Как называется лего для робототехники
LEGO Mindstorms – плюсы и минусы в обучении робототехнике
Чаще всего при обучении детей робототехнике используют платформу LEGO Mindstorms – это конструктор, из деталей которого можно легко создать программируемого робота. Но мы отказались от этой идеи. Расскажем почему, а заодно поговорим о преимуществах и недостатках обучения робототехнике при помощи LEGO Mindstorms.
LEGO Mindstorms – закрытая платформа
Обычно платформы для обучения робототехнике состоят из четырех компонентов: механики, периферийной электроники, управляющего модуля и среды разработки (софта). Одно из свойств закрытых платформ – таких, как «Лего», – несовместимость их компонентов с другими платформами. Очень редко встречаются любители сложностей, которые захотят добавить цельным системам датчики не из комплекта. Поэтому мы будем рассматривать LEGO Mindstorms, не отделяя компоненты друг от друга.
Для младших школьников есть упрощенный вариант набора – Lego EducationWedo. В него входят строительные элементы, мотор, датчик наклона и датчик расстояния. Для учеников средней и старшей школы уже предлагается полная платформа Lego MindStorms, самая современная ее версия – Lego MindStorms Ev3. С ее помощью можно создать как стандартные модели роботов, так и авторские проекты.
Выбирать Lego для обучения робототехнике или нет? Нужно разбираться…
Преимущества LEGO Mindstorms
Мы не будем говорить о развитии мелкой моторики, усидчивости, логики или пространственного мышления. Все эти навыки развиваются у детей при использовании любого конструктора. Отметим неоспоримые преимущества в обучении робототехнике, которые есть у LEGO Mindstorms.
Простое использование
Когда практически ничего не ломается, все легко подключается, то и работать с таким материалом сплошное удовольствие. Свободное программное обеспечение Lego EV3 Basic и текстовая среда программирования Microsoft Small Basic Ev3, специально разработанная для обучения программированию, делают «общение» с роботом комфортным. Все доступно и постигается в короткие сроки.
Поддержка русского языка, большое число готовых примеров и встроенная справочная система с руководством по сборке и программированию делают робототехнику похожей на игру, которая нравится детям.
Скорость сборки
Все детали конструктора сделаны идеально, а значит, не нужно терять время на решение проблемы, если что-то не подойдет или пойдет не по инструкции.
Собрать фирменные детальки «Лего» намного быстрее, чем детали других конструкторов. На них не надо зажимать заклепки, они открываются сами за счет упругости. Винты у «Лего» заменяет ось с крестообразным сечением. Гайки не нужны – оси держатся за счет продольного трения. Плюс к этому в «Лего» есть спецдетали для сборки некоторых узлов, к примеру дифференциала. Все это значительно ускоряет сборку.
Корпорация «Лего» проводит множество конференций и мастер-классов для преподавателей, устраивает соревнования и конкурсы для детей и взрослых. Все для того, чтобы через Lego вызвать интерес к робототехнике как можно у большего числа людей.
Недостатки LEGO Mindstorms
Далек от реальной жизни
Соединения, которые используют в «Лего», в реальном мире вы не встретите, также нигде не используется и язык программирования лего-роботов. Идеальные детали, как в «Лего», тоже ребенку во взрослой жизни не попадутся, поэтому переход от лего-роботов к реальной робототехнике будет нелегким.
Элементы конструктора упрощены для того, чтобы ребенку не пришлось использовать дополнительные инструменты. Но представьте себе роботов в промышленности и на производстве – чтобы создать их, понадобятся навыки не только по программированию, но и по обращению с линейкой, циркулем, паяльником и прочими инструментами.
Нет понимания, как достигнут результат
Все микроэлектронные элементы модуля спрятаны за корпусом. Что видит ребенок? Волшебную коробку, которая неизвестным образом выполняет то, что он делает по инструкции. Все детали даны, осталось только соединить. В итоге ребенок не знает, что и как работает. Результат есть, а ясного понимания, как он получился, нет!
Для сравнения: программный блок Lego Mindstorms и рисунок программного блока Arduino (справа) с открытыми микроэлектронными элементами
Каждая инструкция Lego пошагово описывает, что и куда поставить (даже аккумулятор в блок). Детали изображены в реальном размере, нет текста, который бы объяснял что-то, хотя бы называл детали, которые ребенок использует. Конечно, это упрощает работу, но в итоге дети не знают названий деталей, не умеют работать со схемами, не говоря уже о том, что в реальности таких подробных инструкций, дающих ответов на любой вопрос, они вряд ли получат.
Инструкции Lego и Arduino. Во втором случае процесс сборки изображен схематично, есть поясняющий текст, названия деталей
Если ребенок не знает, как и что работает, то впоследствии создать что-то свое ему будет затруднительно. Кстати, у лего-модуля всего 8 разъемов, в которые кроме фирменных проводов ничего больше не влезает. Ну и, конечно, датчики и моторы тоже используются только конкретной компании. А значит, пространства для творчества становится все меньше.
Вместо заключения
Для ребенка Lego Mindstorms напоминает игру, не требует он особой технической подготовки и от преподавателя. Принимая все положительные стороны конструктора, скажем, что его можно использовать только как первый шаг на пути к робототехнике. При этом нужно обязательно доносить до детей, что разработки Lego – большой труд множества инженеров, чтобы у них не создавалась иллюзия «волшебства» в робототехнике. Обучение робототехнике включает несколько направлений: программирование, электронику и механику. Дети должны понимать, что и как работает.
Обучение робототехнике – это настоящее искусство. Мы стараемся, чтобы наши ученики были увлечены процессом и смогли выйти на высокий уровень
Мы в «Робиксе» принципиально не используем конструкторы типа LEGO, чтобы ребята сразу близко знакомились с настоящей робототехникой.
Наши ученики начинают постигать основы программирования с самого младшего возраста. Они программируют своих роботов на специальном языке SnapJunior – адаптированной версии Snap4Arduino, в которой команды иллюстрированы картинками, а сам язык является хорошим стартом для изучения C и C++. Хорошая база – залог успешного понимания самых сложных вещей.
Мы не только программируем на реальных языках, но и стараемся постигать электронику как можно раньше. Начинаем с младшими учениками с деталей конструктора «Знаток», потом паяем микросхемы на макетных платах. Также используем программный блок Arduino, у которого видны все микроэлектронные элементы.
У нас к робототехнике отношение серьезное
Мы учим детей работать с верстаком, паяльником и другими вещами, которые точно пригодятся в будущем. Они самостоятельно моделируют на компьютере детали для своих роботов и распечатывают их на 3D-принтере. Когда ребенок сам проходит весь путь от начала до конца, то создать что-то свое ему будет намного легче.
Наш принцип: больше наглядности – ближе к миру роботов.
Обзор Lego робототехника
Многим Lego известно в качестве самой классной и интересной игрушки для ребенка. Что уж тут говорить, многие взрослые не отказались бы пособирать что-нибудь интересное из данного красочного конструктора. Данное направление крайне широко распространилось во многие развлекательные сферы: лего мультики, герой различных фильмов, прототипы звездолетов из Star Wars, и огромное множество других известных творений человечества можно видеть в форме конструктора Lego. Данная компания всегда держит руку на пульсе и старается быть в тренде. Не удивительно, что на данный момент они всерьез занялись робототехникой для детей и представляют свои наборы для любого возрастного уровня. Давайте разберемся во всех плюсах и минусах такого направления, как Lego робототехника.
Теперь разберемся во всем подробнее.
Кратко изложим минусы и плюсы набора:
Данный набор отличный вариант для первых шагов будущих робототехников. Подробнее о Lego WeDo написано в этой статье.
LEGO Education WeDo 2.0
В 2016 году Lego выпустило обновленный конструктор WeDo, в котором компания убрала поставленный нами первый минус. Теперь прошивка робота идет через Bluetooth, что убирает зависимость от провода! И это очень круто, подробнее читайте в отдельной статье.
Lego Mindstorms
Теперь поговорим о более серьезной игрушке для детей, занимающихся робототехникой, Mindstorms EV3.
Характеристики микрокомпьютера Lego EV3:
Как и в случае с WeDo комплект состоит из красивой удобной коробки, внутри которой качественные детали, позволяющие мастерить нескольких роботов, различные датчики, делающие их умными и, чего нет у младшей версии, микрокомпьютер. Lego решили разделить данный продукт на образовательную версию и для домашнего пользования. Они отличаются составом. Также имеется ресурсный набор, расширяющий спектр деталей.
Комплектация образовательной версии Lego Mindstorms EV3:
Комплектация домашней версии Lego Mindstorms EV3:
Получается отличный набор для детей, планирующих продолжать заниматься робототехникой после освоения WeDo. Но, к сожалению, после сборки нескольких моделей и полного их изучения, данное занятие превращается в забаву. Пройдя все курсы, невозможно сделать что-то новое, так как и начинка микрокомпьютера, и ПО слишком закрыты и не рассчитаны на уход от коробочного шаблона. Да и навыкам написания кода дети не учатся, только логике строения блоков.
Таким образом, спустя пару-тройку лет (в зависимости от начального возраста ребенка) данный робототехнический комплект превращается в стандартный супер дорогой конструктор Lego с современными фишками. Тем не менее, большинство соревнований по-прежнему проходит именно на этой платформе, несмотря на то, что активно развивается платформа Arduino и 3d печать, позволяющие творить что угодно за копейки. Поэтому не удивительно, что Lego робототехника в Нижнем Новгороде также находится на лидирующих позициях.
Легоконструирование как составная часть робототехники
Дата публикации: 19.03.2018 2018-03-19
Статья просмотрена: 1106 раз
Библиографическое описание:
Жидков, Д. Д. Легоконструирование как составная часть робототехники / Д. Д. Жидков, Н. А. Овчинникова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2018. — № 1.1 (15.1). — С. 32-34. — URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1146/ (дата обращения: 24.12.2021).
В статье рассмотрены понятие робототехники, история конструктора «LEGO», разнообразие наборов конструктора, описаны этапы сборки определенной модели, приведены результаты анкетирования.
Ключевые слова: робототехника, легоконструирование, конструктор «LEGO», модель.
В современном мире огромное многообразие развивающих игр для детей разного возраста. Одно из самых любимых занятий всех детей было и остается игра-конструктор. Каждый любит собирать из кубиков башни, строить и комбинировать из разных деталей фигуры, здания, мосты. Конструктор «LEGO» помогает развить необходимые навыки для создания различных архитектурных сооружений, моделей, проектов, а также новой техники и роботов.
Гипотеза: конструктор «LEGO» является составной частью робототехники.
Цель: изучить возможности конструктора «LEGO» в формировании умения создавать технику и роботов.
Задачи:
Робототехника – область науки и техники, ориентированная на создании роботов и робототехнических систем. Робот – это автоматическое устройство, предназначенное для замены человека в промышленности, автомобилестроении, космосе, опасных средах, и т.д. Робот действует по заранее заложенной программе или управляется при помощи оператора.
Легоконструирование является составной частью робототехники. Компания «LEGO» была создана в 1932 году в Дании. Слово LEGO было придумано Оле Кирком Кристиансеном, которое происходило от двух датских слов – leg и godt – которые вместе означают «играй с удовольствием», а в переводе с латыни – «я складываю». В 1949 году «LEGO» начинает производство пластмассовых кубиков. Они могли складываться, а главное крепиться друг к другу. Ассортимент компании в это время включает в себя 200 наименований игрушек. В 1966 году компания «LEGO» выпускает 57 наборов. В ней работает более 1500 человек. Сегодня выпускается более 600 наборов конструкторов, продаваемых в 130 странах мира.
Конструкторы «LEGO» обладают следующими свойствами: стремление к бесконечности, идея усложнения, полноценная смысловая нагрузка и знания.
Конструкторы «LEGO» можно классифицировать по возрасту:
— для малышей в возрасте от 1 до 3 лет идеальным конструктором будет «LEGO» серии Duplo. Наборы этой серии содержат крупные детали для строительства.
В процессе написания работы было проведено анкетирование среди учащихся 1-го и 4-го классов. Всего было опрошено 100 человек по 50 с каждой параллели.
1. Есть ли у тебя конструктор «LEGO»?
2. Можешь ли ты собрать из деталей конструктора игрушку без инструкции?
3. Хотел бы ты собрать конструктор из серии «LEGO Робот»?
4. Хотел бы ты собрать своего робота?
1 и 4 классы
По результатам опроса видно, что конструктор «LEGO» есть практически у всех детей. Собирая и играя в него, они двигаются по пути постоянного усложнения и развития. Постепенно у детей появляется желание и интерес к созданию чего-то своего. Это видно из результатов анкеты.
Первые мои наборы были из серии «Duplo». В них было небольшое количество крупных деталей.
Постепенно сложность конструкторов увеличивалась, а количество деталей росло.
С каждым собранным набором у меня появлялось желание собрать что-то более сложное.
Сборка и тестирование экскаватора Volvo EW 160E на примере конструктора «LEGO Technic»
Данная копия Volvo EW160E, тщательно разработанная в сотрудничестве с «Volvo Construction Equipment», выполнена в классической жёлтой и чёрной цветовой гамме и имеет все характеристики настоящего колёсного экскаватора. Как и реальный прототип, модель обладает всеми атрибутами настоящей колесной строительной техники – компоновочная схема, земляной ковш, стрела с пневматическими и гидравлическими шлангами, вращающаяся платформа и как в настоящем экскаваторе кабина с органами управления. Кроме большого внешнего сходства с оригиналом эта модель позволяет детально ознакомиться, с подобного рода техникой, ведь все элементы продуманы и воссозданы до мельчайших подробностей: и кабина с рабочими рычагами, и моторный отсек, и рабочая стрела с землеройным ковшом. Данную модель можно усовершенствовать с помощью набора «LEGO Power Functions», оснастив её мотором и батарейным блоком, получив при этом полностью моторизированную стрелу и рабочее освещение.
Этапы сборки:
— разбор деталей и начало сборки;
— завершающий этап сборки;
— контрольная проверка собранной модели.
Собрав и протестировав данную модель, я узнал, как работает пневматическая система, которая управляет стрелой, открывает и закрывает ковш. Также я узнал, что у этой модели подвижная кабина для лучшего обозрения и попробовал как работает система упоров. Собирая конструктор и играя в него, я постепенно узнаю, как выглядит и работает различная техника.
Детали конструктора «LEGO» дают волю нашей фантазии. Все придуманные дома, машины, роботы можно сделать с его помощью. Игрушки серии «LEGO Mindstorms» позволяют строить настоящих действующих роботов. Недавно компанией «LEGO» был создан робот «Джиттер» из этой серии. Он был запущен в космос на борту ракеты Союз, где космонавты провели его испытание. Возможно, создатели современных роботов тоже начинали с простого детского конструктора. Таким образом, наша гипотеза о том, что конструктор «LEGO» является составной частью робототехники, доказана.
Какой конструктор программируемых роботов выбрать?
Прошел уже почти век, как писатель Карл Чапек в 1921 году придумал слово «робот» для своей пьесы «Россумские универсальные роботы». С того времени роботы уже не выдумка фантастов: они накрепко укоренились в рамках образовательной программы школ и кружков дополнительного образования.
Роботы разработаны для детей, что не мешает и взрослым любителям электроники обучиться программированию и собрать собственного интерактивного робота. Чтобы хоть немного сориентировать вас в многообразии вариантов, мы оценили возможности конструкторов и популярных роботизированных платформ, разобрались в видах и ценах.
| Время чтения: 22 минуты |
 Автор статьи — Бураков Даниил |
С чего начать знакомство с робототехникой
В интересные времена живём, однако. Последние достижения в областях робототехники и компьютерных наук по-настоящему впечатляют. Беспилотники Yandex разъезжают по дорогам, Atlas из Boston Dynamics делает обратное сальто, Google хвастается квантовыми компьютерами, NASA готовится к возврату на Луну, а машины Tesla собираются роботами.
Мы подготовили обзор 5 робототехнических платформ, чтобы облегчить непростую задачу выбора набора для знакомства с робототехникой.
Обзор платформ для разработки
BBC micro:bit
Плата снабжена 2 программируемыми кнопками, 25 светодиодами, 20 GPIO и 3 пинами типа banana connector. На плате есть термометр, акселерометр, магнитометр и Bluetooth модуль для соединения с телефоном. Такого количества начинки с лихвой хватит на десятки проектов. Можно сделать музыкальный плеер, компас, умный вентилятор, мобильного робота с управлением по Bluetooth и многое другое.
Makeblock
Наборы Makeblock ориентированы на аудиторию разных возрастов, начиная с 6 лет. Конструкторы mTiny, Codey Rocky и Neuron подойдут для знакомства с миром робототехники. Наборы мобильных роботов снабжены Arduino-подобным контроллером с коннекторами сенсоров, которые знакомы любителям Lego Mindstorms. Они подходят как для самостоятельных занятий, так и для кружков. Готовая программа обучения доступна на makeblock.com
В зависимости от поставленных задач можно выбрать набор. Наборы для знакомства с робототехникой упрощены чтобы избежать перегрузки информацией. Neuron поставляется в виде блоков, которые можно соединять. mTiny и Codey Rocky выполнены в цельном корпусе. Другие наборы более гибкие и добавляют возможность создавать более сложные проекты. Набор Ultimate 2.0, например, оснащен платой MegaPi, аналогом Raspberry Pi, которая дает максимальную свободу действий в сравнении с другими наборами Makeblock.
Программировать наборы можно как с помощью Scratch на makeblock.com, так и в Arduino IDE на C++.
Arduino
Ещё полтора десятка лет назад, чтобы помигать светодиодом с микроконтроллера, нужно было знатно потрудиться. Нужно было прочитать кучу книг, раздобыть необходимую обвязку в виде кварцевого генератора, резисторов, конденсаторов и программатора, правильно подключить все это дело и, скрестив пальцы, прошить чип. В 2005 ситуация изменилась. Массимо Банци и команда выпустили плату как помощь студентам в обучении программированию и электротехнике. Имя плате досталось в честь паба “Bar Di Re Arduino”, который Банци частенько навещал. Так и родилась Arduino.
Линейка плат Arduino содержит платы разных мощностей, назначения и размеров. Платы расширения, по-другому Шилды, и бесчисленное количество разных датчиков от кнопок до сканеров отпечатка пальца добавляют дополнительный функционал. Самая популярная плата, Arduino UNO, оснащена 14 цифровыми и 6 аналоговыми пинами, 32 КБ Flash памяти и 1 КБ EEPROM.
Arduino славится количеством проектов, которые были реализованы на её основе. Начать можно с проектов попроще, постепенно наращивая сложность. Кстати, на сайте Arduino есть раздел Project Hub, где собраны тысячи проектов со всего мира.
Программировать Arduino можно на C++ используя десктоп или веб-версию Arduino IDE. Ещё есть возможность использовать Scratch через ScratchX или S4A и Python через pyFirmata.
Raspberry Pi
Чтобы решить задачи каждого покупателя, в линейке плат Raspberry Pi есть платы разного форм-фактора и мощности. На недавно вышедшей Raspberry Pi 4B, например, установлено 4 USB порта, 2 из которых USB 3.0, гигабитный Ethernet, 2 micro HDMI порта с поддержкой 4К видео, WiFi, Bluetooth 5.0 и 40 GPIO пинов.
Потенциал платы ограничен только воображением. Можно создать свою медиасистему для просмотра фильмов в 4К, можно превратить Raspberry Pi в эмулятор игр и спасти принцессу Пич, можно даже сделать систему безопасности с возможностью распознавания лиц.
Программировать Raspberry Pi можно разными способами. Если подключить монитор, клавиатуру и мышь и запустить графический интерфейс, получится полноценный персональный компьютер. Тут есть где разгуляться. Программировать можно на Python, C, C++, Java, Html5 и других языках. Настоящие хакеры пользуются SSH соединением и управляют Raspberry Pi удаленно через Bash. Этот навык пригодится будущим системным администраторам.
STM32
Все проекты на Arduino, реализуемы и на платах STM32. Основное отличие в том, что проекты, выполненные на STM32 потребуют больше времени, а взамен дадут кристальное понимание всех систем. Микропроцессоры STM32 на голову превосходят микропроцессоры Arduino по техническим показателям при схожей цене. Вот небольшое сравнение чипа Arduino UNO и похожего чипа STM32.
| STM32F103C8T6 | ATmega328P-AU | |
| Частота осциллятора | 72 МГц | 16 МГц |
| Количество GPIO | 37 | 23 |
| Объем Flash памяти | 64 КБ | 32 КБ |
| Разрешение АЦП | 12 бит | 10 бит |
| Разрешение ШИМ | 16 бит | 10 бит |
| Интерфейсы | I2C, SPI, UART, CAN, USB, LIN, IRDA | I2C, SPI, UART |
| Напряжение питания | 2-3.6 В | 1.8-5.5 В |
Программировать STM можно и в Arduino IDE, но чтобы полностью использовать возможности платы придется перейти на чистый C в STM32Cube IDE, например.
Сравнение платформ
Все ещё не знаете что выбрать? Вот таблица, которая сможет облегчить задачу.
Обзор современных робототехнических конструкторов
Роботы на BBC micro:bit
Решили остановиться на BBC micro:bit, вот несколько наборов, на которые стоит обратить внимание.
