hình ảnh – roboconstructor.ru
Một câu chuyện ngụ ngôn nổi tiếng kể rằng khi một bà mẹ trẻ bế đứa con trong tay quay sang nhà hiền triết và hỏi bà nên bắt đầu nuôi dạy con mình vào lúc mấy tuổi, ông già trả lời rằng bà đã muộn bằng số tuổi của đứa trẻ. . Tình huống chọn nghề nghiệp tương lai cũng khá giống nhau. Thật khó để yêu cầu một đứa trẻ nhận thức được khuynh hướng và sở thích của mình, nhưng ở trường trung học, tất cả các loại chuyên môn đều bắt đầu, và đến thời điểm này, thật tuyệt nếu biết đứa trẻ lớn lên sẽ đi theo hướng nào. Nhưng có một điều chúng ta gần như biết chắc chắn là trong những thập kỷ tới, từ 30 đến 80% ngành nghề sẽ được tự động hóa hoàn toàn.
Robot, điều khiển học và hiểu biết về thuật toán là một tập hợp các kỹ năng mà rất có thể một người sẽ không phải đối mặt với những viễn cảnh mơ hồ như vậy. Tất nhiên, rất có thể, song song với việc thay thế lực lượng lao động bằng robot, khái niệm về thu nhập cơ bản vô điều kiện cũng sẽ phát triển, nhưng bạn khó có thể muốn một tương lai như vậy cho con mình.
Hiện nay có nhiều cách để nhanh chóng giới thiệu cho khán giả trẻ và quan tâm những kiến thức cơ bản về lập trình và chế tạo robot. Tất cả chúng đều không tốn kém, khá dễ học và chỉ trong vài giờ sẽ cung cấp cho bạn sự hiểu biết về những kiến thức cơ bản về thuật toán và khái niệm về thiết bị điều khiển học. Nhưng trong các lớp học, người ta dễ dàng gặp phải những nhược điểm của những nền tảng này - khả năng chống mài mòn hạn chế (và hãy đối mặt với nó, cả khả năng chống ngu ngốc nữa) của bảng mạch, giao diện phần mềm không thân thiện lắm với trẻ em từ 11-12 tuổi và kích thước tương đối nhỏ. yếu tố “trò chơi”.
Nhà sản xuất bộ giáo dục nổi tiếng nhất, LEGO Education, đã phải vật lộn với tất cả những thiếu sót này trong hơn 3 năm. Tất nhiên, chúng ta đang nói về nền tảng MINDSTORMS Education EV90. Từ Mindstorms RCX được sản xuất vào đầu những năm 3 cho đến tổ hợp MINDSTORMS Education EVXNUMX hiện đại nhất, nguyên tắc hình thành nền tảng vẫn được giữ nguyên. Nó dựa trên một “cục gạch thông minh”, một máy vi tính có màn hình và các cổng I/O để kết nối tất cả các thành phần khác. Như trong bất kỳ hệ thống robot nào, các thiết bị ngoại vi được chia thành cảm biến và bộ phận tác động. Với sự trợ giúp của các cảm biến, robot nhận thức được thế giới xung quanh và nhờ các tác nhân tác động, nó sẽ phản ứng theo chương trình đã được lập trình. Các thành phần của bệ được kết nối với nhau bằng các loại cáp đơn giản mà không cần hàn, và các cấu trúc cơ khí chỉ bị giới hạn bởi độ bền của các bộ phận bằng nhựa và trí tưởng tượng của người thiết kế.
Nói chung, chúng tôi đã xem xét khả năng của các giải pháp như vậy, nhưng bây giờ chúng tôi muốn tìm hiểu chi tiết hơn về LEGO MINDSTORMS Education EV3.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 được thiết kế tương thích với các bộ phận Lego Technic. Điều này có nghĩa là nền tảng này có thể được sử dụng để tạo ra nhiều thiết kế đa dạng và thậm chí đáng kinh ngạc, từ “ô tô” đơn giản và “bàn tay robot” đến băng tải phức tạp hay thậm chí là “bộ giải khối Rubik”. Hầu như bất kỳ bộ Lego Technic nào cũng có thể được sử dụng làm nguồn cung cấp phụ tùng cho các dự án và sẽ không có vấn đề gì khi thay thế các phụ tùng thay thế bị hỏng. Vâng, chúng trông không thô bạo như bộ dụng cụ xây dựng bằng nhôm cũ của Liên Xô, nhưng trên thực tế, chúng thậm chí còn bền hơn các sản phẩm kim loại. Ít nhất là trong bộ sưu tập của tôi, bắt đầu từ năm 1993, vẫn chưa phát hiện được một bộ phận nào bị hỏng.
Bộ giáo dục cơ bản MINDSTORMS Education EV3 đi kèm với 541 mảnh ghép Lego Technic. Có thể được mua dưới dạng một bộ tài nguyên chuyên biệt như (hoặc 9648 cũ hơn, được sản xuất cho NXT) hoặc chỉ là một hàm tạo kiểu lớn (2800 phần) hoặc (gần 4000 bộ phận), và sau khi chơi đủ với mô hình chính, hãy sử dụng nó làm “viên gạch” cho các thí nghiệm điều khiển học. Xét về một mảnh, Lego vượt trội hơn rất nhiều so với các bộ khác ở đây - chỉ 3-5 rúp mỗi mảnh.
Chà, nếu ai đó có một bộ sưu tập cũ bao gồm hàng chục nghìn bộ phận, thì bạn sẽ không phải lo lắng về tài nguyên.
Ảnh chụp màn hình từ dịch vụ Brickset (cơ sở dữ liệu tương tác dành cho chủ sở hữu bộ công cụ xây dựng Lego cho phép bạn thu thập nhiều số liệu thống kê) của tác giả
Tuy nhiên, điều này chỉ áp dụng cho các phần tử “thụ động” như dầm, bánh xe hoặc chốt nối. Tất nhiên, các cảm biến và bộ hiệu ứng đắt hơn nhiều, nhưng có quá đủ chúng trong bộ cơ bản. Mindstorms EV3 hoàn chỉnh với ba động cơ (hai động cơ lớn hơn, mạnh hơn và một động cơ servo nhỏ gọn), một cặp cảm biến cảm ứng (một loại nút “thông minh”), cảm biến siêu âm, con quay hồi chuyển và cảm biến màu (nó cũng có thể hoạt động ở chế độ cảm biến ánh sáng) . Ngoài ra, khả năng tương thích với các cảm biến từ thế hệ robot Lego Education trước đây, Mindstorms NXT, vẫn được duy trì (ví dụ: cảm biến này bao gồm cảm biến mức tiếng ồn).
Nhưng hãy quay lại với “viên gạch thông minh”, trái tim của hệ thống. Đây thực sự là một “cục gạch” khá nặng và đồ sộ, được trang bị màn hình LCD đơn sắc 178x128 (không chỉ hiển thị menu trên đó mà còn tất cả các loại hình ảnh tùy chỉnh trong quá trình hoạt động) với màu đèn nền có thể thay đổi. Sử dụng dây có đầu nối RJ-12 tiêu chuẩn, các cảm biến và bộ tác động được kết nối với nó (tối đa bốn thiết bị mỗi loại), có khe cắm thẻ nhớ microSDHC và cổng USB.
Cái sau có thể được sử dụng để tải xuống các chương trình và cập nhật chương trình cơ sở. Tuy nhiên, bộ vi điều khiển không bị thiếu giao diện không dây, nếu muốn, bạn có thể tải xuống các chương trình qua Wi-Fi (yêu cầu mô-đun bên ngoài) hoặc Bluetooth (tích hợp sẵn). Ngoài ra, nếu chúng ta đang lắp ráp một robot điều khiển từ xa, chúng ta có thể “điều khiển” nó bằng giao tiếp không dây từ điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng.
Bên trong “cục gạch thông minh” có bộ xử lý ARM 300 MHz, bộ nhớ vĩnh viễn 16 megabyte (và đó là lý do tại sao thẻ này hữu ích) và 64 megabyte RAM. Cho dù những con số này có vẻ khiêm tốn đến đâu, vẫn có quá đủ sức mạnh để thực thi ngay cả những thuật toán sâu rộng nhất mà bạn, hoặc thậm chí hơn một đứa trẻ đang trong quá trình học tập, có thể viết. Và nếu bạn so sánh nó với bộ xử lý 48 MHz của NXT thế hệ trước, mới tròn XNUMX tuổi, thì sự tiến bộ là khá đáng chú ý. Tuy nhiên, không thể nói NXT chậm lại đáng kể trong quá trình giải các bài toán điển hình.
Thêm vào đó, cổng thứ tư dành cho động cơ đã xuất hiện, bản thân nó là một sự mở rộng đáng kể về chức năng biện minh cho việc nâng cấp.
Cổng USB hiện hỗ trợ chế độ máy chủ, điều này cho phép bạn không chỉ kết nối bộ chuyển đổi Wi-Fi mà còn kết nối nhiều khối EV3 thành một robot phức tạp. Đúng vậy, mức độ của nhiệm vụ trở nên hoàn toàn “không hề trẻ con”.
Cuối cùng, MINDSTORMS Education EV3 hiện đã hỗ trợ pin. Thay vì sáu pin AA, bạn có thể lắp pin lithium-ion đi kèm trong hai giờ rưỡi ampe. Tất nhiên, không ai cấm sử dụng pin AA loại eneloop, nhưng việc phải tháo chúng ra để sạc khiến khả năng sử dụng chỉ ở mức dưới mức trung bình. Và giá của một cặp bộ eneloop kèm bộ sạc cũng khá tương đương với một chiếc pin có thương hiệu.
Ồ vâng, có một chiếc loa lớn, giờ đây không chỉ có thể phát ra những giai điệu cổ điển từ thời 8 bit mà còn phát ra những âm thanh dễ chịu hơn.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét các hiệu ứng từ bộ cơ bản. Hai trong số đó là những động cơ mạnh mẽ tương tự như những động cơ đã được sử dụng trong NXT, những thiết bị thuôn dài phát triển mô-men xoắn cực đại nhờ một hộp số giảm tốc bên trong.
Trong trường hợp động cơ bị kẹt, một bộ ly hợp cơ được cung cấp, bộ ly hợp này sẽ bắt đầu trượt nếu ma sát lớn hơn tính toán nên khá khó làm cháy động cơ.
Có một cảm biến góc quay với độ phân giải một độ (động cơ cho bộ điều khiển biết trục của nó hiện đang quay ở góc nào) và khả năng đồng bộ hóa chính xác chuyển động quay của tất cả các động cơ được kết nối.
Thứ ba, được gọi là truyền động M-servo (động cơ cỡ trung bình) tạo ra mô-men xoắn ít hơn ba lần, nhưng tốc độ quay của nó cao gần gấp đôi.
Đối với cảm biến, bạn thực sự không cần phải giới hạn bản thân với những cảm biến do LEGO Education cung cấp (mặc dù chúng rất phù hợp cho bất kỳ dự án giáo dục nào), một số công ty bên thứ ba sản xuất các cảm biến tương thích và đôi khi khá kỳ lạ. Mã nguồn firmware và thông số phần cứng đầy đủ .
Phần mềm
Chúng ta đã nói rất nhiều về phần cứng, nhưng trên thực tế, đó không phải là thứ duy nhất quyết định tính hiệu quả của các lớp học về robot. Đó là sự hiện diện của phần mềm thực sự trực quan trên nhiều nền tảng (Mac, PC, thiết bị di động) và biến LEGO MINDSTORMS Education EV3 trở thành nền tảng được lựa chọn cho việc học tập, đặc biệt là giữa bậc tiểu học và trung học, dành cho trẻ em XNUMX tuổi.
Màn hình chào mừng ứng dụng trên iPad
Trực quan hóa các thuật toán trong phần mềm LEGO MINDSTORMS Education EV3 gốc chỉ đơn giản là ở mức cao nhất - chỉ trong vài phút là đủ để nắm vững các loại tương tác chính của các khối logic (điều kiện chuyển tiếp, vòng lặp, v.v.) và sau đó tăng dần sự phức tạp của các chương trình. Tất nhiên, có những dự án giáo dục được thực hiện sẵn cho hàng chục mẫu robot khác nhau và nếu muốn, bạn có thể tìm thấy hàng nghìn chương trình thú vị trong cộng đồng trực tuyến.
Chương trình ví dụ trong ứng dụng iPad
Người dùng nâng cao có thể cài đặt LabVIEW hoặc RobotC - “bộ não” của LEGO MINDSTORMS Education EV3 hoàn toàn tương thích với các gói này. Thật không may, sẽ không thể xuất các dự án cũ cho NXT mà không cần chuyển đổi bổ sung.
Từ quan điểm giáo dục, nó được quan tâm nhiều hơn . Nó cho phép bạn giữ sổ ghi chép điện tử cho học sinh, nhờ đó giáo viên có thể đánh giá sự thành công của một học sinh cụ thể từ phiên bản ứng dụng của anh ấy và theo dõi sự tiến bộ của anh ấy. Ngoài ra, bạn không chỉ có thể sử dụng các tài liệu giáo dục có sẵn trên phần mềm (trong đó có rất nhiều tài liệu) mà còn có thể tạo tài liệu của riêng bạn bằng trình chỉnh sửa nội dung tích hợp sẵn.
Video hướng dẫn Trình chỉnh sửa nội dung EV3
Phiên bản dành cho máy tính để bàn còn có tiện ích ghi dữ liệu với khả năng lập trình các vùng biểu đồ tùy theo giá trị ngưỡng. Nghĩa là, giờ đây giáo viên có thể dễ dàng chứng minh hoạt động của các công nghệ hiện đại trong một ngôi nhà thông minh chẳng hạn.
Máy vi tính EV3 sẽ thu thập dữ liệu từ các cảm biến trong thời gian thực và tùy thuộc vào nền nhiệt độ, khởi chạy chương trình mô hình này hoặc chương trình mô hình khác. Khi nhiệt độ cao thì quạt sẽ bật, khi nhiệt độ thấp thì máy sưởi sẽ bật. Và sinh viên sẽ có thể ghi lại và phân tích dữ liệu, hoàn thiện mô hình.
Đăng nhập vào dữ liệu
Tính mở của phần sụn “gạch thông minh” đã đóng vai trò của nó: có các tùy chọn thay thế hỗ trợ hầu hết các ngôn ngữ lập trình phổ biến (hàng tá trong số đó). Nhìn chung, việc sử dụng EV3 có thể được “gắn liền” với bất kỳ dự án giáo dục nào liên quan đến lập trình, vì hiếm có điều gì thú vị bằng cơ hội được xem hoạt động của các thuật toán của riêng mình “trong phần cứng”.
Nhiều người kỳ vọng rằng trở ngại trong câu chuyện này có thể là giá cả. Thật vậy, đối với bộ Cơ bản, bạn sẽ phải trả 29 rúp, cộng thêm 900 rúp nữa để sạc. Tuy nhiên, số tiền này bao gồm các bộ phận và thiết bị điện tử để hai sinh viên làm việc thoải mái, cũng như phần mềm cơ bản đầy đủ với 2 bài học làm sẵn (kể từ tháng 500 năm 48 hoàn toàn miễn phí cho cả cá nhân và tổ chức). Tất nhiên, thiết bị bổ sung và bộ công cụ nhiệm vụ có thể làm tăng chi phí, nhưng trong phạm vi lý do. Vì vậy, một bộ tài liệu dành cho 2016 học sinh, bao gồm bộ cơ bản và tài nguyên LME EV8, bộ sạc, phần mềm và , sẽ có giá 174. Khá chấp nhận được để trang bị, chẳng hạn như vòng tròn ở trường.
Vâng, nó đắt hơn đáng kể so với các nền tảng đơn giản giống như Arduino. Nhưng cơ hội cũng như mức độ tham gia lại cao hơn nhiều. Chương trình giảng dạy dựa trên EV3 có thể được lập kế hoạch một cách an toàn trong suốt cấp trung học và hơn thế nữa. Ngoài ra, với việc sử dụng LEGO MINDSTORMS Education EV3 phù hợp, nó sẽ “sống lâu hơn” một số bộ dụng cụ đơn giản do chất lượng cơ học, khả năng thay thế dễ dàng và tính sẵn có của các bộ phận (trong thực tế của tôi, chỉ cần thay thế một cáp RJ-12 trong vòng 10 năm). NXT cũ).
Kết quả là, chúng tôi thấy một dự án gần như nguồn mở được hỗ trợ bởi một công ty khổng lồ với tất cả các phần thưởng cần thiết trong tình huống như vậy - vòng đời dài, có sẵn các phụ tùng thay thế và tiện ích mở rộng, hướng dẫn chính thức và nghiệp dư, một cộng đồng phát triển. Mindstorms gần như đã trở thành một tiêu chuẩn trong các lớp học robot giáo dục ở phương Tây dành cho trẻ em và sẽ thật tuyệt nếu nó được áp dụng rộng rãi ở Nga.
lựa chọn đường dẫn
Và bây giờ vào việc chính. Không giống như bộ WeDo 2.0, EV3 nhắm đến đối tượng là học sinh trung học và do đó dành cho trẻ lớn hơn, những đối tượng có vấn đề chọn nghề trong tương lai nghiêm túc hơn.
Sử dụng EV3, mỗi học sinh sẽ có thể bộc lộ một cách tích cực hơn những khả năng vốn có của mình về bản chất, quá trình giáo dục và quá trình giáo dục.
Một nhà toán học bẩm sinh sẽ theo dõi chặt chẽ khả năng đo từ xa của các cảm biến, cách ghi lại chính xác quãng đường mà robot đã di chuyển, cách ghi lại góc lệch của nó, v.v.
Tất nhiên, chuyên gia CNTT tương lai sẽ đắm mình vào việc lập trình cho robot, phân tích các thuật toán mà nó di chuyển. Và anh ấy chắc chắn sẽ tự tạo ra thứ của riêng mình, không được cung cấp bởi các hướng dẫn tiêu chuẩn.
Một đứa trẻ đam mê vật lý sẽ có thể thực hiện các thí nghiệm trực quan với sự trợ giúp của robot, may mắn thay, các bộ này không gặp vấn đề gì với cảm biến, cũng như trẻ không gặp vấn đề gì với trí tưởng tượng.
Nhìn chung, bất kể sở thích và môn học yêu thích của con bạn ở trường là gì, việc học với bộ MINDSTORMS EV3 sẽ giúp các em được nêu bật rõ ràng hơn và tập trung vào sự phát triển của mình trong tương lai.
Trong cuộc sống
Hiện tại, các giải pháp của công ty đã được sinh viên sử dụng để tạo ra các dự án thú vị, vừa là một phần của các cuộc thi khác nhau vừa để phát triển chung. Các phương tiện truyền thông đã viết về một số trong số họ trong năm nay.
Học sinh Astrakhan Ruslan Kazimov và Mikhail Gladyshev, có trụ sở tại công viên công nghệ khu vực, đã phát triển một robot mô phỏng để phục hồi khớp tay.
ảnh - rg.ru
Học sinh lớp tám dành chưa đầy hai tháng để phát triển trình mô phỏng. Họ đã trình bày dự án của mình ở giai đoạn khu vực của cuộc thi toàn Nga lần thứ IX về các dự án khoa học và đổi mới ở Quận Liên bang phía Nam, nơi họ giành vị trí thứ hai. Trong tương lai, họ dự định tạo ra một nguyên mẫu công nghiệp - hiện tại, các nhà phát triển chỉ cung cấp một nguyên mẫu được làm từ bộ robot giáo dục LEGO MINDSTORMS Education EV3.
Thiết bị sao chép các chuyển động do bác sĩ thực hiện - các khớp bắt đầu hoạt động, từ đó khôi phục khả năng vận động của không chỉ chúng mà còn cả các nhóm cơ. Mặc dù các thiết bị được kết nối qua Bluetooth nhưng trong tương lai chúng sẽ liên lạc bằng Internet hoặc Wi-Fi.
Trên thị trường có những thiết bị tương tự như vậy, nhưng thiết bị Astrakhan có thể hoạt động đồng thời với các khớp vai, cổ tay và khuỷu tay. Hơn nữa, nó là thiết bị di động và hoạt động bằng pin. Ngoài ra còn có khả năng điều khiển từ xa, tức là bệnh nhân có thể tập luyện mà không cần rời khỏi nhà.
Tại World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015), đội DRL của Nga đến từ St. Petersburg đã được LEGO Education trao giải đặc biệt cho sự sáng tạo (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Nhóm DRL của Nga đã trình bày dự án CaveBot. Những chàng trai đến từ St. Petersburg, dưới sự hướng dẫn của huấn luyện viên Sergei Filippov, đã tạo ra một robot thám hiểm độc đáo để khám phá những khu vực chưa được khám phá trong hang động. Sự phát triển này bao gồm nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau, vì robot độc đáo này có thể thực hiện các nhiệm vụ có độ phức tạp khác nhau.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một robot leo núi được trang bị nhiều cảm biến khác nhau để phát hiện các vật thể cho chuyến khám phá tiếp theo. Dữ liệu thu được có thể được chuyển thành mô hình 3D trên máy tính.
Và Shubham Banerjee 13 tuổi đã tạo ra Chữ nổi làm từ các mảnh LEGO cho một dự án khoa học ở trường. Sau đó, với sự tham gia của gia đình anh, một công ty khởi nghiệp đã được thành lập để khởi động phát minh này và nhận được hỗ trợ tài chính từ tập đoàn công nghệ Intel.
(Ảnh: Marcio Jose Sanchez, AP)
Ý tưởng tạo ra một chiếc máy in đến với Shubham sau khi nghiên cứu chữ nổi Braille trên Internet. Nhận thấy máy in gõ cảm ứng có giá từ 2,000 USD trở lên, sinh viên này quyết định tạo ra một phiên bản rẻ hơn.
Ngay sau phát minh này, những đứa trẻ mù và cha mẹ của chúng bắt đầu liên hệ với Shubham với một yêu cầu duy nhất - chế tạo một chiếc máy in chữ nổi Braille rẻ tiền, hứa sẽ "mua nó ngay trên kệ".
Như bạn có thể thấy, việc sử dụng MINDSTORMS Education EV3 trong quá trình học tập cho phép học sinh sử dụng trí tưởng tượng của mình một cách tối đa, tạo ra ngày càng nhiều cơ chế mới không chỉ giúp hiện thực hóa ý tưởng hoặc thực hiện bất kỳ thí nghiệm nào một cách trực quan mà còn bắt đầu đưa ra quyết định. nghề nghiệp tương lai của họ.
Nếu bạn có thắc mắc về việc sử dụng các giải pháp này trong quá trình giáo dục (hoặc về bản thân các sản phẩm), hãy viết chúng trong phần bình luận.
Nguồn: www.habr.com