图像 – roboconstructor.ru
有一个著名的寓言说，当一位年轻的母亲怀里抱着孩子，向圣人询问她应该几岁开始抚养孩子时，老人回答说，她晚了孩子的年龄。 。 选择未来职业的情况非常相似。 要求婴儿了解自己的倾向和兴趣是很困难的，但在高中时，各种专业已经开始，到这个时候，如果已经知道要让成年的孩子朝哪个方向发展，那就太好了。 但我们几乎可以肯定知道的一件事是，在未来几十年里，30% 到 80% 的职业将完全自动化。
机器人技术、控制论和对算法的理解是一系列技能，有了这些技能，一个人很可能不会面临如此模糊的前景。 当然，最有可能的是，在机器人取代劳动力的同时，无条件基本收入的概念也会发展，但你不太可能希望你的孩子有这样的未来。
现在有很多方法可以快速向感兴趣的年轻观众展示编程和机器人技术的基础知识。 所有这些都很便宜，很容易学习，并且在几个小时内就可以理解算法的基础知识和控制论设备的概念。 但在教室里很容易遇到这些平台的缺点——面包板的耐磨性有限（也让我们面对现实，也有“白痴抵抗力”），软件界面对11-12岁的孩子不太友好，而且相对较小。 “游戏”元素。
最著名的教育套装制造商乐高教育二十多年来一直在与所有这些缺点作斗争。 当然，我们谈论的是 MINDSTORMS Education EV3 平台。 从 90 年代初生产的 Mindstorms RCX 到最现代的 MINDSTORMS Education EV3 综合体，平台形成的原理始终如一。 它基于“智能砖”，即带有屏幕和连接所有其他组件的 I/O 端口的微型计算机。 与任何机器人系统一样，外围设备分为传感器和效应器。 在传感器的帮助下，机器人感知周围的世界，并且借助效应器，它根据编程的程序做出反应。 平台组件通过简单的电缆连接在一起，无需焊接，机械结构仅受塑料部件的强度和设计者的想象力限制。
我们总体上考虑了此类解决方案的可能性，但现在我们想更详细地讨论 LEGO MINDSTORMS Education EV3。
EV3
乐高 MINDSTORMS Education EV3 与乐高机械组零件兼容。 这意味着该平台可用于创建各种甚至令人难以置信的设计，从简单的“汽车”和“机器人手”到复杂的传送带甚至“魔方解算器”。 事实上，任何乐高机械组都可以用作项目的零件来源，并且更换损坏的备件不会有任何问题。 是的，它们看起来不像旧的苏联铝制建筑套件那么残酷，但实际上它们比金属产品更坚固。 至少在我从 1993 年开始的收藏中，还没有发现任何破损的部件。
MINDSTORMS Education EV3 基础教育套装包含 541 块乐高机械组组件。 可以作为专门的资源集购买，例如 （或较旧的 9648，为 NXT 生产），或只是一个大型类型构造函数 （2800 份）或 （近 4000 个零件），并且在对主模型进行了足够的操作后，将其用作控制论实验的“砖块”。 就单件而言，乐高远远领先于这里的其他套装——每件仅需 3-5 卢布。
好吧，如果有人拥有包含数万个零件的旧收藏，那么您根本不必担心资源。
作者的 Brickset 服务（乐高拼搭套件所有者的交互式数据库，可让您收集各种统计数据）的屏幕截图
然而，这仅适用于“被动”元件，例如梁、轮子或连接销。 当然，传感器和效应器要贵得多，但基本套件中的数量绰绰有余。 Mindstorms EV3 配备三个电机（两个更大、更强大和一个紧凑的伺服电机）、一对触摸传感器（一种“智能”按钮）、超声波、陀螺仪和颜色传感器（它也可以在光传感器模式下工作） 。 此外，还保持了与上一代乐高教育机器人 Mindstorms NXT 传感器的兼容性（其中包括噪声级传感器等）。
但让我们回到“智能砖”，即系统的核心。 这确实是一块相当厚重、体积庞大的“砖头”，配备了178x128的单色液晶屏（上面不仅显示菜单，还显示操作过程中的各种自定义图片），背光颜色可变。 使用带有标准 RJ-12 连接器的电线，将传感器和效应器连接到其上（每种类型最多四个设备），还有一个用于 microSDHC 的插槽和一个 USB 端口。
后者既可用于下载程序本身，也可用于更新固件。 然而，微控制器并不缺乏无线接口；如果需要，您可以通过 Wi-Fi（需要外部模块）或蓝牙（内置）下载程序。 此外，如果我们正在组装遥控机器人，我们可以使用智能手机或平板电脑的无线通信来“操纵”它。
“智能砖”内部装有 300 MHz ARM 处理器、16 MB 永久内存（这就是该卡有用的原因）和 64 MB RAM。 无论这些数字看起来多么不起眼，都有足够的能力来执行您（甚至是正在学习过程中的孩子）可以编写的最广泛的算法。 如果与刚满十岁的上一代 NXT 的 48 MHz 处理器进行比较，进步相当明显。 然而，不能说NXT在解决典型问题的过程中明显减慢了速度。
此外，还出现了第四个电机端口，这本身就是功能的重大扩展，证明了升级的合理性。
USB 端口现在支持主机模式，这不仅允许您连接 Wi-Fi 适配器，还可以将多个 EV3 模块连接到一个复杂的机器人中。 确实，任务的级别变得完全“不幼稚”。
最后，MINDSTORMS Education EV3 现在具有电池支持。 您可以安装随附的锂离子电池，而不是六节 AA 电池，续航时间为两个半安培小时。 当然，没有人禁止使用 eneloop 型 AA 电池，但充电时需要取出电池，导致可用性低于平均水平。 一对带有充电器的eneloop套件的价格与品牌电池相当。
哦，是的，有一个大而响亮的扬声器，现在不仅可以发出 8 位时代的复古音乐，还可以播放更悦耳的声音。
现在让我们看看基本组中的效应器。 其中两个是类似于 NXT 中已使用的强大电机，这是一种细长设备，由于内部减速齿轮，可产生巨大的扭矩。
万一电机堵转，设有机械离合器，如果摩擦力大于计算值，离合器就会开始打滑，因此很难烧毁电机。
有一个分辨率为 XNUMX 度的旋转角度传感器（电机告诉控制器其轴当前旋转的角度），并且能够精确同步所有连接电机的旋转。
第三种，即所谓的 M 伺服驱动器（中型电机），产生的扭矩小三倍，但其转速几乎是两倍。
至于传感器，您实际上不必将自己限制在乐高教育提供的传感器上（尽管它们对于任何教育项目来说都是顶级的），许多第三方公司生产兼容的传感器，有时甚至是非常奇特的传感器。 完整的固件源代码和硬件规格 .
Программноеобеспечение
我们已经谈论了很多关于硬件的问题，但事实上，它并不是决定机器人课程有效性的唯一因素。 它是在多个平台（Mac、PC、移动设备）上存在真正直观的软件，并且 使乐高 MINDSTORMS Education EV3 成为十岁儿童学习（尤其是小学和中学之间）的首选平台。
iPad 上的应用程序欢迎屏幕
原生 LEGO MINDSTORMS Education EV3 软件中的算法可视化简直处于最高水平 - 只需几分钟就足以掌握逻辑块交互的主要类型（转换条件、循环等），然后逐渐增加逻辑块的交互类型。程序的复杂性。 当然，有针对数十种不同型号的机器人的现成教育项目，如果您愿意，您可以在在线社区中找到数千个有趣的程序。
iPad 应用程序中的示例程序
高级用户可以安装 LabVIEW 或 RobotC - LEGO MINDSTORMS Education EV3 的“大脑”与这些软件包完全兼容。 不幸的是，如果不进行额外的转换，就无法将旧项目导出为 NXT。
从教育的角度来看，它更有趣 。 它允许您为学生保存电子笔记本，这样老师就可以根据特定学生的应用程序版本评估其成功程度并监控他的进度。 另外，您不仅可以使用软件上提供的教育材料（其中有很多），还可以使用内置的内容编辑器创建您自己的材料。
EV3 内容编辑器教程视频
桌面版本还具有数据记录实用程序，能够根据阈值对图形区域进行编程。 也就是说，现在教师可以轻松演示现代技术在智能家居中的操作。
EV3微型计算机将从传感器实时收集数据，并根据温度背景启动一个或另一个模型程序。 当温度高时，风扇打开，当温度低时，加热器打开。 学生将能够记录和分析数据，最终确定模型。
数据记录
“智能砖”固件的开放性已经发挥了作用：有支持最流行的编程语言（其中数十种）的替代选项。 总的来说，EV3 的使用可以“附加”到任何与编程相关的教育项目中，因为没有什么比有机会看到自己的算法“在硬件中”工作更令人高兴的了。
许多人预计这个故事的绊脚石可能是价格。 事实上，对于基本套餐，您需要支付 29 卢布，另加 900 卢布的充电费用。 不过，这一数额包括供两名学生舒适工作所需的零件和电子设备，以及包含 2 个现成课程的成熟基础软件（自 500 年 48 月起对个人和组织完全免费）。 当然，额外的设备和任务套件可能会增加成本，但在合理范围内。 这是一个可供 2016 名学生使用的套件，包括基本套件和资源套件 LME EV8、充电器、软件和 ，花费174。对于装备来说还算可以接受，比如学校里的一个圆圈。
是的，它比简单的类似 Arduino 的平台要贵得多。 但机会和参与程度要高得多。 基于 EV3 的课程可以在整个高中及以后安全地规划。 此外，通过充分使用 LEGO MINDSTORMS Education EV3，由于机械品质、易于更换性和零件可用性（在我的实践中，12 年内只需要更换一根 RJ-10 电缆），它会比几个简单的套件“寿命更长”。旧的NXT）。
结果，我们看到了一个几乎开源的项目，由一家大公司支持，具有这种情况下所需的所有好处 - 较长的生命周期、备件和扩展的可用性、官方和业余指南、发达的社区。 Mindstorms 几乎已经成为西方儿童教育机器人课程的标准，看到它在俄罗斯被广泛采用真是太酷了。
路径选择
现在是主要的事情。 与 WeDo 2.0 套装不同，EV3 面向高中生，因此也针对年龄较大的孩子，对他们来说，选择未来职业的问题更为严重。
使用 EV3，每个学生将能够更积极地展现其天生、成长和教育过程所固有的能力。
天生的数学家会密切监视传感器的遥测，如何准确记录机器人行驶的距离，如何记录其偏离的角度等等。
当然，未来的 IT 专家将沉浸在机器人编程中，分析其移动的算法。 他肯定会创建自己的，而不是标准说明中规定的。
一个对物理充满热情的孩子将能够在机器人的帮助下进行视觉实验；幸运的是，这些装置没有传感器问题，就像孩子的想象力没有问题一样。
总体而言，无论您的孩子在学校的兴趣和最喜欢的科目是什么，使用 MINDSTORMS EV3 套装学习都可以让他们更加清晰地突出并专注于他们未来的发展。
在生活中
目前，该公司的解决方案已被学生用来创建有趣的项目，既作为各种竞赛的一部分，也用于一般发展。 今年媒体报道了其中一些。
阿斯特拉罕地区科技园的学生鲁斯兰·卡济莫夫（Ruslan Kazimov）和米哈伊尔·格拉迪舍夫（Mikhail Gladyshev）开发了一种用于手关节康复的机器人模拟器。
照片-rg.ru
八年级学生花了不到两个月的时间开发模拟器。 他们在南部联邦区第九届全俄科学和创新项目竞赛的地区舞台上展示了他们的项目，并获得了第二名。 未来，他们计划创建一个工业原型 - 目前，开发人员仅提供由乐高 MINDSTORMS Education EV3 教育机器人套装制成的原型。
该设备复制了医生所做的动作——关节开始工作，从而不仅恢复了关节的活动能力，还恢复了肌肉群的活动能力。 虽然设备通过蓝牙连接，但未来它们将使用互联网或 Wi-Fi 进行通信。
市场上有类似的设备，但阿斯特拉罕设备可以与肩关节、腕关节和肘关节同时工作。 此外，它是便携式的并且由电池供电。 还有远程控制的可能性，即患者足不出户就可以进行训练。
在 2015 年世界机器人奥林匹克竞赛 (WRO 2015) 上，来自圣彼得堡的俄罗斯队 DRL 荣获乐高教育颁发的创意特别奖（乐高教育创意奖）。
俄罗斯 DRL 团队展示了 CaveBot 项目。 来自圣彼得堡的人们在教练谢尔盖·菲利波夫 (Sergei Filippov) 的指导下，创造了一个独特的机器人探险家来探索洞穴中的未探索区域。 该开发涵盖了各个科学领域，因为独特的机器人可以执行不同复杂程度的任务。
该团队建造了一个攀爬机器人，配备了各种传感器来检测物体以进行后续探索。 生成的数据可以在计算机上转换为 3D 模型。
13 岁的 Shubham Banerjee 创建了 为学校科学项目用乐高积木制作的盲文。 后来，在他的家人的参与下，成立了一家初创公司来推出这项发明，并获得了科技公司英特尔的资金支持。
（照片：马西奥·何塞·桑切斯，美联社）
在互联网上研究盲文后，舒巴姆产生了创建打印机的想法。 意识到触摸打字打印机的价格高达 2,000 美元以上，该学生决定制作一个更便宜的版本。
这项发明发明后不久，盲童和他们的父母就开始联系舒巴姆，提出一个请求——制造一台廉价的盲文打印机，并承诺“立即购买现成的打印机”。
正如您所看到的，在学习过程中使用MINDSTORMS Education EV3可以让学生最大限度地发挥想象力，创造出越来越多的新机制，不仅有助于实现想法或直观地进行任何实验，而且还可以开始决定他们未来的职业。
如果您对在教育过程中使用这些解决方案（或产品本身）有疑问，请在评论中写下。
来源： habr.com