Анна Виневская - Первые шаги в науку. Всероссийская детская конференция «Первые шаги в науку», г. Ростов-на-Дону, 2 декабря 2017 года

РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМЛЕКС LEGO MINDSTORMSэто конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Он комплектуются набором стандартных деталей LEGO (балки, оси, колеса, шестерни, сервомоторы) и набором, состоящим из сенсоров, двигателей и программируемого блока.

Робот, собранный из конструктора LegoMindstorms, представляет собой интеллектуальный блок (NXT или EV3), присоединенные к нему электронные компоненты (моторы и датчики), а также конструкционные элементы (оси, балки, соединительные штифты, шестеренки и др.).

Используя данные элементы можно собирать различные конструкции мобильных роботов и манипуляторов.

Следует учитывать, что первоначальное освоение робототехнического конструктора требует наличия готовых шаблонов.

Сердцем набора является программируемый интеллектуальный микрокомпьютер EV3, который контролирует работу моторов и датчиков. Он также поддерживает беспроводные протоколы связи Wi-Fi и Bluetooth.

Базовый набор EV3 включают в себя:

Микрокомпьютер EV3 автоматически определяет и управляет датчиками и моторами

– Воспроизводит звуки и изображения, имеет встроенные светодиоды с возможностью управления;

– Возможность программирования и регистрации данных непосредственно на микрокомпьютере EV3;

– Встроенный Bluetooth контроллер;

– Поддержка Wi-Fi.

2 x Больших серво мотора. Моторы в наборе разные: 2 больших, один средний. В каждом моторе присутствует датчик оборотов – энкодер. Он позволяет контролировать движение мотора с высокой точностью. Характеристики мотора:

Максимальные обороты – 160- 170 об/мин.

Крутящий момент – 20 Н/см

Встроенный датчик угла поворота (энкодер) мотора с точностью 1 градус

NXT датчики, моторы и кабели совместимы с EV3, поэтому оба набора – NXT и EV3 можно комбинировать. Встроенный датчик вращения

– Точность измерения до 1 градуса

Средний серво мотор

– Встроенный датчик вращения

– Точность измерения до 1 градуса

Ультразвуковой датчик

С помощью этого датчика робот может «видеть» предметы перед собой и определять расстояние до них.

Может измерять расстояние в диапазоне 3 – 250 см.

Дискретность результата измерений: +/– 1 см.

– Измеряет расстояния

– Определяет наличие объектов

Датчик цвета

Он позволяет роботу различать яркость объектов и определять освещенность помещения. Способен работать в 2 режимах – измерение отраженного света и окружающего освещения. В режиме определения яркости можно различать цвета – например, у желтого цвета яркость ниже, чем у

– Определяет цвета

– Измеряет степень освещенность, рассеянный свет и отраженный свет

Гироскопический датчик

Измеряет углы наклона

– Измеряет скорость вращения в градусах в секунду

– Определяет стороны наклоны (само балансирующие роботы)

2 x Датчика касания

Этот датчик напоминает кнопку любого устройства – телефона, пульта или клавиатуры. Датчик способен определить, когда кнопка нажата или отпущена, также он может подсчитывать одиночные и многократные нажатия.

– Три режима действия

– Датчик фиксирует нажатие, отсутствие нажатия, считает количество нажатий

– Автоматическая идентификация

Инфракрасный (ИК) датчик

Реагирует на инфракрасное излучение

– Используется для управления роботом от ИК маяка

– Определяет расстояние

ИК-маяк

Этот ИК-маяк был разработан для использования с ИК-датчиком EV3.

Маяк излучает ИК-сигнал, улавливаемый датчиком.

ИК-маяк также может использоваться в качестве пульта дистанционного управления микрокомпьютера EV3, передавая сигналы на ИК-датчик.

– Для работы требуются две AAA батареи

– До 4 индивидуальных канала передачи сигнала

– Имеет кнопку и тумблер для включения/выключения

– При работе ИК-маяка горит зеленый свето диод

– Автоматическое отключение при простое более 1 часа

– Радиус действия до 2 м

Кроме того, Базовый набор EV3 также включает:

– Два пластиковых лотка для хранения и сортировки деталей

– 541 тщательно подобранных элементов LEGO Technic

Программируемый блок (контроллер) представляет собой мозг робота. К «мозгу» можно подключить 4 мотора и 4 датчика, и именно в нем хранится программа робота. Когда программа запущена, блок читает программу и в соответствии с ней дает команды моторам и датчикам. Робота можно подключать к компьютеру через USB и Bluetooth. Между собой роботы могут «общаться» по Bluetooth.

На базе Lego Mindstorms можно получить различные модели мобильных роботов, балансиров, маятниковых систем, в том числе и нетривиальных, и т. д. В зависимости от поставленных задач и имеющегося опыта пользователь может выбрать среди множества необходимое ПО и язык программирования.

Легоробот Lego Mindstorms работает на базе компьютерного контроллера. В памяти контроллера есть программы, которые загружаются из компьютера. Информация с компьютера передается как с помощью USB-кабеля, так и посредством Bluetooth. С помощью Bluetooth можно управлять роботом мобильным телефоном, надо только лишь установить java-приложение. К контроллеру подключают различные датчики – это датчики касания, освещенности, расстояния.

Для того, чтобы создать программу требуется нарисовать в программее последовательность иконок, которые показывают то или иное действие (движение вперед, назад, распознавание препятствия). Также программирование робота Lego Mindstorms EV3 осуществляется при помощи простой графической программы. Ее необходимо скачать с интернета и установить на свой компьютер. И дальше программируется робот на разные действия.

Продумав все конструкционные элементы, я приступил к конструированию модели.

Для создания модели робота – помощника я использовал:

– LEGO Mindstorms EV3

– программное обеспечение LEGO Mindstorms EV3

В таблице приведены основные блоки и их использование в проекте.

Рис. 1. Блок

Модуль EV3

Служит центром управления и энергетической станцией для робота.

Рис.2. Мотор

Средний мотор

Средний мотор также имеет встроенный датчик вращения (с разрешением 1 градус), но он меньше и легче, чем большой мотор.

Большой мотор

Позволяет запрограммировать точные и мощные действия робота.

Датчик цвета

Определяет траекторию движения робота.

Он является основным элементом в данной модели.