LEGO MINDSTORMS Education EV3 dalam bimbingan kerjaya

imej – roboconstructor.ru

Sebuah perumpamaan yang terkenal mengatakan bahawa apabila seorang ibu muda dengan seorang anak dalam pelukannya berpaling kepada orang bijak itu dan bertanya pada usia berapa dia harus mula membesarkan anak-anaknya, lelaki tua itu menjawab bahawa dia telah terlambat sama seperti kanak-kanak itu sudah berumur. . Situasi dengan memilih kerjaya masa depan agak serupa. Sukar untuk menuntut kesedaran tentang kecenderungan dan minat seseorang dari bayi, tetapi sudah di sekolah menengah semua jenis pengkhususan bermula, dan pada masa ini adalah baik untuk mengetahui arah mana untuk memindahkan anak yang sudah dewasa. Tetapi satu perkara yang kita sudah tahu hampir pasti ialah sepanjang dekad akan datang, daripada 30 hingga 80% profesion akan diautomatikkan sepenuhnya.

Robotik, sibernetik, dan pemahaman algoritma adalah satu set kemahiran yang kemungkinan besar, seseorang tidak akan menghadapi prospek yang tidak jelas. Sudah tentu, kemungkinan besar, selari dengan penggantian tenaga buruh dengan robot, konsep pendapatan asas tanpa syarat juga akan berkembang, tetapi tidak mungkin anda menginginkan masa depan seperti itu untuk anak anda.

Kini terdapat banyak cara untuk menunjukkan asas pengaturcaraan dan robotik kepada khalayak muda dan berminat dengan cepat. Kesemuanya adalah murah, agak mudah dipelajari, dan dalam masa beberapa jam memberikan pemahaman tentang asas algoritma dan konsep peranti sibernetik. Tetapi di dalam bilik darjah adalah mudah untuk menghadapi kelemahan platform ini - rintangan haus yang terhad (dan mari kita hadapi itu, "rintangan bodoh") papan roti, antara muka perisian yang tidak begitu mesra untuk kanak-kanak berumur 11-12, dan yang agak kecil elemen "permainan".

Pengeluar set pendidikan yang paling terkenal, LEGO Education, telah bergelut dengan semua kekurangan ini selama lebih daripada dua puluh tahun. Kami, sudah tentu, bercakap tentang platform MINDSTORMS Education EV3. Daripada Mindstorms RCX yang dihasilkan pada awal 90-an kepada kompleks MINDSTORMS Education EV3 yang paling moden, prinsip pembentukan platform kekal sama. Ia berdasarkan "bata pintar", komputer mikro dengan skrin dan port I/O yang mana semua komponen lain disambungkan. Seperti dalam mana-mana sistem robotik, peranti persisian dibahagikan kepada penderia dan efektor. Dengan bantuan penderia, robot itu melihat dunia di sekelilingnya, dan terima kasih kepada pengesan, ia bertindak balas kepadanya mengikut program yang diprogramkan. Komponen platform disambungkan bersama dengan kabel ringkas tanpa pematerian, dan struktur mekanikal hanya terhad oleh kekuatan bahagian plastik dan imaginasi pereka.

Dalam post sebelum ini Kami mempertimbangkan kemungkinan penyelesaian sedemikian secara umum, tetapi kini kami ingin membincangkan dengan lebih terperinci tentang LEGO MINDSTORMS Education EV3.

EV3

LEGO MINDSTORMS Education EV3 dibuat serasi dengan bahagian Lego Technic. Ini bermakna bahawa platform boleh digunakan untuk mencipta pelbagai jenis dan juga reka bentuk yang luar biasa, daripada "kereta" dan "tangan robotik" ringkas kepada penghantar kompleks atau malah "penyelesai kiub Rubik." Hampir mana-mana set Lego Technic boleh digunakan sebagai sumber bahagian untuk projek, dan tidak akan ada masalah untuk menggantikan alat ganti yang rosak. Ya, mereka tidak kelihatan kejam seperti kit pembinaan aluminium Soviet lama, tetapi dalam praktiknya mereka ternyata lebih kuat daripada produk logam. Sekurang-kurangnya dalam koleksi saya, yang bermula pada tahun 1993, masih belum ditemui satu bahagian yang patah.

Set Pendidikan Asas MINDSTORMS Education EV3 dilengkapi dengan 541 keping Lego Technic. Boleh dibeli sebagai set sumber khusus seperti 45560 (atau 9648 yang lebih lama, dihasilkan untuk NXT), atau hanya pembina jenis besar 42043 (2800 bahagian) atau 42055 (hampir 4000 bahagian), dan, setelah bermain cukup dengan model utama, gunakannya sebagai "bata" untuk eksperimen sibernetik. Dari segi satu keping, Lego sangat mendahului set lain di sini - hanya 3-5 rubel setiap keping.

Nah, jika seseorang mempunyai koleksi lama yang merangkumi puluhan ribu bahagian, maka anda tidak perlu risau tentang sumber sama sekali.

Tangkapan skrin daripada perkhidmatan Brickset (pangkalan data interaktif untuk pemilik kit pembinaan Lego yang membolehkan anda mengumpul pelbagai statistik) oleh pengarang

Walau bagaimanapun, ini hanya terpakai kepada elemen "pasif" seperti rasuk, roda atau pin penyambung. Penderia dan pengesan, sudah tentu, jauh lebih mahal, tetapi terdapat lebih daripada cukup daripada mereka dalam kit asas. Mindstorms EV3 didatangkan lengkap dengan tiga motor (dua lebih besar dan lebih berkuasa serta satu servo padat), sepasang sensor sentuh (sejenis butang "pintar"), sensor ultrasonik, giroskopik dan warna (ia juga boleh berfungsi dalam mod sensor cahaya) . Selain itu, keserasian dengan penderia daripada robot Lego Education generasi sebelumnya, Mindstorms NXT, dikekalkan (ini termasuk, sebagai contoh, penderia tahap hingar).

Tetapi mari kita kembali kepada "bata pintar", nadi sistem. Ini sememangnya "bata" yang agak berat dan besar, dilengkapi dengan skrin LCD monokrom 178x128 (bukan sahaja menu dipaparkan padanya, tetapi juga semua jenis gambar tersuai semasa operasi) dengan warna lampu latar yang boleh diubah. Menggunakan wayar dengan penyambung RJ-12 standard, penderia dan pengesan disambungkan kepadanya (sehingga empat peranti bagi setiap jenis), terdapat slot untuk microSDHC dan port USB.

Yang terakhir boleh digunakan untuk memuat turun program itu sendiri dan untuk mengemas kini perisian tegar. Walau bagaimanapun, mikropengawal tidak kehilangan antara muka wayarles; jika dikehendaki, anda boleh memuat turun program melalui Wi-Fi (memerlukan modul luaran) atau Bluetooth (terbina dalam). Selain itu, jika kami memasang robot kawalan jauh, kami boleh "mengemudi"nya menggunakan komunikasi tanpa wayar daripada telefon pintar atau tablet.

Di dalam "bata pintar" terdapat pemproses ARM 300 MHz, 16 megabait memori kekal (dan itulah sebabnya kad itu berguna) dan 64 megabait RAM. Tidak kira betapa sederhananya nombor ini, terdapat lebih daripada cukup kuasa untuk melaksanakan walaupun algoritma yang paling luas yang anda, atau lebih-lebih lagi seorang kanak-kanak dalam proses pembelajaran, boleh tulis. Dan jika anda membandingkannya dengan pemproses 48 MHz generasi sebelumnya NXT, yang baru-baru ini berusia sepuluh tahun, kemajuannya agak ketara. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh dikatakan bahawa NXT memperlahankan sebarang ketara dalam proses menyelesaikan masalah biasa.

Selain itu, port keempat untuk motor telah muncul, yang dengan sendirinya merupakan pengembangan fungsi yang ketara yang mewajarkan peningkatan.

Port USB kini menyokong mod hos, ini membolehkan anda bukan sahaja menyambung penyesuai Wi-Fi, tetapi juga untuk menyambung beberapa blok EV3 ke dalam satu robot kompleks. Benar, tahap tugas menjadi sepenuhnya "tidak kebudak-budakan".

Akhirnya, MINDSTORMS Education EV3 kini mempunyai sokongan bateri. Daripada enam bateri AA, anda boleh memasang bateri litium-ion yang disertakan selama dua setengah jam ampere. Sudah tentu, tiada siapa yang melarang penggunaan bateri AA jenis eneloop, tetapi keperluan untuk mengeluarkannya untuk pengecasan menjadikan kebolehgunaan di bawah purata. Dan harga sepasang kit eneloop dengan pengecas agak setanding dengan bateri berjenama.

Oh ya, terdapat pembesar suara yang besar dan kuat yang kini bukan sahaja boleh memekik lagu retro dari era 8-bit, tetapi juga memainkan bunyi yang lebih menyenangkan.

Sekarang mari kita lihat efektor dari set asas. Dua daripadanya ialah motor berkuasa yang serupa dengan yang telah digunakan dalam peranti NXT, bujur yang menghasilkan tork yang serius berkat gear pengurangan dalaman.

Sekiranya motor disekat, klac mekanikal disediakan, yang mula tergelincir jika geseran lebih besar daripada yang dikira, jadi agak sukar untuk membakar motor.
Terdapat sensor sudut putaran dengan resolusi satu darjah (motor memberitahu pengawal pada sudut mana paksinya sedang diputar) dan keupayaan untuk menyegerakkan putaran semua motor yang disambungkan dengan tepat.

Yang ketiga, yang dipanggil pemacu M-servo (motor bersaiz sederhana) menghasilkan tork tiga kali ganda kurang, tetapi kelajuan putarannya hampir dua kali lebih tinggi.

Bagi penderia, anda tidak perlu mengehadkan diri anda kepada yang ditawarkan oleh LEGO Education (walaupun ia adalah melalui bumbung untuk sebarang projek pendidikan), beberapa syarikat pihak ketiga menghasilkan penderia yang serasi dan kadangkala agak eksotik. Kod sumber perisian tegar dan spesifikasi perkakasan sepenuhnya buka.

Perisian

Kami telah bercakap banyak tentang perkakasan, tetapi sebenarnya, ia bukan satu-satunya perkara yang menentukan keberkesanan kelas robotik. Ia adalah kehadiran perisian yang benar-benar intuitif pada pelbagai platform (Mac, PC, peranti mudah alih) dan kurikulum siap sedia menjadikan LEGO MINDSTORMS Education EV3 sebagai platform pilihan pembelajaran, terutamanya antara sekolah rendah dan menengah, untuk kanak-kanak berumur sepuluh tahun.

Skrin alu-aluan apl pada iPad

Visualisasi algoritma dalam perisian LEGO MINDSTORMS Education EV3 asli hanya pada tahap tertinggi - hanya dalam beberapa minit sudah cukup untuk menguasai jenis interaksi utama blok logik (keadaan peralihan, gelung, dll.) dan kemudian secara beransur-ansur meningkatkan kerumitan program. Sudah tentu, terdapat projek pendidikan siap sedia untuk berpuluh-puluh model robot yang berbeza, dan jika anda mahu, anda boleh menemui beribu-ribu program menarik dalam komuniti dalam talian.

Contoh program dalam aplikasi iPad

Pengguna lanjutan boleh memasang LabVIEW atau RobotC - "otak" LEGO MINDSTORMS Education EV3 serasi sepenuhnya dengan pakej ini. Malangnya, tidak mungkin untuk mengeksport projek lama untuk NXT tanpa penukaran tambahan.

Dari sudut pendidikan, ia lebih diminati versi perisian desktop. Ia membolehkan anda menyimpan buku nota elektronik untuk pelajar, dengan itu guru boleh menilai kejayaan pelajar tertentu daripada versi aplikasinya dan memantau kemajuannya. Selain itu, anda boleh menggunakan bukan sahaja bahan pendidikan yang terdapat pada perisian (yang terdapat banyak), tetapi juga mencipta sendiri menggunakan editor kandungan terbina dalam.

Video tutorial Editor Kandungan EV3

Versi desktop juga mempunyai utiliti rakaman data dengan keupayaan untuk memprogram kawasan graf bergantung pada nilai ambang. Iaitu, kini seorang guru boleh dengan mudah menunjukkan pengendalian teknologi moden dalam rumah pintar, contohnya.

Mikrokomputer EV3 akan mengumpul data daripada penderia dalam masa nyata dan, bergantung pada latar belakang suhu, melancarkan satu atau program model lain. Apabila suhu tinggi, kipas dihidupkan, dan apabila suhu rendah, pemanas dihidupkan. Dan pelajar akan dapat merekod dan menganalisis data, memuktamadkan model.

Pengelogan Data

Keterbukaan perisian tegar "bata pintar" telah memainkan peranannya: terdapat pilihan alternatif yang menyokong kebanyakan bahasa pengaturcaraan popular (berpuluh-puluh daripadanya). Pada umumnya, penggunaan EV3 boleh "dilekatkan" pada mana-mana projek pendidikan yang berkaitan dengan pengaturcaraan, kerana beberapa perkara yang menyenangkan seperti peluang untuk melihat kerja algoritma sendiri "dalam perkakasan."

Ramai yang menjangkakan bahawa batu penghalang dalam cerita ini mungkin harganya. Sesungguhnya, untuk set Asas anda perlu membayar 29 rubel, ditambah 900 lagi untuk pengecasan. Walau bagaimanapun, jumlah ini termasuk alat ganti dan elektronik untuk kerja selesa dua pelajar, serta perisian asas yang lengkap dengan 2 pelajaran siap sedia (yang sejak Januari 500 adalah percuma sepenuhnya untuk individu dan organisasi). Sudah tentu, peralatan tambahan dan kit misi boleh meningkatkan kos, tetapi dalam alasan. Jadi kit untuk 48 pelajar, termasuk set asas dan sumber LME EV2016, pengecas, perisian dan set tugas tambahan "Projek kejuruteraan", akan menelan kos 174. Agak boleh diterima untuk melengkapkan, sebagai contoh, bulatan di sekolah.

Ya, ia nyata lebih mahal daripada platform seperti Arduino yang mudah. Tetapi peluang, serta tahap penglibatan, jauh lebih tinggi. Kurikulum berasaskan EV3 boleh dirancang dengan selamat di seluruh sekolah menengah dan seterusnya. Di samping itu, dengan penggunaan LEGO MINDSTORMS Education EV3 yang mencukupi, ia hanya akan "hidup" beberapa kit mudah kerana kualiti mekanikal, kebolehgantian mudah dan ketersediaan bahagian (dalam amalan saya, hanya satu kabel RJ-12 memerlukan penggantian dalam 10 tahun- NXT lama).

Hasilnya, kami melihat projek sumber terbuka yang hampir disokong oleh syarikat gergasi dengan semua bonus yang diperlukan dalam situasi sedemikian - kitaran hayat yang panjang, ketersediaan alat ganti dan sambungan, panduan rasmi dan amatur, komuniti yang maju. Mindstorms telah menjadi hampir satu standard dalam kelas robotik pendidikan Barat untuk kanak-kanak, dan sangat menarik untuk melihatnya diterima pakai secara meluas di Rusia.

Memilih jalan

Dan sekarang kepada perkara utama. Tidak seperti set WeDo 2.0, EV3 ditujukan untuk sekolah menengah, dan oleh itu kepada kanak-kanak yang lebih tua, yang isu memilih profesion masa depan adalah lebih serius.

Dengan menggunakan EV3, setiap pelajar akan dapat lebih aktif mendedahkan kebolehan yang wujud dalam dirinya secara semula jadi, didikan dan proses pendidikan.

Seorang ahli matematik yang dilahirkan akan memantau dengan teliti telemetri penderia, bagaimana tepatnya jarak yang dilalui oleh robot direkodkan, bagaimana sudut penyimpangannya direkodkan, dan sebagainya.

Pakar IT masa depan, sudah tentu, akan melibatkan diri dalam pengaturcaraan robot, menganalisis algoritma yang ia bergerak. Dan dia pasti akan mencipta sendiri, tidak disediakan oleh arahan standard.

Seorang kanak-kanak yang bersemangat tentang fizik akan dapat menjalankan eksperimen visual dengan bantuan robot; mujurlah, set itu tidak mempunyai masalah dengan sensor, sama seperti kanak-kanak itu tidak mempunyai masalah dengan imaginasi.

Secara keseluruhan, tidak kira apa minat dan mata pelajaran kegemaran anak anda di sekolah, pembelajaran dengan set MINDSTORMS EV3 akan membolehkan mereka diserlahkan dengan lebih jelas dan fokus pada perkembangan mereka pada masa hadapan.

Dalam kehidupan

Pada masa ini, penyelesaian syarikat telah digunakan oleh pelajar untuk mencipta projek yang menarik, baik sebagai sebahagian daripada pelbagai pertandingan dan untuk pembangunan umum. Media menulis tentang beberapa daripada mereka tahun ini.

Murid sekolah Astrakhan Ruslan Kazimov dan Mikhail Gladyshev, yang berpangkalan di taman teknologi serantau, membangunkan simulator robot untuk pemulihan sendi tangan.

foto - rg.ru

Pelajar gred lapan menghabiskan masa kurang daripada dua bulan untuk membangunkan simulator. Mereka membentangkan projek mereka di peringkat serantau pertandingan IX All-Russian projek saintifik dan inovatif di Daerah Persekutuan Selatan, di mana mereka mendapat tempat kedua. Pada masa hadapan, mereka merancang untuk mencipta prototaip perindustrian - buat masa ini, pembangun hanya menawarkan prototaip yang diperbuat daripada set robotik pendidikan LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Peranti menduplikasi pergerakan yang dilakukan oleh doktor - sendi mula berfungsi, dengan itu memulihkan mobiliti bukan sahaja mereka, tetapi juga kumpulan otot. Walaupun peranti disambungkan melalui Bluetooth, pada masa hadapan mereka akan berkomunikasi menggunakan Internet atau Wi-Fi.

Terdapat analog peranti sedemikian di pasaran, tetapi peranti Astrakhan boleh berfungsi serentak dengan sendi bahu, pergelangan tangan dan siku. Lebih-lebih lagi, ia mudah alih dan dikendalikan bateri. Terdapat juga kemungkinan kawalan jauh, iaitu, pesakit boleh berlatih tanpa meninggalkan rumah.

Di World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015), pasukan Rusia DRL dari St. Petersburg telah dianugerahkan hadiah khas untuk kreativiti daripada LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).

Pasukan DRL Rusia membentangkan projek CaveBot. Lelaki dari St. Petersburg, di bawah bimbingan jurulatih Sergei Filippov, mencipta penjelajah robot yang unik untuk menemui kawasan yang belum diterokai di dalam gua. Perkembangan ini meliputi pelbagai bidang saintifik, kerana robot unik itu memungkinkan untuk melaksanakan tugas dengan kerumitan yang berbeza-beza.

Pasukan itu membina robot pendakian yang dilengkapi dengan pelbagai sensor untuk mengesan objek untuk penerokaan seterusnya. Data yang terhasil boleh diubah menjadi model 3D pada komputer.

Dan Shubham Banerjee yang berusia 13 tahun mencipta pencetak Braille diperbuat daripada kepingan LEGO untuk projek sains sekolah. Kemudian, dengan penyertaan keluarganya, sebuah syarikat permulaan dicipta untuk melancarkan ciptaan itu, yang menerima sokongan kewangan daripada perbadanan teknologi Intel.

(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)

Idea untuk mencipta pencetak datang ke Shubham selepas meneliti Braille di Internet. Menyedari bahawa pencetak menaip sentuh berharga $2,000 dan ke atas, pelajar itu memutuskan untuk membuat versi yang lebih murah.

Tidak lama selepas ciptaan itu, kanak-kanak buta dan ibu bapa mereka mula menghubungi Shubham dengan satu permintaan - untuk membuat pencetak Braille yang murah, berjanji untuk "membelinya terus dari rak."

Seperti yang anda lihat, penggunaan MINDSTORMS Education EV3 dalam proses pembelajaran membolehkan pelajar menggunakan imaginasi mereka secara maksimum, mencipta lebih banyak mekanisme baharu yang bukan sahaja membantu merealisasikan idea atau menjalankan sebarang eksperimen secara visual, tetapi juga mula membuat keputusan tentang profesion masa depan mereka.

Jika anda mempunyai soalan tentang penggunaan penyelesaian ini dalam proses pendidikan (atau tentang produk itu sendiri), tuliskannya dalam ulasan.

Sumber: www.habr.com