LEGO MINDSTORMS Education EV3 sa gabay sa karera

изображение — roboconstructor.ru

Sinasabi ng isang kilalang talinghaga na nang ang isang kabataang ina na may anak sa kanyang mga bisig ay bumaling sa pantas at tinanong kung anong edad niya dapat simulan ang pagpapalaki sa kanyang mga supling, ang matanda ay sumagot na siya ay huli na ng kasing dami ng edad ng bata. . Ang sitwasyon sa pagpili ng isang bokasyon sa hinaharap ay medyo magkatulad. Mahirap humiling ng kamalayan ng mga hilig at interes ng isang tao mula sa isang sanggol, ngunit nasa high school na ang lahat ng uri ng mga espesyalisasyon ay nagsisimula, at sa oras na ito ay magiging maganda na malaman na kung aling direksyon ang ilipat ang nasa hustong gulang na bata. Ngunit isang bagay na halos sigurado na nating alam na sa mga susunod na dekada, mula 30 hanggang 80% ng mga propesyon ay magiging ganap na awtomatiko.

Робототехника, кибернетика, понимание алгоритмов – тот набор навыков, с которым, скорее всего, человеку не будут грозить настолько туманные перспективы. Конечно, скорее всего параллельно с заменой рабочей силы на роботов будет развиваться и концепция безусловного базового дохода, вот только вряд ли вы хотите для своего ребенка подобного будущего.

Marami na ngayong paraan para mabilis na maipakita sa kabataan at interesadong madla ang mga pangunahing kaalaman sa programming at robotics. Lahat ng mga ito ay mura, medyo madaling matutunan, at sa loob ng ilang oras ay nagbibigay ng pag-unawa sa mga pangunahing kaalaman ng mga algorithm at konsepto ng mga cybernetic device. Ngunit sa mga silid-aralan ay madaling makaharap ang mga disadvantages ng mga platform na ito - limitado ang wear resistance (at aminin natin, "idiot resistance") ng mga breadboard, mga interface ng software na hindi masyadong palakaibigan para sa mga batang may edad na 11-12, at medyo maliit. elemento ng "laro".

Ang pinakasikat na tagagawa ng mga set na pang-edukasyon, ang LEGO Education, ay nakikibaka sa lahat ng mga pagkukulang na ito sa loob ng higit sa dalawampung taon. Siyempre, pinag-uusapan natin ang platform ng MINDSTORMS Education EV3. Mula sa Mindstorms RCX na ginawa noong unang bahagi ng 90s hanggang sa pinakamodernong MINDSTORMS Education EV3 complex, nananatiling pareho ang prinsipyo ng pagbuo ng platform. Ito ay batay sa isang "intelligent brick", isang microcomputer na may screen at mga I/O port kung saan konektado ang lahat ng iba pang bahagi. Tulad ng sa anumang robotic system, ang mga peripheral na aparato ay nahahati sa mga sensor at effector. Sa tulong ng mga sensor, nakikita ng robot ang mundo sa paligid nito, at salamat sa mga effector, tumutugon ito dito alinsunod sa naka-program na programa. Ang mga bahagi ng platform ay konektado kasama ng mga simpleng cable na walang paghihinang, at ang mga mekanikal na istruktura ay limitado lamang sa pamamagitan ng lakas ng mga bahagi ng plastik at imahinasyon ng mga taga-disenyo.

Sa nakaraang post Isinaalang-alang namin ang mga posibilidad ng naturang mga solusyon sa pangkalahatan, ngunit ngayon ay gusto naming mag-detalye nang mas detalyado sa LEGO MINDSTORMS Education EV3.

EV3

Ang LEGO MINDSTORMS Education EV3 ay ginawang tugma sa mga bahagi ng Lego Technic. Nangangahulugan ito na ang platform ay maaaring gamitin upang lumikha ng isang malawak na iba't-ibang at kahit na hindi kapani-paniwalang mga disenyo, mula sa simpleng "mga kotse" at "robotic na mga kamay" hanggang sa mga kumplikadong conveyor o kahit na "Rubik's cube solver." Halos anumang set ng Lego Technic ay maaaring gamitin bilang pinagmumulan ng mga piyesa para sa mga proyekto, at walang magiging problema sa pagpapalit ng mga sirang ekstrang piyesa. Oo, hindi sila mukhang kasing brutal ng lumang Soviet aluminum construction kit, ngunit sa pagsasagawa ay lumalabas na mas malakas sila kaysa sa mga produktong metal. At least sa collection ko, na nagsimula noong 1993, wala pang nadidiskubre kahit isang sirang parte.

Ang MINDSTORMS Education EV3 Basic Educational Set ay may kasamang 541 piraso ng Lego Technic. Maaaring mabili bilang isang espesyal na hanay ng mapagkukunan tulad ng 45560 (o ang mas lumang 9648, na ginawa para sa NXT), o isang malaking uri ng tagabuo 42043 (2800 деталей) или 42055 (halos 4000 na bahagi), at, nang naglaro nang sapat sa pangunahing modelo, gamitin ito bilang "mga brick" para sa mga cybernetic na eksperimento. Sa mga tuntunin ng isang piraso, ang Lego ay lubhang nangunguna sa iba pang mga hanay dito - 3-5 rubles lamang bawat piraso.

Well, kung ang isang tao ay may lumang koleksyon na may kasamang libu-libong bahagi, hindi mo na kailangang mag-alala tungkol sa mga mapagkukunan.

Screenshot mula sa serbisyo ng Brickset (isang interactive na database para sa mga may-ari ng Lego construction kits na nagbibigay-daan sa iyong mangolekta ng iba't ibang istatistika) ng may-akda

Gayunpaman, nalalapat lamang ito sa mga "passive" na elemento tulad ng mga beam, gulong o connecting pin. Ang mga sensor at effector, siyempre, ay mas mahal, ngunit mayroong higit sa sapat sa mga ito sa pangunahing kit. Kumpleto ang Mindstorms EV3 sa tatlong motor (dalawang mas malaki at mas malakas at isang compact servo), isang pares ng touch sensor (isang uri ng "smart" buttons), ultrasonic, gyroscopic at color sensors (maaari din itong gumana sa light sensor mode) . Dagdag pa, pinapanatili ang pagiging tugma sa mga sensor mula sa nakaraang henerasyon ng mga robot ng Lego Education, Mindstorms NXT, (kabilang dito, halimbawa, isang sensor ng antas ng ingay).

Ngunit bumalik tayo sa "matalinong brick", ang puso ng sistema. Ito ay talagang isang medyo mabigat at napakalaking "brick", na nilagyan ng isang 178x128 monochrome LCD screen (hindi lamang ang menu ay ipinapakita dito, kundi pati na rin ang lahat ng uri ng mga pasadyang larawan sa panahon ng operasyon) na may nababagong kulay ng backlight. Gamit ang mga wire na may karaniwang RJ-12 connector, ang mga sensor at effector ay konektado dito (hanggang sa apat na device ng bawat uri), mayroong slot para sa microSDHC at isang USB port.

Ang huli ay maaaring magamit kapwa upang i-download ang mga programa sa kanilang sarili at upang i-update ang firmware. Gayunpaman, ang microcontroller ay hindi pinagkaitan ng mga wireless na interface; kung ninanais, maaari kang mag-download ng mga programa sa pamamagitan ng Wi-Fi (nangangailangan ng panlabas na module) o Bluetooth (built-in). Gayundin, kung tayo ay nag-i-assemble ng isang robot na kinokontrol ng malayo, maaari nating "patnubayan" ito gamit ang wireless na komunikasyon mula sa isang smartphone o tablet.

Sa loob ng "smart brick" ay nakatira ang isang 300 MHz ARM processor, 16 megabytes ng permanenteng memorya (at iyon ang dahilan kung bakit kapaki-pakinabang ang card) at 64 megabytes ng RAM. Gaano man kahinhin ang mga numerong ito, mayroong higit sa sapat na kapangyarihan upang maisagawa kahit ang pinakamalawak na mga algorithm na maaari mong isulat, o higit pa sa isang bata sa proseso ng pag-aaral. At kung ihahambing mo ito sa 48 MHz processor ng nakaraang henerasyong NXT, na kamakailan ay naging sampung taong gulang, ang pag-unlad ay medyo kapansin-pansin. Gayunpaman, hindi masasabi na ang NXT ay nagpapabagal sa anumang kapansin-pansing proseso ng paglutas ng mga tipikal na problema.

Dagdag pa, lumitaw ang isang ika-apat na port para sa mga motor, na sa kanyang sarili ay isang makabuluhang pagpapalawak ng pag-andar na nagbibigay-katwiran sa pag-upgrade.

Sinusuportahan na ngayon ng USB port ang host mode, ito ay nagbibigay-daan sa iyo hindi lamang upang ikonekta ang isang Wi-Fi adapter, ngunit din upang ikonekta ang ilang mga bloke ng EV3 sa isang kumplikadong robot. Totoo, ang antas ng mga gawain ay nagiging ganap na "hindi bata".

Panghuli, mayroon na ngayong suporta sa baterya ang MINDSTORMS Education EV3. Sa halip na anim na AA na baterya, maaari mong i-install ang kasamang lithium-ion na baterya sa loob ng dalawa at kalahating ampere na oras. Siyempre, walang nagbabawal sa paggamit ng mga eneloop-type na AA na baterya, ngunit ang pangangailangang tanggalin ang mga ito para sa pag-charge ay ginagawang mas mababa sa average ang kakayahang magamit. At ang presyo ng isang pares ng eneloop kit na may charger ay medyo maihahambing sa isang branded na baterya.

Oh oo, may malaki at malakas na speaker na hindi lang nakakapag-squeal ng mga retro na himig mula sa 8-bit na panahon, ngunit nakakapag-play din ng mas magagandang tunog.

Ngayon tingnan natin ang mga effector mula sa pangunahing hanay. Dalawa sa mga ito ay makapangyarihang mga motor na katulad ng mga ginamit na sa NXT, mga pahaba na device na nagkakaroon ng seryosong torque salamat sa isang panloob na gear sa pagbabawas.

Kung sakaling ang motor ay naharang, ang isang mekanikal na clutch ay ibinigay, na nagsisimulang madulas kung ang alitan ay mas malaki kaysa sa kinakalkula, kaya medyo mahirap sunugin ang motor.
Mayroong isang sensor ng anggulo ng pag-ikot na may resolusyon na isang degree (sinasabi ng motor sa controller kung anong anggulo ang kasalukuyang pinaikot ng axis nito) at ang kakayahang tumpak na i-synchronize ang pag-ikot ng lahat ng konektadong motor.

Ang pangatlo, tinatawag na M-servo drive (medium-sized na motor) ay gumagawa ng tatlong beses na mas kaunting metalikang kuwintas, ngunit ang bilis ng pag-ikot nito ay halos dalawang beses na mas mataas.

Tulad ng para sa mga sensor, hindi mo talaga kailangang limitahan ang iyong sarili sa mga inaalok ng LEGO Education (bagaman sila ay nasa bubong para sa anumang proyektong pang-edukasyon), ang isang bilang ng mga kumpanya ng third-party ay gumagawa ng mga tugma at kung minsan ay medyo kakaibang mga sensor. Ang source code ng firmware at mga detalye ng hardware nang buo bukas.

Программное обеспечение

Marami kaming napag-usapan tungkol sa hardware, ngunit sa katunayan, hindi lang ito ang tumutukoy sa pagiging epektibo ng mga klase ng robotics. Ito ay ang pagkakaroon ng tunay na intuitive na software sa maraming platform (Mac, PC, mga mobile device) at nakahandang kurikulum ginagawang LEGO MINDSTORMS Education EV3 ang mapagpipiliang plataporma para sa pag-aaral, lalo na sa pagitan ng elementarya at sekondaryang paaralan, para sa mga batang may edad na sampu.

App welcome screen sa iPad

Визуализация алгоритмов в родном ПО LEGO MINDSTORMS Education EV3 находится просто на высшем уровне – достаточно буквально за несколько минут усвоить основные виды взаимодействия логических блоков (условия перехода, цикл и т.д.) и в дальнейшем постепенно наращивать сложность программ. Разумеется, есть и готовые обучающие проекты для десятков разнообразных моделей роботов, а при желании в интернет-сообществах можно найти тысячи интересных программ.

Halimbawang programa sa isang iPad application

Maaaring mag-install ang mga advanced na user ng LabVIEW o RobotC - ang "utak" ng LEGO MINDSTORMS Education EV3 ay ganap na tugma sa mga paketeng ito. Sa kasamaang palad, hindi posibleng mag-export ng mga lumang proyekto para sa NXT nang walang karagdagang conversion.

Mula sa isang pang-edukasyon na pananaw, ito ay higit na interesado bersyon ng desktop software. Pinapayagan ka nitong panatilihin ang mga elektronikong notebook para sa mga mag-aaral, salamat sa kung saan masusuri ng guro ang tagumpay ng isang partikular na mag-aaral mula sa kanyang bersyon ng application at subaybayan ang kanyang pag-unlad. Dagdag pa, maaari mong gamitin hindi lamang ang mga materyal na pang-edukasyon na magagamit sa software (kung saan marami), ngunit lumikha din ng iyong sarili gamit ang built-in na editor ng nilalaman.

Mga video ng tutorial na EV3 Content Editor

Ang desktop na bersyon ay mayroon ding data recording utility na may kakayahang mag-program ng mga graph area depende sa mga halaga ng threshold. Ibig sabihin, ngayon ay madaling maipakita ng isang guro ang pagpapatakbo ng mga modernong teknolohiya sa loob ng isang matalinong tahanan, halimbawa.

Ang EV3 microcomputer ay mangongolekta ng data mula sa mga sensor sa real time at, depende sa background ng temperatura, maglulunsad ng isa o isa pang modelong programa. Kapag mataas ang temperatura, bumukas ang bentilador, at kapag mababa ang temperatura, bubukas ang heater. At ang mga mag-aaral ay makakapag-record at makakapag-analisa ng data, na tinatapos ang modelo.

Pag-log ng Data

Открытость прошивки «умного кирпича» уже сыграла свою роль: существуют альтернативные варианты с поддержкой большинства популярных языков программирования (десятки их). По большому счету использование EV3 можно «прикрутить» к любому образовательному проекту, связанному с программированием, поскольку мало что так радует, как возможность увидеть работу собственных алгоритмов «в железе».

Inaasahan ng marami na maaaring ang katitisuran sa kwentong ito ay ang presyo. Sa katunayan, para sa Basic set ay kailangan mong magbayad ng 29 rubles, kasama ang isa pang 900 para sa pagsingil. Gayunpaman, ang halagang ito ay may kasamang mga bahagi at electronics para sa komportableng gawain ng dalawang mag-aaral, pati na rin ang ganap na pangunahing software na may 2 na handa na mga aralin (na mula noong Enero 500 ay ganap na libre para sa parehong mga indibidwal at organisasyon). Siyempre, ang mga karagdagang kagamitan at mission kit ay maaaring tumaas ang gastos, ngunit sa makatuwirang dahilan. Kaya isang kit para sa 48 mag-aaral, kabilang ang mga basic at resource set ng LME EV2016, mga charger, software at дополнительный комплект заданий «Инженерные проекты», ay nagkakahalaga ng 174. Medyo katanggap-tanggap para sa equipping, halimbawa, isang bilog sa paaralan.

Oo, ito ay kapansin-pansing mas mahal kaysa sa mga simpleng Arduino-like platform. Ngunit ang mga pagkakataon, pati na rin ang antas ng pakikilahok, ay mas mataas. Ang kurikulum na nakabatay sa EV3 ay maaaring ligtas na maplano sa buong high school at higit pa. Bilang karagdagan, sa sapat na paggamit ng LEGO MINDSTORMS Education EV3 ito ay "mabubuhay" lamang ng ilang mga simpleng kit dahil sa mga mekanikal na katangian, madaling palitan at pagkakaroon ng mga bahagi (sa aking pagsasanay, isang RJ-12 cable lamang ang nangangailangan ng kapalit sa 10-taon- lumang NXT).

Bilang resulta, nakikita namin ang isang halos open-source na proyekto na sinusuportahan ng isang higanteng kumpanya na may lahat ng mga bonus na kinakailangan sa ganoong sitwasyon - isang mahabang ikot ng buhay, pagkakaroon ng mga ekstrang bahagi at extension, opisyal at amateur na mga gabay, isang binuo na komunidad. Ang Mindstorms ay naging halos isang pamantayan sa mga klase ng robotics na pang-edukasyon sa Kanluran para sa mga bata, at magiging talagang cool na makita itong malawak na pinagtibay sa Russia.

Pagpili ng landas

At ngayon sa pangunahing bagay. Hindi tulad ng WeDo 2.0 sets, ang EV3 ay naglalayong sa mataas na paaralan, at samakatuwid ay sa mas matatandang mga bata, kung saan ang isyu ng pagpili ng isang propesyon sa hinaharap ay mas seryoso.

Используя EV3, каждый из учеников сможет активнее раскрыть те способности, которые были в нем заложены природой, воспитанием и учебным процессом.

Ang isang ipinanganak na mathematician ay malapit na susubaybayan ang telemetry ng mga sensor, kung paano eksaktong naitala ang distansya na nilakbay ng robot, kung paano naitala ang anggulo kung saan ito lumilihis, at iba pa.

Ang hinaharap na espesyalista sa IT, siyempre, ay ilulubog ang kanyang sarili sa pagprograma ng robot, pag-aaral ng mga algorithm kung saan ito gumagalaw. At tiyak na lilikha siya ng kanyang sarili, hindi ibinigay ng mga karaniwang tagubilin.

Ang isang bata na mahilig sa pisika ay makakapagsagawa ng mga visual na eksperimento sa tulong ng isang robot; sa kabutihang palad, ang mga set ay walang mga problema sa mga sensor, tulad ng ang bata ay walang mga problema sa imahinasyon.

Sa pangkalahatan, anuman ang mga interes at paboritong paksa ng iyong anak sa paaralan, ang pag-aaral gamit ang mga set ng MINDSTORMS EV3 ay magbibigay-daan sa kanila na mas malinaw na mai-highlight at nakatuon sa kanilang pag-unlad sa hinaharap.

Sa buhay

Sa ngayon, ang mga solusyon ng kumpanya ay ginagamit na ng mga mag-aaral upang lumikha ng mga kagiliw-giliw na proyekto, kapwa bilang bahagi ng iba't ibang mga kumpetisyon at para sa pangkalahatang pag-unlad. Sumulat ang media tungkol sa ilan sa kanila ngayong taon.

Ang mga mag-aaral sa Astrakhan na sina Ruslan Kazimov at Mikhail Gladyshev, na nakabase sa parke ng teknolohiya sa rehiyon, ay bumuo ng isang robotic simulator para sa rehabilitasyon ng mga kasukasuan ng kamay.

larawan - rg.ru

Ang mga ikawalong baitang ay gumugol ng wala pang dalawang buwan sa pagbuo ng simulator. Iniharap nila ang kanilang proyekto sa yugto ng rehiyon ng IX All-Russian na kumpetisyon ng mga siyentipiko at makabagong proyekto sa Southern Federal District, kung saan sila ay nakakuha ng pangalawang lugar. Sa hinaharap, plano nilang gumawa ng pang-industriyang prototype - sa ngayon, nag-aalok lang ang mga developer ng prototype na ginawa mula sa LEGO MINDSTORMS Education EV3 educational robotic set.

Ang aparato ay nadoble ang mga paggalaw na isinagawa ng doktor - ang mga joints ay nagsisimulang gumana, sa gayon ay nagpapanumbalik ng kadaliang mapakilos hindi lamang sa kanila, kundi pati na rin sa mga grupo ng kalamnan. Habang nakakonekta ang mga device sa pamamagitan ng Bluetooth, sa hinaharap ay makikipag-ugnayan sila gamit ang Internet o Wi-Fi.

Mayroong mga analogue ng naturang aparato sa merkado, ngunit ang aparatong Astrakhan ay maaaring gumana nang sabay-sabay sa mga kasukasuan ng balikat, pulso at siko. Bukod dito, ito ay portable at pinapatakbo ng baterya. Mayroon ding posibilidad ng remote control, iyon ay, ang pasyente ay maaaring magsanay nang hindi umaalis sa bahay.

Sa World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015), ang Russian team DRL mula sa St. Petersburg ay ginawaran ng isang espesyal na premyo para sa pagkamalikhain mula sa LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).

Ipinakita ng koponan ng Russian DRL ang proyektong CaveBot. Ang mga lalaki mula sa St. Petersburg, sa ilalim ng patnubay ni coach Sergei Filippov, ay lumikha ng isang natatanging robotic explorer upang tumuklas ng mga hindi pa natutuklasang lugar sa mga kuweba. Sinasaklaw ng pag-unlad ang iba't ibang larangang pang-agham, dahil ginagawang posible ng natatanging robot na magsagawa ng mga gawain na may iba't ibang kumplikado.

Ang koponan ay bumuo ng isang climbing robot na nilagyan ng iba't ibang mga sensor upang makita ang mga bagay para sa kasunod na paggalugad. Ang resultang data ay maaaring gawing mga 3D na modelo sa isang computer.

At lumikha ang 13-taong-gulang na si Shubham Banerjee manlilimbag Braille na gawa sa mga piraso ng LEGO para sa isang proyekto sa agham ng paaralan. Nang maglaon, kasama ang pakikilahok ng kanyang pamilya, isang startup ang nilikha upang ilunsad ang imbensyon, na nakatanggap ng pinansiyal na suporta mula sa korporasyon ng teknolohiyang Intel.

(Larawan: Marcio Jose Sanchez, AP)

Ang ideya na lumikha ng isang printer ay dumating sa Shubham pagkatapos magsaliksik ng Braille sa Internet. Napagtatanto na ang mga touch typing printer ay nagkakahalaga ng $2,000 at pataas, nagpasya ang estudyante na gumawa ng mas murang bersyon.

Di-nagtagal pagkatapos ng pag-imbento, ang mga bulag na bata at ang kanilang mga magulang ay nagsimulang makipag-ugnayan kay Shubham na may isang kahilingan - na gumawa ng murang Braille printer, na nangangako na "bilhin ito kaagad mula sa istante."

Tulad ng nakikita mo, ang paggamit ng MINDSTORMS Education EV3 sa proseso ng pag-aaral ay nagbibigay-daan sa mga mag-aaral na gamitin ang kanilang imahinasyon sa maximum, na lumilikha ng higit at higit pang mga bagong mekanismo na hindi lamang nakakatulong upang mapagtanto ang mga ideya o biswal na magsagawa ng anumang mga eksperimento, ngunit nagsisimula ring magpasya sa kanilang propesyon sa hinaharap.

Если у вас есть вопросы насчет использования этих решений в образовательном процессе (или о самих продуктах) — пишите их в комментариях.

Pinagmulan: www.habr.com