങ്ങൾ കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമാകുമ്പോൾ, കോഡ് ഉപയോഗിച്ച് പ്രോഗ്രാമിംഗിലേക്ക് നീങ്ങേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്, എന്നാൽ ഈ ഘട്ടം കുട്ടികൾക്ക് എടുക്കാൻ പ്രയാസമാണ്. 

ഇവിടെ കുറച്ച് തന്ത്രങ്ങളുണ്ട്, അതിലൊന്ന് ബ്ലോക്കുകൾ ചെയ്യുന്ന അതേ കാര്യം കോഡും ചെയ്യുന്നു എന്ന് കാണിക്കുക എന്നതാണ്. EV3 പരിതസ്ഥിതിയിൽ, മൈക്രോപൈത്തൺ ഇന്റഗ്രേഷനിലൂടെ ഇത് സാധ്യമാണ്, അതിനാൽ കുട്ടികൾക്ക് അടിസ്ഥാന ബ്ലോക്ക് പ്രോഗ്രാമിംഗ് പരിതസ്ഥിതിയിലും മൈക്രോസോഫ്റ്റിന്റെ വിഷ്വൽ സ്റ്റുഡിയോ കോഡിലെ പൈത്തണിലും ഒരേ പ്രോഗ്രാം സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും. രണ്ട് രീതികളും ഒരേപോലെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് അവർ കാണുന്നു, എന്നാൽ കോഡ് ഉപയോഗിച്ച് സങ്കീർണ്ണമായ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നത് കൂടുതൽ സൗകര്യപ്രദമാണ്.

മൈക്രോപൈത്തണിലേക്ക് മാറുന്നു

EV3 പരിതസ്ഥിതി ഒരു ARM9 പ്രൊസസറിലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഡെവലപ്പർമാർ മനഃപൂർവ്വം ആർക്കിടെക്ചർ തുറന്ന് വിട്ടു. ഈ പരിഹാരം ഇതര ഫേംവെയർ പുറത്തിറക്കുന്നത് സാധ്യമാക്കി, അതിലൊന്ന് മൈക്രോപൈത്തണുമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ചിത്രമായിരുന്നു. നിങ്ങളുടെ EV3 പ്രോഗ്രാം ചെയ്യാൻ പൈത്തൺ ഉപയോഗിക്കാൻ ഇത് നിങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് യഥാർത്ഥ ജീവിത ടാസ്ക്കുകളിലേക്ക് കിറ്റിനെ കൂടുതൽ അടുപ്പിക്കുന്നു. 

ആരംഭിക്കുന്നതിന്, നിങ്ങൾ ഡൗൺലോഡ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട് EV3 മൈക്രോപൈത്തൺ ചിത്രം ഏതെങ്കിലും മൈക്രോ എസ്ഡി കാർഡിൽ, അത് EV3 മൈക്രോകമ്പ്യൂട്ടറിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്ത് ഓണാക്കുക. അപ്പോൾ നിങ്ങൾ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യണം സൗജന്യ വിപുലീകരണം വിഷ്വൽ സ്റ്റുഡിയോയ്ക്ക്. കൂടാതെ നിങ്ങൾക്ക് ജോലി ആരംഭിക്കാം. 

മൈക്രോപൈത്തണിലെ ആദ്യത്തെ റോബോട്ട് പ്രോഗ്രാമിംഗ്

നമ്മുടേതിൽ സൈറ്റ് റോബോട്ടിക്‌സിന്റെ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ പഠിക്കുന്നതിന് നിരവധി പാഠങ്ങളുണ്ട്. സ്വയം ഡ്രൈവിംഗ് കാറുകൾ, ഫാക്ടറി അസംബ്ലി റോബോട്ടുകൾ, CNC മെഷീനുകൾ എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങൾ EV3 മോഡലുകൾ കുട്ടികളെ പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു. 

പാറ്റേണുകളും ജ്യാമിതീയ രൂപങ്ങളും വരയ്ക്കാൻ പഠിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ഡ്രോയിംഗ് മെഷീന്റെ ഉദാഹരണം ഞങ്ങൾ എടുക്കും. മുതിർന്നവർക്കുള്ള വെൽഡിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ മില്ലിംഗ് റോബോട്ടുകളുടെ ലളിതമായ പതിപ്പാണ് ഈ കേസ്, കൂടാതെ സ്‌കൂൾ കുട്ടികളെ പഠിപ്പിക്കാൻ മൈക്രോപൈത്തണുമായി ചേർന്ന് EV3 എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് കാണിക്കുന്നു. ഒരു ഡ്രോയിംഗ് മെഷീന് ഡാഡിക്കായി പ്രിന്റ് ചെയ്ത സർക്യൂട്ട് ബോർഡിൽ ദ്വാരങ്ങൾ അടയാളപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, പക്ഷേ ഇത് മറ്റൊരു ലെവലാണ്, അത് ഗണിതം ആവശ്യമാണ്.

ജോലിയ്ക്കായി, ഞങ്ങൾക്ക് ഇത് ആവശ്യമാണ്:

• LEGO MINDSTORMS വിദ്യാഭ്യാസം EV3 കോർ സെറ്റ്; 
• ചെക്കർഡ് പേപ്പറിന്റെ വലിയ ഷീറ്റ്;
• നിറമുള്ള മാർക്കറുകൾ. 

റോബോട്ടിന്റെ അസംബ്ലി തന്നെയുണ്ട് നിർദ്ദേശങ്ങൾ, ഞങ്ങൾ ഒരു പ്രോഗ്രാമിംഗ് ഉദാഹരണം നോക്കും.

ആദ്യം ഞങ്ങൾ EV3 മൊഡ്യൂൾ ലൈബ്രറി സമാരംഭിക്കുന്നു:

#!/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

പോർട്ട് ബിയിൽ മോട്ടോർ പോലെ ഹാൻഡിൽ കറങ്ങുന്ന ഒരു പ്ലാറ്റ്ഫോം ഞങ്ങൾ സജ്ജീകരിച്ചു. യഥാക്രമം 20-12-28 പല്ലുകളുള്ള രണ്ട്-ഘട്ട ഗിയർ ട്രെയിനിന്റെ ഗിയർ അനുപാതം ഞങ്ങൾ സജ്ജമാക്കി.

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

പോർട്ട് സിയിലെ ഒരു മോട്ടോറായി ഞങ്ങൾ ഹാൻഡിലിനായുള്ള ലിഫ്റ്റിംഗ് സംവിധാനം ക്രമീകരിക്കുന്നു:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

പോർട്ട് 2-ൽ, ഹാൻഡിലിന്റെ ചെരിവിന്റെ ആംഗിൾ അളക്കുന്ന ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഞങ്ങൾ കോൺഫിഗർ ചെയ്യുന്നു:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

പോർട്ട് 3-ൽ ഞങ്ങൾ കളർ സെൻസർ കോൺഫിഗർ ചെയ്യുന്നു. ഡ്രോയിംഗ് മെഷീന് കീഴിൽ വൈറ്റ് പേപ്പർ കണ്ടെത്താൻ സെൻസർ ഉപയോഗിക്കുന്നു:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

പോർട്ട് 4-ൽ ഞങ്ങൾ ടച്ച് സെൻസർ കോൺഫിഗർ ചെയ്യുന്നു. സെൻസർ അമർത്തുമ്പോൾ റോബോട്ട് വരയ്ക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

ഹാൻഡിൽ ഉയർത്തുകയും താഴ്ത്തുകയും ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഞങ്ങൾ നിർവ്വചിക്കുന്നു:

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)

തന്നിരിക്കുന്ന കോണിലേക്കോ ഒരു നിശ്ചിത കോണിലേക്കോ ഹാൻഡിൽ തിരിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ഫംഗ്ഷൻ ഞങ്ങൾ നിർവ്വചിക്കുന്നു:

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

ടാർഗെറ്റ് ആംഗിൾ നിലവിലെ ഗൈറോ സെൻസർ കോണിനേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, പോസിറ്റീവ് വേഗതയിൽ ഘടികാരദിശയിൽ തുടരുക:

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

ടാർഗെറ്റ് ആംഗിൾ നിലവിലെ ഗൈറോ സെൻസറിനേക്കാൾ കുറവാണെങ്കിൽ, എതിർ ഘടികാരദിശയിൽ നീങ്ങുക:

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

ടാർഗെറ്റ് ആംഗിൾ എത്തുമ്പോൾ കറങ്ങുന്ന പ്ലാറ്റ്ഫോം നിർത്തുക:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

ഹാൻഡിലിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനം മുകളിലെ സ്ഥാനത്ത് സജ്ജമാക്കുക:

pen_holder_raise()

ഇപ്പോൾ പ്രോഗ്രാമിന്റെ പ്രധാന ഭാഗം വരുന്നു - അനന്തമായ ലൂപ്പ്. ഒരു വെള്ള പേപ്പറോ നീല സ്റ്റാർട്ട് സ്ക്വയറോ കണ്ടെത്തുന്നതിനും ടച്ച് സെൻസർ അമർത്തുന്നതിനും കളർ സെൻസറിനായി EV3 ആദ്യം കാത്തിരിക്കുന്നു. തുടർന്ന് അവൻ ഒരു പാറ്റേൺ വരയ്ക്കുന്നു, ആരംഭ സ്ഥാനത്തേക്ക് മടങ്ങുകയും എല്ലാം വീണ്ടും ആവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഉപകരണം തയ്യാറാകാത്തപ്പോൾ, കൺട്രോളറിലെ LED-കൾ ചുവപ്പായി മാറുകയും എൽസിഡി സ്ക്രീനിൽ ഒരു "തംബ്സ് ഡൗൺ" ചിത്രം പ്രദർശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും:

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

കളർ സെൻസർ നീലയോ വെള്ളയോ കണക്കാക്കുന്നത് വരെ ഞങ്ങൾ കാത്തിരിക്കുന്നു, എൽഇഡി നിറം പച്ചയായി സജ്ജീകരിക്കുകയും എൽസിഡി സ്ക്രീനിൽ ഒരു "തംബ്സ് അപ്പ്" ചിത്രം പ്രദർശിപ്പിക്കുകയും ഉപകരണം ഉപയോഗത്തിന് തയ്യാറാണെന്ന് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു:

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

ടച്ച് സെൻസർ അമർത്തുന്നതിനായി ഞങ്ങൾ കാത്തിരിക്കുന്നു, ഗൈറോസ്കോപ്പിക് സെൻസറിന് ആംഗിൾ മൂല്യം 0 നൽകി വരയ്ക്കാൻ ആരംഭിക്കുക:

  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)

പേന ഹോൾഡർ ഉയർത്തി അതിന്റെ യഥാർത്ഥ സ്ഥാനത്തേക്ക് മടങ്ങുക:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

ഞങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ച ലളിതമായ പ്രോഗ്രാമാണിത്. ഇപ്പോൾ ഞങ്ങൾ അത് സമാരംഭിക്കുകയും പ്രവർത്തനത്തിലുള്ള ഡ്രാഫ്റ്റിംഗ് റോബോട്ട് നോക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. 

അത്തരം ഉദാഹരണങ്ങൾ എന്താണ് നൽകുന്നത്?

STEM കരിയറുകൾക്കുള്ള ഒരു കരിയർ ഗൈഡൻസ് ടൂൾ ആണ് EV3, എഞ്ചിനീയറിംഗ് ജോലികളിലേക്കുള്ള ഒരു എൻട്രി പോയിന്റ് ആണ്. പ്രായോഗിക പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ ഇത് ഉപയോഗിക്കാമെന്നതിനാൽ, കുട്ടികൾ സാങ്കേതിക വികസനത്തിലും വ്യാവസായിക റോബോട്ടുകളുടെ സൃഷ്ടിയിലും അനുഭവം നേടുന്നു, യഥാർത്ഥ സാഹചര്യങ്ങൾ അനുകരിക്കാനും പ്രോഗ്രാമുകൾ മനസിലാക്കാനും അൽഗോരിതം വിശകലനം ചെയ്യാനും അടിസ്ഥാന പ്രോഗ്രാമിംഗ് നിർമ്മാണങ്ങളിൽ വൈദഗ്ദ്ധ്യം നേടാനും പഠിക്കുന്നു.

MicroPython പിന്തുണ EV3 പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിനെ ഹൈസ്‌കൂൾ അധ്യാപനത്തിന് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. വിദ്യാർത്ഥികൾക്ക് ഏറ്റവും ജനപ്രിയമായ ആധുനിക ഭാഷകളിലൊന്നിൽ പ്രോഗ്രാമർമാരായി സ്വയം പരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ പ്രോഗ്രാമിംഗ്, എഞ്ചിനീയറിംഗ് ഡിസൈൻ എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രൊഫഷനുകൾ പരിചയപ്പെടാം. കോഡിംഗ് ഭയാനകമല്ലെന്ന് EV3 കിറ്റുകൾ കാണിക്കുന്നു, ഗുരുതരമായ എഞ്ചിനീയറിംഗ് വെല്ലുവിളികൾക്കായി നിങ്ങളെ സജ്ജമാക്കുന്നു, കൂടാതെ സാങ്കേതിക വൈദഗ്ധ്യം നേടുന്നതിനുള്ള ആദ്യപടി സ്വീകരിക്കാൻ നിങ്ങളെ സഹായിക്കുന്നു. സ്കൂളുകളിൽ ജോലി ചെയ്യുന്നവർക്കും വിദ്യാഭ്യാസവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടവർക്കും വേണ്ടി ഞങ്ങൾ തയ്യാറാക്കിയിട്ടുണ്ട് പാഠ പരിപാടികൾ വിദ്യാഭ്യാസ സാമഗ്രികളും. ചില ജോലികൾ ചെയ്യുമ്പോൾ എന്ത് കഴിവുകളാണ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതെന്നും, നേടിയ കഴിവുകൾ പരിശീലന മാനദണ്ഡങ്ങളുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്നും അവർ വിശദമായി വിവരിക്കുന്നു.

അവലംബം: www.habr.com