В статье содержится описание опыта использования конструктора Lego Mindstorms EV3 для создания прототипа робота с его последующим программным и ручным управлением при помощи Robot Control Meta Language (RCML).

Сборка прототипа робота на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
Быстрая установка и настройка RCML для Windows
Программное управление роботом на базе контроллера EV3
Ручное управление периферией робота с помощью клавиатуры и геймпада

Забегая немного вперед, добавлю, что для реализации управления Lego-роботом с помощью клавиатуры требуется создать программу, содержащую всего 3 строки программного кода. Подробней о том, как это сделать написано под катом.

1. Для начала из конструктора Lego Mindstorms EV3 был создан прототип робота, который будет использоваться для программирования и ручного пилотирования.

Описание прототипа робота

Робот имеет конструкцию схожую с автомобильным шасси. Два мотора, установленные на раме, имеют одну общую ось вращения, которая соединена с задними колесами через редуктор. Редуктор преобразует крутящий момент путем увеличения угловой скорости задней оси. Рулевое управление собрано на базе конического редуктора.

2. Следующий шаг - подготовка RCML для работы с конструктором Lego Mindstorms EV3.

Следует скачать архивы с исполняемыми файлами и файлами библиотек и .

Скаченные архивы нужно извлечь в каталог с произвольным именем, однако следует избегать русских букв в названии.

Содержимое каталога после распаковки в него архивов

Далее необходимо создать файл конфигурации config.ini, который необходимо расположить в этом же каталоге. Для реализации возможности управления контроллером EV3 при помощи клавиатуры и геймпада, следует подключить модули lego_ev3, keyboard и gamepad.

Листинг конфигурационного файла config.ini для RCML

Module = lego_ev3 module = keyboard module = gamepad

Далее следует произвести сопряжение контроллера EV3 и адаптера.

Инструкция для сопряжения контролера EV3 и Bluetooth адаптера

Инструкция содержит пример сопряжения контроллера Lego Ev3 и ПК под управлением операционной системы Windows 7.

1. Нужно перейти в раздел настроек контроллера Ev3, далее в пункт меню «Bluetooth».

2. Следует убедиться в правильности установки параметров конфигурации. На против пунктов “Visibility”,” Bluetooth” должны быть установлены галочки.

3. Необходимо перейти в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth».

4. Необходимо нажать кнопку «Добавление устройства». Откроется окно для выбора доступных Bluetooth устройств.

5. Следует выбрать устройство “EV3” и нажать кнопку «Далее».

6. На экране контроллера EV3 отразится диалоговое окно «Connect?». Нужно выбрать вариант галочки, и подтвердить свой выбор нажатием центральной клавиши.

7. Далее отобразиться диалоговое окно «PASSKEY», в строке ввода должны быть указаны цифры «1234», далее следует подтвердить ключевую фразу для сопряжения устройств, путем нажатия центральной клавиши на позиции с изображением галочки.

8. В мастере сопряжения устройства появится форма для ввода ключа для сопряжения устройств. Нужно ввести код «1234» и нажать клавишу «Далее».

10. На ПК необходимо вернуться в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth». В списке доступных устройств отобразится устройство, с которым было произведено сопряжение.

11. Следует двойным нажатием зайти в свойства подключения “EV3”.

14. Указанный в свойствах индекс COM-порта, следует использовать в конфигурационном файле config.ini модуля lego_ev3. В примере показаны свойства Bluetooth подключения контроллера Lego EV3 с использованием стандартного последовательного порта COM14.

Дальнейшая конфигурация модуля сводится к тому, что необходимо прописать в конфигурационном файле модуля lego_ev3 адрес COM-порта, через который осуществляется коммуникация с роботом Lego.

Листинг конфигурационного файла config.ini для модуля lego_ev3

Connection = COM14 dynamic_connection = 0

Теперь необходимо произвести настройку модуля keyboard. Модуль находится в каталоге control_modules, далее keyboard. Следует создать конфигурационный файл config.ini рядом с файлом keyboard_module.dll. Перед тем, как создать конфигурационный файл, необходимо определить, какие действия должны быть совершены по нажатию клавиш.

Модуль клавиатуры позволяет задействовать клавиши, которые имеют определенный числовой код. Таблицу виртуальных кодов клавиш можно посмотреть .

В качестве примера, буду использовать нажатия следующих клавиш:

Стрелки вверх/вниз используются для вращения мотора задних колес вперед/назад
Стрелки влево/вправо поворачивают колеса влево/вправо

Файл конфигурации модуля keyboard описывает, какие оси доступны программисту, для осуществления взаимодействия с роботом в режиме ручного управления. Таким образом, в примере получилось две управляющих группы – это оси клавиатуры. Для добавления новой оси, следует придерживаться следующих правил описания осей.

Правила описания осей для модуля keyboard

1. При добавлении новой оси, необходимо в секцию добавить свойство, имя которого есть имя оси, и присвоить ему значение кнопки клавиатуры в HEX формате, при этом на каждую кнопку заводится подобная запись, т.е. имя оси может быть использовано несколько раз. В общем случае запись в секцию будет выглядеть следующим образом:

Имя_оси = значение_кнопки_клавиатуры_в_HEX_формате
2. Необходимо установить максимальное и минимальное значение, которое может откладываться по данной оси. Для этого необходимо с новой строки добавить секцию в конфигурационном файле config.ini , одноименную с именем оси, и задать свойства upper_value и lower_value , которые соответствуют максимум и минимуму оси соответственно. В общем виде данная секция выглядит следующим образом:

[имя_оси] upper_value = максимальное_значение_оси lower_value = минимальное_значение_оси
3. Далее следует определить, какое значение будет иметь ось в случае нажатия кнопки на клавиатуре, которая ранее была прикреплена к ней. Определение значений происходит посредством создания секции, название которой состоит из имени оси и значения кнопки клавиатуры в HEX формате, разделенные между собой символом нижнего подчеркивания. Для задания значения по умолчанию (в не нажатом) и нажатом состоянии используются свойства unpressed_value и pressed_value соответственно, в которые передаются значения. Общий вид секции в таком случае выглядит следующим образом:

[имя-оси_значение-кнопки-клавиатуры] pressed_value = значение_оси_при_нажатой_клавише unpressed_value = значение_оси_при_отжатой_клавише
Текст спойлера для удобства просмотра скопирован из документации по RCML .

Для реализации управления прототипом робота был создан конфигурационный файл модуля keyboard, который включает в себя оси go и rotate. Ось go используется для задания направления движения робота. При нажатии клавиши “стрелка вверх” ось получит значение 100, при нажатии клавиши “стрелка вниз” ось примет значение -50. Ось rotate используется для установки угла поворота передних колес. При нажатии клавиши “стрелка влево” значение оси будет равно -5, при нажатии «стрелки вправо» ось примет значение 5.

Листинг конфигурационного файла config.ini для модуля keyboard

;Обязательная секция ;название_оси = код_клавиши (в HEX формате) ;Ось go получает значения от стрелки_вверх go = 0x26 ;Ось go получает значения от стрелки_вниз go = 0x28 ;Ось rotate получает значения от стрелки_влево rotate = 0x25 ;Ось rotate получает значения от стрелки_вправо rotate = 0x27 ;Описание оси go, всегда должно иметь оба ключа ;Верхняя граница значений оси go upper_value = -100 ;Нижняя граница значений оси go lower_value = 100 ;Описание оси rotate, всегда должно иметь оба ключа ;Верхняя граница значений оси rotate upper_value = -100 ;Нижняя граница значений оси rotate lower_value = 100 ;Описание поведения оси go для клавиши *стрелка_вверх* (0x26) ;При нажатии клавиши *стрелка_вверх* значение оси задать равным 50 pressed_value = 100 ;При отпускании клавиши *стрелка_вверх* значение оси задать равным 0 unpressed_value = 0 ;Описание поведения оси go для клавиши *стрелка_вниз* (0x28) ;При нажатии клавиши *стрелка_вниз* значение оси задать равным -50 pressed_value = -50 ;При отпускании клавиши *стрелка_вниз* значение оси задать равным 0 unpressed_value = 0 ;Описание поведения оси rotate для клавиши *стрелка_влево* (0x25) ;При нажатии клавиши *стрелка_влево* значение оси задать равным -5 pressed_value = -5 ;При отпускании клавиши *стрелка_влево* значение оси задать равным 0 unpressed_value = 0 ;Описание поведения оси rotate для клавиши *стрелка_вправо* (0x27) ;При нажатии клавиши *стрелка_вправо* значение оси задать равным 5 pressed_value = 5 ;При отпускании клавиши *стрелка_вправо* значение оси задать равным 0 unpressed_value = 0

Далее для реализации управления при помощи геймпада, необходимо настроить модуль gamepad. Конфигурирование модуля включает в себя создание конфигурационного файла config.ini рядом с gamepad_module.dll, находящего в каталоге control_modules, далее gamepad.

Универсальный файл конфигурации модуля для взаимодействия с геймпадом

;Обязательная секция описания используемых осей ;Ось для завершения режима ручного управления Exit = 9 ; 11 бинарных осей, соответствующих кнопкам геймпада B1 = 1 B2 = 2 B3 = 3 B4 = 4 L1 = 7 L2 = 5 R1 = 8 R2 = 6 start = 10 T1 = 11 T2 = 12 ; 4 оси стиков;Правый стик движение вверх/вниз RTUD = 13 ;Правый стик движение влево/вправо RTLR = 16 ;Левый стик движение вверх/вниз LTUD = 15 ;Левый стик движение влево/вправо LTLR = 14 ; 2 оси крестовины;Движение крестовины вверх/вниз arrowsUD = 17 ;Движение крестовины влево/вправо arrowsLR = 18 ;Описание поведения оси B1 ;При нажатии кнопки B1 значение оси задать равным 1 upper_value = 1 ;При отпускании кнопки B1 значение оси задать равным 0 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 upper_value = 1 lower_value = 0 ;Описание поведения оси правого стика движение вверх/вниз ;Значение оси при перемещении в максимально возможное верхнее положение upper_value = 0 ;Значение оси при перемещении в максимально возможное нижнее положение lower_value = 65535 upper_value = 0 lower_value = 65535 upper_value = 0 lower_value = 65535 upper_value = 0 lower_value = 65535 ;Описание поведения оси крестовины движение вверх/вниз ;Значение оси при нажатии стрелки вверх upper_value = 1 ;Значение оси при нажатии стрелки вниз lower_value = -1 upper_value = 1 lower_value = -1

Дополнительная информация об особенностях настройки модуля gamepad отображена в справочном руководстве по RCML .

3. Следующий шаг - написание программы на языке RCML.

В корне созданного каталога, необходимо создать файл программы. Имя файла программы и его расширение может быть любым, однако следует избегать русских букв в названии. В примере использовано имя файла - hello.rcml.

Для модуля lego_ev3 программный код резервирования робота, имеет следующий вид:

@tr = robot_lego_ev3;

На странице подключения модуля lego_ev3 описано большинство функций, поддерживаемых контроллером. В качестве тестового примера, была создана программа для автоматического вхождения робота в занос.

Алгоритм программы следующий:

После резервирования первого свободного робота, устанавливается связь двух двигателей для последующей работы с ними, как с одним. Затем робот начинает выполнять заносы. Программное описание действий робота позволяет точно устанавливать углы поворота передних колес и скорость вращения задних. Использование этого приёма позволяет добиваться результатов, которые сложно повторить во время ручного пилотирования с клавиатуры или геймпада.

Листинг программы для Lego робота на языке RCML

function main() { @tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота @tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей @tr->motorMoveTo("D",100,0,0); system.sleep(500); @tr->trackVehicleForward(-100); system.sleep(1000); @tr->motorMoveTo("D",50,-50,0); system.sleep(4000); @tr->motorMoveTo("D",50,50,0); system.sleep(4000); @tr->trackVehicleOff(); system.sleep(1000); }

Для компилирования программы необходимо использовать командную строку window. Сначала следует переместиться в созданный каталог с исполняемыми файлами rcml_compiler.exe и rcml_intepreter.exe. Далее нужно ввести следующие команды.

Команда для компилирования файла hello.rcml:

Rcml_compiler.exe hello.rcml hello.rcml.pc
В результате компилирования, в созданной директории появится новый файл hello.rcml.pc.

Скриншот командой строки после успешного компилирования

Теперь следует убедиться в том, что контроллер EV3 включен, сопряжен с Bluetooth адаптером. Геймпад должен быть подключен к ПК. После этого нужно выполнить команду исполнения программного файла:

Rcml_intepreter.exe hello.rcml

Внешний вид командной строки во выполнения программы

Видеоролик демонстрирующий программу движения робота расположен внизу статьи.

4. Следующий шаг – управление роботом в ручном режиме при помощи клавиатуры.

При помощи клавиатуры возможно управление любым двигателем робота. В рамках примера реализовано управление следующими механизмами:

Углом поворота передних колес
Направлением вращения задних колес

Листинг программы взаимодействия клавиатуры и робота Lego на базе контроллера EV3

function main() { @tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота @tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей system.hand_control(@tr,"keyboard", "straight","go", "speedMotorD","rotate"); }

Далее следует откомпилировать программу и выполнить её. Результат ручного управления Lego роботом при помощи на клавиатуры показан на видео внизу страницы.

5. Помимо клавиатуры доступен модуль gamepad позволяющий манипулировать роботом при помощи геймпада. Для реализации управления робота при помощи геймпада необходимо описать на уровне программы, какие оси робота будут принимать значения осей геймпада.

Листинг программы взаимодействия геймпада и робота Lego

function main() { @tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота @tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей system.hand_control(@tr,"gamepad", "straight"," RTUD", "speedMotorD"," RTLR"); }

Далее следует повторить процесс компилирования программы и затем выполнить её. Далее показан результат ручного управления Lego роботом при помощи на геймпада, и все ранее подключенные способы:

В статье кратко продемонстрированы только лишь некоторые возможности RCML. Наиболее подробное описание находиться в справочном руководстве.

Теги:

lego mindstorms
робототехника
программирование

Добавить метки

Основной модуль конструктора Lego Mindstorms EV3 может работать с прошивкой leJOS , позволяющей запускать Java-приложения. Специально для этого Oracle выпустил и поддерживает отдельную версию полноценной Java SE .

Нормальная JVM позволила мне использовать встроенный в нее протокол Java Management Extensions (JMX), чтобы реализовать удаленное управление роботом-манипулятором. Для объединения управляющих элементов, показаний датчиков и картинок с установленных на роботе IP-камер используется мнемосхема, сделанная на платформе AggreGate.

Сам робот состоит из двух основных частей: шасси и руки-манипулятора. Они управляются двумя полностью независимыми компьютерами EV3, вся их координация осуществляется через управляющий сервер. Прямого соединения между компьютерами нет.

Оба компьютера подключены к IP-сети помещения через Wi-Fi адаптеры NETGEAR WNA1100. Робот управляется восемью двигателями Mindstorms - из них 4 «большие» и 4 «маленькие». Также установлены инфракрасный и ультразвуковой датчики для автоматической остановки у препятствия при движении задним ходом, два датчика прикосновения для остановки поворота манипулятора из-за препятствия, и гироскопический датчик, облегчающий ориентировку оператора при помощи визуализации положения плеча.

В шасси установлены два двигателя, каждый из которых передает усилие на пару гусеничных приводов. Еще один двигатель поворачивает всю руку-манипулятор целиком на 360 градусов.

В самом манипуляторе два двигателя отвечают за подъем и опускание «плеча» и «предплечья». Еще три двигателя занимаются подъемом/опусканием кисти, ее поворотом на 360 градусов и сжиманием/разжиманием «пальцев».

Самым сложным механическим узлом является «кисть». Из-за необходимости выноса трех тяжелых двигателей в район «локтя» конструкция получилась достаточно хитрой.

В целом все выглядит так (коробок спичек был с трудом найден для масштаба):

Для передачи картинки установлены две камеры:

Обычный Android-смартфон с установленным приложением IP Webcam для общего обзора (на снимке HTC One)
Автономная Wi-Fi микро-камера AI-Ball , установленная прямо на «кисти» манипулятора и помогающая хватать предметы сложной формы

Программирование EV3

ПО самого робота получилось максимально простым. Программы двух компьютеров очень похожи, они запускают JMX сервер, регистрируют MBean"ы, соответствующие двигателям и датчикам, и засыпают в ожидании операций по JMX.

Код главных классов ПО руки-манипулятора

public class Arm { public static void main(String args) { try { EV3Helper.printOnLCD("Starting..."); EV3Helper.startJMXServer("192.168.1.8", 9000); MBeanServer mbs = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer(); EV3LargeRegulatedMotor motor = new EV3LargeRegulatedMotor(BrickFinder.getDefault().getPort("A")); LargeMotorMXBean m = new LargeMotorController(motor); ObjectName n = new ObjectName("robot:name=MotorA"); mbs.registerMBean(m, n); // Registering other motors here EV3TouchSensor touchSensor = new EV3TouchSensor(SensorPort.S1); TouchSensorMXBean tos = new TouchSensorController(touchSensor); n = new ObjectName("robot:name=Sensor1"); mbs.registerMBean(tos, n); // Registering other sensors here EV3Helper.printOnLCD("Running"); Sound.beepSequenceUp(); Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE); } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } } } public class EV3Helper { static void startJMXServer(String address, int port) { MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer(); try { java.rmi.registry.LocateRegistry.createRegistry(port); JMXServiceURL url = new JMXServiceURL("service:jmx:rmi:///jndi/rmi://" + address + ":" + String.valueOf(port) + "/server"); Map props = new HashMap(); props.put("com.sun.management.jmxremote.authenticate", "false"); props.put("com.sun.management.jmxremote.ssl", "false"); JMXConnectorServer connectorServer = JMXConnectorServerFactory.newJMXConnectorServer(url, props, server); connectorServer.start(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } static void printOnLCD(String s) { LCD.clear(); LCD.drawString(s, 0, 4); } }

Для каждого типа датчика и мотора создан интерфейс MBean"а и реализующий его класс, которые напрямую делегирует все вызовы классу, входящему в leJOS API.

Пример кода интерфейса

public interface LargeMotorMXBean { public abstract void forward(); public abstract boolean suspendRegulation(); public abstract int getTachoCount(); public abstract float getPosition(); public abstract void flt(); public abstract void flt(boolean immediateReturn); public abstract void stop(boolean immediateReturn); public abstract boolean isMoving(); public abstract void waitComplete(); public abstract void rotateTo(int limitAngle, boolean immediateReturn); public abstract void setAcceleration(int acceleration); public abstract int getAcceleration(); public abstract int getLimitAngle(); public abstract void resetTachoCount(); public abstract void rotate(int angle, boolean immediateReturn); public abstract void rotate(int angle); public abstract void rotateTo(int limitAngle); public abstract boolean isStalled(); public abstract void setStallThreshold(int error, int time); public abstract int getRotationSpeed(); public abstract float getMaxSpeed(); public abstract void backward(); public abstract void stop(); public abstract int getSpeed(); public abstract void setSpeed(int speed); }

Пример кода реализации MBean"а

public class LargeMotorController implements LargeMotorMXBean { final EV3LargeRegulatedMotor motor; public LargeMotorController(EV3LargeRegulatedMotor motor) { this.motor = motor; } @Override public void forward() { motor.forward(); } @Override public boolean suspendRegulation() { return motor.suspendRegulation(); } @Override public int getTachoCount() { return motor.getTachoCount(); } @Override public float getPosition() { return motor.getPosition(); } @Override public void flt() { motor.flt(); } @Override public void flt(boolean immediateReturn) { motor.flt(immediateReturn); } // Similar delegating methods skipped }

Как ни странно, на этом программирование закончилось. На стороне сервера и операторского рабочего места не было написано ни одной строчки кода.

Подключение к серверу

Непосредственное управление роботом осуществляет сервер IoT-платформы AggreGate . Установленная бесплатная версия продукта AggreGate Network Manager включает драйвер протокола JMX и позволяет подключить до десяти JMX-хостов. Нам понадобится подключить два - по одному на каждый кирпичик EV3.

Прежде всего, нужно создать аккаунт JMX устройства, указав в настройках URL, заданный при запуске JMX сервера:

Свойства соединения с JMX-устройством

После этого выбираем активы (т.е. MBean"ы в данном случае), которые будут добавлены в профиль устройства:

Выбор MBean"ов

И через несколько секунд смотрим и меняем текущие значения всех опрошенных свойств MBean"ов:

Снимок устройства

Можно также потестировать различные операции вызывая вручную методы MBean"ов, например forward() и stop().

Список операций

Далее настраиваем периоды опроса для датчиков. Высокая частота опроса (100 раз в секунду) используется, так как управляющий сервер находится в локальной сети вместе с роботом и именно сервер принимает решения об остановке вращения при упоре в препятствие и т.п. Решение, безусловно, не промышленное, но в хорошо работающей Wi-Fi сети в рамках одной квартиры показало себя вполне адекватным.

Периоды опроса

Интерфейс оператора

Теперь переходим к созданию интерфейса оператора. Для этого сначала создаем новый виджет и накидываем в него нужные компоненты. В конечном работающем варианте выглядит он так:

По сути, весь интерфейс состоит из нескольких панелей с кнопками, слайдерами и индикаторами, сгруппированными в различные сеточные раскладки, и двух больших видео-плееров, транслирующих картинки с камер.

Вид изнутри редактора интерфейсов

Вся форма:

Вид с показанными панелями-контейнерами:

Теперь, как говорят АСУТПшники, осталось «оживить мнемосхему». Для этого применяются так называемые привязки связывающие свойства и методы графических компонентов интерфейса со свойствами и методами серверных объектов. Так как компьютеры EV3 уже подключены к серверу, серверными объектами могут быть и MBean"ы нашего робота.

Весь интерфейс оператора содержит около 120 привязок, большая часть из которых однотипна:

Половина однотипных привязок реализует управление при помощи кликов на кнопки, расположенные на мнемосхеме. Это красиво, удобно для тестирования, но совершенно непригодно для реального передвижения робота и перемещения грузов. Активаторами привязок из этой группы являются события mousePressed и mouseReleased различных кнопок.

Вторая половина привязок позволяет управлять роботом с клавиатуры, предварительно нажав на кнопку Keyboard Control. Эти привязки реагируют на события keyPressed и keyReleased , а в условии каждой привязки прописано, на какой именно код кнопки нужно реагировать.

Все управляющие привязки вызывают методы forward() , backward() и stop() различных MBean"ов. Поскольку доставка событий происходит асинхронно, важно, чтобы вызовы функций forward() /backward() и последующие вызовы stop() не перепутались. Для этого привязки, вызывающие методы одного MBean"а, добавлены в одну очередь (Queue).

Две отдельные группы привязок выставляют начальные скорости и ускорения двигателей (сейчас это реализовано на стороне сервера при помощи модели, поэтому эти привязки отключены) и меняют скорости/ускорения при перемещении ползунков Speed и Acceleration.

Ваш ребенок мечтает самостоятельно построить и запрограммировать робота, который бы выполнял все его команды? Тогда настоятельно рекомендуем Вам обратить свое внимание на уникальную серию конструкторов известной во всем мире датской фирмы Лего Роботы.

Серия Лего Mindstorms это особое достижение компании Lego . Все дело в том, что эти конструкторы основаны на электромеханике и робототехнике, а значит, они будут интересны тем, кто имеет оригинальное мышление и хорошую фантазию, а также знание и понимание всех происходящих технических процессов. Именно поэтому очень часто набор Лего Роботы становится любимой игрушкой не только для ребят старшего школьного возраста, но и хобби для их пап и даже дедушек.

Покупая конструктор Лего Mindstorms, Вы получаете:

Интереснейшую игру-конструктор

Лего Роботы - это продукт, при изготовлении которого использовались новейшие технологии в области робототехники. Игрушки серии Лего Mindstorms имеют несколько двигателей, дополнительные датчики-сенсоры и цветной дисплей. Лего Роботы способны поразить воображение всех, кто с ними сталкивается впервые, ведь они ведут себя, как живые существа. Лего Mindstorms реагируют на прикосновение и звук, способны определять температуру объекта и расстояние. Они могут приходить, услышав Ваш хлопок, поднимать предметы, которые находятся рядом, и различать темноту и свет. Все это звучит довольно сложно, но практика показывает, что любой ребенок, который владеет компьютером на пользовательском уровне, может без проблем запрограммировать конструктор из серии Лего Роботы, создав своего личного робота. Отметим, что команды игрушке Лего Mindstorms можно отдавать не только с компьютера, но и с любого мобильного телефона, в котором установлен Bluetooth.

Огромные возможности для развития творчества

Набор Лего Роботы состоит больше, чем из 500 деталей, что дает возможность собрать огромное количество различных модификаций роботов-конструкторов: мифологическое животное, которое живет только в Ваших фантазиях, человекоподобного робота, автомобиль будущего и пр.

Качественный продукт

Перед запуском серийного производства конструкторов все их компоненты проходят проверку на прочность на испытательных стендах. Каждый элемент Лего Роботы рассчитан на более чем 50 000 циклов сцепления. Для производства пластиковых элементов конструктора Лего Mindstorms не применяются тяжелые металлы и другие вредные для здоровья материалы.

О развивающих возможностях конструкторов Лего Mindstorms можно говорить бесконечно. Лего Роботы - это не только знакомство с новейшими технологиями, но и их использование. Юные владельцы Лего Mindstorms будут невероятно гордиться и радоваться, когда напишут и загрузят в робота свою первую компьютерную программу. А уж о гордости родителей за свое любимое чадо, которое запросто справляется с новейшими технологиями, и говорить не приходится!

Взрослая игрушка Лего Роботы уже успела завоевать миллионы поклонников по всей планете и с каждым днем их количество только растет. Сейчас существуют даже целые клубы, посвященные конструкторам Лего Mindstorms, в которых люди обсуждают способы улучшения функций Лего Роботов, делятся своими достижениями, открытиями и пр.

Покупайте у нас набор Лего Mindstorms и создавайте игрушки, которые в Ваших руках непременно оживут!

Инфракрасный датчик входит домашнюю версию набора Lego mindstorms EV3. Это единственный датчик, который может применяться как самостоятельно, так и в паре с инфракрасным маяком, тоже являющимся частью домашнего набора. Следующие два урока мы посвятим изучению этих двух устройств, а также их взаимодействию между собой.

8.1. Изучаем инфракрасный датчик и инфракрасный маяк

(Рис. 1) в своей работе использует световые волны, невидимые человеку - инфракрасные волны* . Такие же волны используют, например, дистанционные пульты управления различной современной бытовой техникой (телевизорами, видео и музыкальными устройствами). Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" самостоятельно посылает инфракрасные волны и, поймав отраженный сигнал, определяет наличие препятствия перед собой. Еще два режима работы инфракрасный датчик реализует в паре с инфракрасным маяком (Рис. 2) . В режиме "Удаленный" инфракрасный датчик умеет определять нажатия кнопок инфракрасного маяка, что позволяет организовать дистанционное управление роботом. В режиме "Маяк" инфракрасный маяк посылает постоянные сигналы, по которым инфракрасный датчик может определять примерное направление и удаленность маяка, что позволяет запрограммировать робота таким образом, чтобы он всегда следовал в сторону инфракрасного маяка. Перед использованием инфракрасного маяка в него необходимо установить две батарейки AAA.

Рис. 1

Рис. 2

8.2. Инфракрасный датчик. Режим "Приближение"

Этот режим работы инфракрасного датчика похож на режим определения расстояния ультразвуковым датчиком. Разница кроется в природе световых волн: если звуковые волны отражаются от большинства материалов практически без затухания, то на отражение световых волн влияют не только материалы, но и цвет поверхности. Темные цвета в отличие от светлых сильнее поглощают световой поток, что влияет на работу инфракрасного датчика. Диапазон работы инфракрасного датчика также отличается от ультразвукового - датчик показывает значения в пределах от 0 (предмет находится очень близко) до 100 (предмет находится далеко или не обнаружен). Еще раз подчеркнем: инфракрасный датчик нельзя использовать для определения точного расстояния до объекта, так как на его показания в режиме "Приближение" оказывает влияние цвет поверхности исследуемого предмета. В свою очередь это свойство можно использовать для различия светлых и темных объектов, находящихся на равном расстоянии до робота. С задачей же определения препятствия перед собой инфракрасный датчик справляется вполне успешно.

Решим практическую задачу, похожую на Задачу №14 Урока №7 , но, чтобы не повторяться, усложним условие дополнительными требованиями.

Задача №17: написать программу прямолинейно движущегося робота, останавливающегося перед стеной или препятствием, отъезжающего немного назад, поворачивающего на 90 градусов и продолжающего движение до следующего препятствия.

У робота, собранного по инструкции small-robot-31313 , впереди по ходу движения установлен инфракрасный датчик. Соединим его кабелем с портом "3" модуля EV3 и приступим к созданию программы.

Рассмотрим программный блок "Ожидание" Оранжевой палитры, переключив его в Режим: - "Сравнение" - "Приближение" (Рис. 3) . В этом режиме программный блок "Ожидание" имеет два входных параметра: "Тип сравнения" и "Пороговое значение" . Настраивать эти параметры мы уже умеем.

Рис. 3

Решение:

Начать прямолинейное движение вперед
Ждать, пока пороговое значение инфракрасного датчика станет меньше 20
Прекратить движение вперед
Отъехать назад на 1 оборот двигателей
Повернуть вправо на 90 градусов (воспользовавшись знаниями Урока №3, рассчитайте необходимый угол поворота моторов)
Продолжить выполнение пунктов 1 - 5 в бесконечном цикле.

Попробуйте решить Задачу № 17 самостоятельно, не подглядывая в решение.

Рис. 4

А теперь для закрепления материала попробуйте адаптировать решение Задачи №15 Урока №7 к использованию инфракрасного датчика! Получилось? Поделитесь впечатлениями в комментарии к уроку...

8.3. Дистанционное управление роботом с помощью инфракрасного маяка

Инфракрасный маяк, входящий в домашнюю версию конструктора Lego mindstorms EV3, в паре с инфракрасным датчиком позволяет реализовать дистанционное управление роботом. Познакомимся с маяком поближе:

Пользуясь инфракрасным маяком, направляйте передатчик сигнала (Рис. 5 поз. 1) в сторону робота. Между маяком и роботом должны отсутствовать любые препятствия! Благодаря широкому углу обзора инфракрасный датчик уверено принимает сигналы, даже если маяк располагается позади робота!
На корпусе маяка расположены 5 серых кнопок (Рис. 5 поз. 2) , нажатия которых распознает инфракрасный датчик, и передает коды нажатий в программу, управляющую роботом.
С помощью специального красного переключателя (Рис. 5 поз. 3) можно выбрать один из четырех каналов для связи маяка и датчика. Сделано это для того, чтобы в непосредственной близости можно было управлять несколькими роботами.

Рис. 5

Задача №18: написать программу дистанционного управления роботом с помощью инфракрасного маяка.

Мы уже знаем, что для реализации возможности выбора выполняющихся блоков необходимо воспользоваться программным блоком "Переключатель" Оранжевой палитры. Установим режим работы блока "Переключатель" в - "Измерение" - "Удалённый" (Рис. 6) .

Рис. 6

Для активации связи между инфракрасным датчиком и маяком необходимо установить правильное значение параметра "Канал" (Рис. 7 поз. 1) в соответствии с выбранным каналом на маяке! Каждому программному контейнеру блока "Переключатель" необходимо сопоставить один из возможных вариантов нажатия серых клавиш (Рис. 7 поз. 2) . Заметьте: некоторые варианты включают одновременное нажатие двух клавиш (нажатые клавиши помечены красным цветом). Всего в программном блоке "Переключатель" в этом режиме можно обрабатывать до 12 различающихся условий (одно из условий должно быть выбрано условием по умолчанию). Добавляются программные контейнеры в блок "Переключатель" нажатием на "+" (Рис. 7 поз.3) .

Рис. 7

Предлагаем реализовать следующий алгоритм управления роботом:

Нажатие верхней левой кнопки включает вращение левого мотора, робот поворачивает вправо (Рис. 7 поз. 2 значение: 1)
Нажатие верхней правой кнопки включает вращение правого мотора, робот поворачивает влево (Рис. 7 поз. 2 значение: 3)
Одновременное нажатие верхних левой и правой кнопок включает одновременное вращение вперед левого и правого мотора, робот двигается вперед прямолинейно (Рис. 7 поз. 2 значение: 5)
Одновременное нажатие нижних левой и правой кнопок включает одновременное вращение назад левого и правого мотора, робот двигается назад прямолинейно (Рис. 7 поз. 2 значение: 8)
Если не нажата ни одна кнопка маяка - робот останавливается (Рис. 7 поз. 2 значение: 0) .

При разработке алгоритма дистанционного управления вы должны знать следующее: когда нажата одна из комбинаций серых кнопок - инфракрасный маяк непрерывно посылает соответствующий сигнал, если кнопки отпущены, то отправка сигнала прекращается. Исключение составляет отдельная горизонтальная серая кнопка (Рис. 7 поз 2 значение: 9) . Эта кнопка имеет два состояния: "ВКЛ" - "ВЫКЛ" . Во включенном состоянии маяк продолжает посылать сигнал, даже если вы отпустите кнопку (о чём сигнализирует загорающийся зеленый светодиод), чтобы выключить отправку сигнала в этом режиме - нажмите горизонтальную серую кнопку еще раз.

Приступим к реализации программы:

Наш алгоритм дистанционного управления предусматривает 5 вариантов поведения, соответственно наш программный блок "Переключатель" будет состоять из пяти программных контейнеров. Займемся их настройкой.

Вариантом по умолчанию назначим вариант, когда не нажата ни одна кнопка (Рис. 7 поз. 2 значение: 0) . Установим в контейнер программный блок , выключающий моторы "B" и "C" .
В контейнер варианта нажатия верхней левой кнопки (Рис. 7 поз. 2 значение: 1) установим программный блок "Большой мотор" , включающий мотор "B" .
В контейнер варианта нажатия верхней правой кнопки (Рис. 7 поз. 2 значение: 3) установим программный блок "Большой мотор" , включающий мотор "C" .
В контейнер варианта одновременного нажатия верхних левой и правой кнопок (Рис. 7 поз. 2 значение: 5) установим программный блок "Независимое управление моторами" "B" и "C" вперед.
В контейнер варианта одновременного нажатия нижних левой и правой кнопок (Рис. 7 поз. 2 значение: 8) установим программный блок "Независимое управление моторами" , включающий вращение моторов "B" и "C" назад.
Поместим наш настроенный программный блок "Переключатель" внутрь программного блока "Цикл" .

По предложенной схеме попробуйте создать программу самостоятельно, не подглядывая в решение!

Рис. 8

Загрузите получившуюся программу в робота и запустите её на выполнение. Попробуйте управлять роботом с помощью инфракрасного маяка. Всё ли у вас получилось? Понятен ли вам принцип реализации дистанционного управления? Попробуйте реализовать дополнительные варианты управления. Напишите свои впечатления в комментарии к этому уроку.

* Хотите увидеть невидимые волны? Включите режим фотосъемки в мобильном телефоне и поднесите излучающий элемент дистанционного пульта от телевизора к объективу мобильного телефона. Нажимайте кнопки пульта дистанционного управления и на экране телефона наблюдайте свечение инфракрасных волн.

В этом разделе представлены различные Лего роботы. Начиная с Mindstorms - робота для продвинутых пользователей и даже профессионалов, заканчивая персонажами легенд: Hero Factory, Ninjago, Chima и др.

Начнём наше повествование с необычной лего игрушки – электронного интерактивного робота на базе процессора NXT 2.0! Его, с помощью инструкции, может собрать даже 10-12-летний ребёнок! LEGO Роботы mindstorms понравится не только детям, но и их родителям, так как он очень функционален и возможности его программирования поистине безграничны! Можно сконструировать свои программируемые модели!

Программирование робота очень удобно осуществлять через дружественный интерфейс программы, которую можно установить с диска! При желании, выбрать набор функций можно комбинацией клавиш на центральном блоке управления. Robot имеет очень хорошую функциональность, что достигается за счёт интерактивных сервомоторов и специальных датчиков, реагирующих на свет, звук, механические воздействия и на другие внешние раздражители!

Mindstorms может передвигаться в различном направлении, воспроизводить звуки, различать цвета, собирать кубик Рубика, брать в руки не тяжелые предметы, охранять комнату, управлять лего поездом или машиной с расстояния и многое другое! Помимо обычных датчиков, которые поставляются в начальном комплекте, можно докупить и другие различные аксессуары: различные сенсоры, переходники, моторы, аккумуляторы и многое другое, которые существенно расширят возможности Вашего лего робота!

Инструкция, которая есть на диске программного обеспечения, предлагает несколько первоначальных, несложных в сборке моделей mindstorms: Робогатор, Сортировщик цветных шариков, Сторож комнаты и некоторые другие.

Ваш ребёнок никогда не будет скучать, а учиться навыкам конструирования и программирования в игровой форме, тоже весьма познавательное занятие!

Ещё одна серия – это Фабрика Героев. Герои из серии Hero Factory являются очень колоритными существами, это гибрид человека и робота и название им – киборги! Фигурки роботов имеют подвижные руки и ноги, они держат различное оружие, которое помогает им сражаться с полчищами мутантов, которые прислуживают Огненному Лорду.

Данная серия Hero Factory является аналогом Биониклов, поэтому её с радостью воспримут поклонники мультфильмов про роботов.

Среди персонажей есть как добрые: Стормер, Фурно, Бриз и другие, так и отрицательные герои: Дриллдозер, Джетбаг, Вон Небула, которые подчиняются могущественному и злому Огненному Лорду. Попробуйте собрать всю коллекцию фигурок Фабрика Героев лего роботов и устроить своё сражение за торжество добра и справедливости!