圖像 – roboconstructor.ru
有一個著名的寓言說，當一位年輕的母親懷裡抱著孩子，向聖人詢問她應該幾歲開始撫養孩子時，老人回答說，她晚了孩子的年齡。 。 選擇未來職業的情況非常相似。 要嬰兒了解自己的傾向和興趣是很困難的，但在高中時，各種專業已經開始，到這個時候，如果已經知道要讓成年的孩子朝哪個方向發展，那就太好了。 但我們幾乎可以肯定知道的一件事是，在未來幾十年裡，30% 到 80% 的職業將完全自動化。
機器人技術、控制論和對演算法的理解是一系列技能，有了這些技能，一個人很可能不會面臨如此模糊的前景。 當然，最有可能的是，在機器人取代勞動力的同時，無條件基本收入的概念也會發展，但你不太可能希望你的孩子有這樣的未來。
現在有許多方法可以快速向有興趣的年輕觀眾展示程式設計和機器人技術的基礎知識。 所有這些都很便宜，很容易學習，並且在幾個小時內就可以理解演算法的基礎知識和控制論設備的概念。 但在教室裡很容易遇到這些平台的缺點——麵包板的耐磨性有限（也讓我們面對現實，也有「白痴抵抗力」），軟體介面對11-12歲的孩子不太友好，而且相對較小。 “遊戲”元素。
最著名的教育套裝製造商樂高教育二十多年來一直在與所有這些缺點作鬥爭。 當然，我們談論的是 MINDSTORMS Education EV3 平台。 從 90 年代初生產的 Mindstorms RCX 到最現代的 MINDSTORMS Education EV3 綜合體，平台形成的原理始終如一。 它基於“智慧磚”，即帶有螢幕和連接所有其他組件的 I/O 連接埠的微型電腦。 與任何機器人系統一樣，週邊設備分為感測器和效應器。 在感測器的幫助下，機器人感知周圍的世界，並且藉助效應器，它根據編程的程序做出反應。 平台組件透過簡單的電纜連接在一起，無需焊接，機械結構僅受塑膠零件的強度和設計者的想像力限制。
我們總體上考慮了此類解決方案的可能性，但現在我們想更詳細地討論 LEGO MINDSTORMS Education EV3。
EV3
樂高 MINDSTORMS Education EV3 與樂高機械組零件相容。 這意味著該平台可用於創建各種甚至令人難以置信的設計，從簡單的「汽車」和「機器人手」到複雜的傳送帶甚至「魔術方塊解算器」。 事實上，任何樂高機械組都可以用作項目的零件來源，更換損壞的備件不會有任何問題。 是的，它們看起來不像舊的蘇聯鋁製建築套件那麼殘酷，但實際上它們比金屬產品更堅固。 至少在我從 1993 年開始的收藏中，還沒有發現任何破損的零件。
MINDSTORMS Education EV3 基礎教育套裝包含 541 塊樂高機械組組件。 可以作為專門的資源集合購買，例如 （或較舊的 9648，為 NXT 生產），或只是一個大型類型構造函數 （2800 份）或 （近 4000 個零件），並且在對主模型進行了足夠的操作後，將其用作控制論實驗的「磚塊」。 就單件而言，樂高遠遠領先這裡的其他套裝——每件僅需 3-5 盧布。
好吧，如果有人擁有包含數萬個零件的舊收藏，那麼您根本不必擔心資源。
作者的 Brickset 服務（樂高拼搭套件擁有者的互動式資料庫，可讓您收集各種統計資料）的螢幕截圖
然而，這僅適用於「被動」元件，例如梁、輪子或連接銷。 當然，感測器和效應器要貴得多，但基本套件中的數量綽綽有餘。 Mindstorms EV3 配有三個馬達（兩個更大、更強大和一個緊湊的伺服馬達）、一對觸控感測器（一種「智慧」按鈕）、超音波、陀螺儀和顏色感測器（它也可以在光感測器模式下工作） 。 此外，還保持了與上一代樂高教育機器人 Mindstorms NXT 感測器的兼容性（其中包括噪音級感測器等）。
但讓我們回到“智慧磚”，即係統的核心。 這確實是一塊相當厚重、體積龐大的“磚頭”，配備了178x128的單色液晶屏（上面不僅顯示菜單，還顯示操作過程中的各種自定義圖片），背光顏色可變。 使用帶有標準 RJ-12 連接器的電線，將感測器和效應器連接到其上（每種類型最多四個裝置），還有一個用於 microSDHC 的插槽和一個 USB 連接埠。
後者既可用於下載程式本身，也可用於更新韌體。 然而，微控制器並不缺乏無線介面；如果需要，您可以透過 Wi-Fi（需要外部模組）或藍牙（內建）下載程式。 此外，如果我們正在組裝遙控機器人，我們可以使用智慧型手機或平板電腦的無線通訊來「操縱」它。
「智慧磚」內部裝有 300 MHz ARM 處理器、16 MB 永久記憶體（這就是卡片有用的原因）和 64 MB RAM。 無論這些數字看起來多麼不起眼，都有足夠的能力來執行您（甚至是正在學習過程中的孩子）可以編寫的最廣泛的演算法。 如果與剛滿十歲的上一代 NXT 的 48 MHz 處理器進行比較，進步相當明顯。 然而，不能說NXT在解決典型問題的過程中明顯減慢了速度。
此外，還出現了第四個馬達端口，這本身就是功能的重大擴展，證明了升級的合理性。
USB 連接埠現在支援主機模式，不僅可讓您連接 Wi-Fi 轉接器，還可以將多個 EV3 模組連接到一個複雜的機器人。 確實，任務的層次變得完全「不幼稚」。
最後，MINDSTORMS Education EV3 現在具有電池支援。 您可以安裝隨附的鋰離子電池，而不是六顆 AA 電池，續航時間為兩個半安培小時。 當然，沒有人禁止使用 eneloop 型 AA 電池，但充電時需要取出電池，導致可用性低於平均水平。 一對配備充電器的eneloop套件的價格與品牌電池相當。
哦，是的，有一個大而響亮的揚聲器，現在不僅可以發出 8 位元時代的復古音樂，還可以播放更悅耳的聲音。
現在讓我們來看看基本組中的效應器。 其中兩個是類似於 NXT 中已使用的強大電機，橢圓形設備透過內部減速齒輪產生巨大的扭矩。
萬一馬達堵轉，設有機械離合器，如果摩擦力大於計算值，離合器就會開始打滑，因此很難燒毀馬達。
有一個分辨率為 XNUMX 度的旋轉角度感測器（馬達告訴控制器其軸當前旋轉的角度），並且能夠精確同步所有連接馬達的旋轉。
第三種，即所謂的 M 伺服驅動器（中型馬達），產生的扭力小三倍，但其轉速幾乎是兩倍。
至於感測器，您實際上不必將自己限制在樂高教育提供的感測器上（儘管它們對於任何教育專案來說都是頂級的），許多第三方公司生產相容的感測器，有時甚至是非常奇特的感測器。 完整的韌體原始碼和硬體規格 .
Программноеобеспечение
我們已經談論了很多關於硬體的問題，但事實上，它並不是決定機器人課程有效性的唯一因素。 它是在多個平台（Mac、PC、行動裝置）上存在真正直覺的軟體，並且 使樂高 MINDSTORMS Education EV3 成為十歲兒童學習（尤其是小學和中學之間）的首選平台。
iPad 上的應用程式歡迎螢幕
原生 LEGO MINDSTORMS Education EV3 軟體中的演算法視覺化簡直處於最高水平 - 只需幾分鐘就足以掌握邏輯塊交互的主要類型（轉換條件、循環等），然後逐漸增加邏輯塊的交互類型。程式的複雜性。 當然，有針對數十種不同型號的機器人的現成教育項目，如果您願意，您可以在線上社群中找到數千個有趣的程式。
iPad 應用程式中的範例程式
進階使用者可以安裝 LabVIEW 或 RobotC - LEGO MINDSTORMS Education EV3 的「大腦」與這些軟體包完全相容。 不幸的是，如果不進行額外的轉換，就無法將舊項目匯出為 NXT。
從教育的角度來看，它更有趣 。 它允許您為學生保存電子筆記本，這樣老師就可以根據特定學生的應用程式版本評估其成功程度並監控他的進度。 另外，您不僅可以使用軟體上提供的教育材料（其中有很多），還可以使用內建的內容編輯器來建立自己的材料。
EV3 內容編輯器教學影片
桌面版本還具有資料記錄實用程序，能夠根據閾值對圖形區域進行編程。 也就是說，現在教師可以輕鬆地示範現代科技在智慧家庭中的操作。
EV3微型計算機將從感測器即時收集數據，並根據溫度背景啟動一個或另一個模型程式。 當溫度高時，風扇打開，當溫度低時，加熱器打開。 學生將能夠記錄和分析數據，最終確定模型。
數據記錄
「智慧磚」韌體的開放性已經發揮了作用：有支援最受歡迎的程式語言（其中數十種）的替代選項。 總的來說，EV3 的使用可以「附加」到任何與程式設計相關的教育項目中，因為沒有什麼比有機會看到自己的演算法「在硬體中」工作更令人高興的了。
許多人預計這個故事的絆腳石可能是價格。 事實上，對於基本套餐，您需要支付 29 盧布，另加 900 盧布的充電費用。 不過，這筆金額包括供兩名學生舒適工作所需的零件和電子設備，以及包含 2 個現成課程的成熟基礎軟體（自 500 年 48 月起對個人和組織完全免費）。 當然，額外的設備和任務套件可能會增加成本，但在合理範圍內。 這是一個可供 2016 名學生使用的套件，包括基本套件和資源套件 LME EV8、充電器、軟體和 ，花費174。對於裝備來說還算可以接受，例如學校裡的一個圓圈。
是的，它比簡單的類似 Arduino 的平台要貴得多。 但機會和參與程度要高得多。 基於 EV3 的課程可以在整個高中及以後安全地規劃。 此外，透過充分使用LEGO MINDSTORMS Education EV3，由於機械品質、易於更換性和零件可用性（在我的實踐中，12 年內只需要更換一條RJ-10 電纜），它會比幾個簡單的套件「壽命更長」。舊的NXT）。
結果，我們看到了一個幾乎開源的項目，由一家大公司支持，具有這種情況下所需的所有好處 - 較長的生命週期、備件和擴展的可用性、官方和業餘指南、發達的社區。 Mindstorms 幾乎已經成為西方兒童教育機器人課程的標準，看到它在俄羅斯被廣泛採用真是太酷了。
選擇一條路徑
現在是主要的事情。 與 WeDo 2.0 套裝不同，EV3 面向高中生，因此也針對年齡較大的孩子，對他們來說，選擇未來職業的問題更為嚴重。
使用 EV3，每個學生將能夠更積極地展現其天生、成長和教育過程所固有的能力。
天生的數學家會密切監視感測器的遙測，如何準確記錄機器人行駛的距離，如何記錄其偏離的角度等等。
當然，未來的 IT 專家將沉浸在機器人編程中，分析其移動的演算法。 他肯定會創建自己的，而不是標準說明中規定的。
一個對物理充滿熱情的孩子將能夠在機器人的幫助下進行視覺實驗；幸運的是，這些裝置沒有感測器問題，就像孩子的想像力沒有問題一樣。
總體而言，無論您的孩子在學校的興趣和最喜歡的科目是什麼，使用 MINDSTORMS EV3 套裝學習都可以讓他們更加清晰地突出並專注於他們未來的發展。
在生活中
目前，該公司的解決方案已被學生用來創建有趣的項目，既作為各種競賽的一部分，也用於一般發展。 今年媒體報道了其中一些。
阿斯特拉罕地區科技園的學生魯斯蘭·卡濟莫夫（Ruslan Kazimov）和米哈伊爾·格拉迪舍夫（Mikhail Gladyshev）開發了一種用於手關節康復的機器人模擬器。
照片-rg.ru
八年級學生花了不到兩個月的時間開發模擬器。 他們在南部聯邦區第九屆全俄科學和創新項目競賽的地區舞台上展示了他們的項目，並獲得了第二名。 未來，他們計劃創建一個工業原型 - 目前，開發人員僅提供由樂高 MINDSTORMS Education EV3 教育機器人套裝製成的原型。
該設備複製了醫生所做的動作——關節開始工作，從而不僅恢復了關節的活動能力，還恢復了肌肉群的活動能力。 雖然設備透過藍牙連接，但未來它們將使用互聯網或 Wi-Fi 進行通訊。
市面上有類似的設備，但阿斯特拉罕設備可以與肩關節、腕關節和肘關節同時工作。 此外，它是便攜式的並且由電池供電。 還有遠端控制的可能性，即患者足不出戶就可以進行訓練。
在 2015 年世界機器人奧林匹克競賽 (WRO 2015) 上，來自聖彼得堡的俄羅斯團隊 DRL 榮獲樂高教育頒發的創意特別獎（樂高教育創意獎）。
俄羅斯 DRL 團隊展示了 CaveBot 專案。 來自聖彼得堡的人們在教練謝爾蓋·菲利波夫 (Sergei Filippov) 的指導下，創造了一個獨特的機器人探險家來探索洞穴中的未探索區域。 該開發涵蓋了各個科學領域，因為獨特的機器人可以執行不同複雜程度的任務。
團隊建造了一個攀爬機器人，配備了各種感測器來檢測物體以進行後續探索。 產生的資料可以在電腦上轉換為 3D 模型。
13 歲的 Shubham Banerjee 創立了 為學校科學專案用樂高積木製作的點字。 後來，在他的家人的參與下，成立了一家新創公司來推出這項發明，並獲得了科技公司英特爾的資金支持。
（照片：馬西奧·何塞·桑切斯，美聯社）
在網路上研究點字後，舒巴姆產生了創建印表機的想法。 意識到觸摸打字印表機的價格高達 2,000 美元以上，該學生決定製作一個更便宜的版本。
這項發明發明後不久，盲童和他們的父母開始聯繫舒巴姆，提出一個請求——製造一台廉價的點字印表機，並承諾「立即購買現成的印表機」。
正如您所看到的，在學習過程中使用MINDSTORMS Education EV3可以讓學生最大限度地發揮想像力，創造出越來越多的新機制，不僅有助於實現想法或直觀地進行任何實驗，而且還可以開始決定他們未來的職業。
如果您對在教育過程中使用這些解決方案（或產品本身）有疑問，請在評論中寫下。
來源： www.habr.com