Мечты сбываются — робот Lego MindStorms NXT — Своими Руками

Мечты сбываются — робот Lego MindStorms NXT

Роботы в нашей жизни – это уже не фантастика, а реальность! Они используются во всех сферах деятельности человека: транспорте, хирургии, военной промышленности, освоении космоса… Служат людям, выполняя определенные задачи. А чтобы управлять электронными машинами, необходимо пользователям обладать специальными знаниями. Именно поэтому, удовлетворяя такую потребность, в образовательных учреждениях разрабатываются и предлагаются учащимся курсы роботостроения, где они учатся самостоятельно создавать и программировать электронные механизмы. Робототехника развивает творческие способности детей, учит их самостоятельно мыслить, приобщает к науке.
Для создания робота своими руками необходим конструктор Lego MindStorms NXT. В нем заложены новейшие технологии робототехники. Такие наборы сейчас поступают в российские школы по линии ФГОС. На их основе дети собирают различные конструкции роботов с нуля, используя свою фантазию и творческие идеи.
Создаем вездеход
Начинаем с отбора необходимых для создания автоматизированного гусеничного вездехода с дистанционным управлением детали. Кстати, они почти такие же, как в лего-конструкторах, которые родители покупают детям дома.

1 этап Сборка гусениц.

Берем 3 средних прямоугольных детали и еще 3 чуть поменьше, соединяем их. С помощью «шпилек» присоединяем 2 диска и натягиваем резиновую гусеницу.

В том же порядке собираем вторую гусеницу.
2 этап. Сборка привода.

Из трех шестеренок разного размера собираем шестереночную передачу.

Затем присоединяем ее к интерактивному сервомотору, гарантирующему точность движений робота.

Теперь необходимо присоединить «квадратные» шестеренки.

Передача готова.
3 этап. Соединение передачи с гусеницами.
Чтобы соединить сервомотор с гусеницами, делаем из угловых деталей надстройку и соединяем корпус мотора с основанием гусеницы.

То же проделываем и со второй.

Диск гусеницы соединяем с помощью шпильки с сервомотором.

Теперь как только мотор включится, гусеница начнет двигаться. Точно так же собираем вторую конструкцию.

4 этап. Основание для придания жесткости всей конструкции.
Из такого набора деталей (ФОТО 9) с помощью уголков соединяем собранные конструкции с гусеницами.

5 этап. Установка блока питания с процессором NXT
NXT – это «мозг» робота, интеллектуальный, управляемый компьютером элемент Lego, позволяющий роботу MindStorms оживать и совершать различные действия.

Для нормальной работы NXT необходимо вставить 6 щелочных батарей типа ФФ/LR6. С помощью небольших шпилек крепим NXT на основание вездехода.

Для укрепления модели сверху соединяем оба мотора «перекладиной».

6 этап. Установка ультразвукового сенсора.
Ультразвуковой сенсор позволяет роботу видеть, измерять расстояние до объекта и реагировать на движение. Он присоединяется к готовой модели вездехода с помощью 6-проводного кабеля. Один его конец подключаем к сенсору, а второй – к одному из портов входа NXT.

Сервомоторы также необходимо подключить с помощью таких же кабелей к NXT.

Теперь необходимо написать оригинальную программу на компьютере и с помощью кабеля USB, подключив к нему NXT, загрузить программное обеспечение в нашу модель. Теперь она сможет двигаться, объезжать видимые преграды, а также преодолевать их: подниматься на ступеньку высотой около 5 см.

Для программирования робота можно обойтись и без компьютера: это можно сделать с помощью подменю «Программа NXT», т.е. непосредственно на самом приборе.
В наборе есть еще ряд сенсоров, использование которых помогает роботу чувствовать внешние раздражители и реагировать на них, обнаруживать свет и различать цвета.
Управляется модель с помощью Biuetooth c компьютера или телефона без использования проводов или кабелей. Это помогает осуществлять дистанционный контроль.
Что именно создать: автомобиль, робота-человека или еще что-то другое – выбирает, фантазируя, автор модели.
Конечно, занятия робототехникой не приведут к тому, что все дети захотят стать программистами, роботостроителями, инженерами, исследователями. Но они дадут им общенаучную подготовку, будут способствовать развитию их мышления, логики, математических и алгоритмических способностей, исследовательских навыков.
Кстати, взрослым тоже такие занятия могут оказаться интересными и полезными.

Мечты сбываются — робот Lego MindStorms NXT — Своими Руками

14,5 х 9,6 х 6,1 см

      Программирование
Читать еще:  Идеи по изготовлению птиц из разных материалов - Своими Руками

В набор Lego Mindstorms NXT 2.0 входит программное обеспечение Lego Mindstorms NXT Education для создания программ для роботов, созданных из набора-конструктора NXT.

Платформа NXT Education была разработана специально для Lego специалистами компании National Instruments. Данная среда программирования создана на основе собственного продукта компании – программного обеспечения LabVIEW.

Графическая среда разработки NXT Education используется для визуального проектирования программ для блока-процессора NXT. Данное ПО имеет интуитивно понятный интерфейс, создание программ управления роботами напоминает создание блок-схем и осуществляется с помощью специальных блоков, размещаемых на LEGO-балках вдоль оси последовательности действий. Порядок выполнения программы определяется порядком следования блоков. Подключение новых компонентов выполняется путем их «перетаскивания» с палитры программирования на LEGO-балку.

Каждый из иконок-блоков обладает набором уникальных характеристик, определяющих поведение робота. Например, блок «Движение», предназначенный для активации моторов, имеет параметры продолжительности хода и направления, а также мощность, передаваемую на двигатели. В NXT Education имеются блоки: для арифметических операций (сложения, вычитания, умножения и деления), для таймеров, для переменных, для сравнения числовых значений (меньше, равно, больше). Присутствуют блоки, отвечающие за звуковые эффекты роботов или за возможность бесконечного повторения установленных действий и за их завершение по определенным событиям. В программе возможно создание своих собственных компонентов, каждый из которых будет являться последовательностью стандартных блоков, объединенных вместе.

Кроме того платформа NXT Education включает в себя подробные инструкции по сборке огромного ряда моделей роботов LEGO; дополнительные инструменты для создания изображений, редактирования звуков и калибровки сенсоров; контроллер для передачи, запуска и остановки созданных программ и просмотра справочной информации о микрокомпьютере (ресурсах памяти, параметрах связи и т.д.). Имеется возможность дистанционного управления подключенного к ПК робота.

Среди основных достоинств среды визуального программирования – наглядность и простота в использовании, позволяющая быстро освоить ПО без особых знаний и усилий. Однако диапазон функциональных возможностей NXT Education весьма ограничен и требует для работы значительных ресурсов персонального компьютера. Последнее в свою очередь является существенной преградой при разработке сложных проектов.

В качестве практической части моей исследовательской работы я решил сконструировать робота, выполняющего функции уборщика помещения, и запрограммировать его поведение.

Робот должен уметь выполнять следующие действия:

определять границы помещения (стены);

совершать развороты при достижении границы;

подметать (натирать) пол щеткой.

Исходя из перечисленных действия я выбрал следующую конструкцию робота – это должна быть движущаяся тележка с блоком-процессором, к которой прикреплена щетка, вращающаяся в плоскости пола.

Для движения и совершения поворотов роботу необходимо использовать два сервомотора – один для левого ведущего колеса и один для правого ведущего колеса. Движение по прямой осуществляется путем работы обоих сервомоторов одновременно, повороты осуществляются путем включения только одного из сервомоторов (правого или левого).

Для того чтобы тележка твердо стояла на горизонтальной поверхности, она должна иметь минимально три точки опоры. Две точки опоры – это два ведущих колеса – правое и левое. Поэтому тележке необходимо третье опорное колесо, которое не является ведущим.

Для осуществления вращения щетки роботу необходим еще один сервомотор, который должен вращать щетку в плоскости пола.

Определение границ помещения (стен) необходимо роботу для того, чтобы подъехав к стене, робот не сталкивался с ней, а совершал поворот и продолжал движение. Для этого можно использовать либо датчик касания, либо ультразвуковой датчик расстояния из набора NXT. Я решил использовать ультразвуковой датчик расстояния, поскольку этот датчик позволяет определить расстояние до препятствия не касаясь его, т.е. не совершая столкновения, в отличие от датчика касания, который должен коснуться препятствия для срабатывания.

Таким образом, мы получаем следующую конструкцию робота:

блок-процессор NXT как основа робота;

2 сервомотора, подключенные к портам B и С блока NXT, с ведущими колесами на валах этих сервомоторов;

1 свободновращающееся опорное колесо, которое крепится к блоку NXT;

1 сервомотор привода щетки, подключенный к порту A блока NXT, со щеткой, присоединяемой к валу этого сервомотора;

ультразвуковой датчик расстояния, подключенный к порту 4 блока NXT.

Читать еще:  Пасхальный кулич - Своими Руками

Рис. 3. Робот-уборщик

Фото построенного мной робота приведено на рис. 3. Дополнительные фотографии представлены в приложении 1.

Для того, чтобы робот мог автоматически выполнять действия, необходимо запрограммировать блок-процессор NXT, который и будет управлять роботом по заложенной в него программе.

Я решил, что робот должен двигаться от стены к стене «змейкой», т.е. двигаться прямо, при достижении одной стены делать разворот через свою левую сторону, затем двигаться прямо и при достижении противоположной стены делать разворот через свою правую сторону, и т.д. (рис. 4).

Рис.4. Траектория движения робота

Исходя из этого, я составил программу, которая может быть представлена следующей последовательностью действий при помощи блоков программы Lego Mindstorms NXT Education:

Блок движение: Мотор A вращается постоянно.

Блок движение: Моторы B и C вращаются постоянно.

Бло цикл с условием выхода из цикла по значению с датчика расстояния: действие 2 продолжается до тех пор, пока расстояние до стены не станет меньше 20 см.

Блок движение: разворот робота на 180 градусов мотором B.

Блок движение: Моторы B и C вращаются постоянно.

Блок цикл с условием выхода из цикла по значению с датчика расстояния: действие 5 продолжается до тех пор, пока расстояние до стены не станет меньше 20 см.

Блок движение: разворот робота на 180 градусов мотором C.

Блок цикл с условием выхода из цикла по счетчику: действия 2-7 повторяются 10 раз.

Данная программа была спроектирована мною при помощи программного обеспечения Lego Mindstorms NXT Education (рис. 5) и была загружена в блок-процессор NXT моего робота.

Рис.5. Программа робота-уборщика

Подробное описание настроек каждого из блоков программы приведено в приложении 2.

Проведенная мной работа показала, что с помощью набора-конструктора Lego Mindstorms NXT 2.0 можно создавать и программировать роботов с совершенно различными функциями. Я создал конструкцию и запрограммировал поведение робота-уборщика. И данный робот точно выполнял заложенную в него программу. Это показало мне, что я смог разобраться и с технической частью конструктора, и с его логической частью.

Теперь я понимаю, что можно усовершенствовать конструкцию робота, облегчив выступающую конструкцию со щеткой и сократив общую длину робота. Также можно попробовать усовершенствовать программу управления, чтобы робот определял кончилась ли комната при очередном своем развороте, или чтобы совершал обход помещения более оптимальным маршрутом – по сужающейся «спирали» по периметру комнаты.

И я сделал вывод, что набор-конструктор Lego Mindstorms NXT 2.0 очень полезен, т.к. он позволяет постичь основы механики при создании самой конструкции робота и его действующих частей, а также основы алгоритмического программирования при создании и отладке программы поведения робота.

Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2013.

Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.

Белиовская Л.Г. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. / Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. – М.: ДМК Пресс, 2010.

Курс «Введение в программирование LEGO-роботов на языке NXT-G» / https://www.intuit.ru/studies/courses/14007/1280/info

Приложение 1. Конструкция робота

Вид робота слева:

Вид робота справа:

Приложение 2. Программа робота

Блок 1. Движение. Мотор A вращается постоянно:

Блок 2. Движение. Моторы B и C вращаются постоянно:

Блок 3. Цикл. Условие выхода по расстоянию до препятствия:

Блок 4. Движение. Разворот мотором B:

Блок 5. Движение. Моторы B и C вращаются постоянно:

Блок 6. Цикл. Условие выхода по расстоянию до препятствия:

Lego EV3 Mindstorms уроки

Привет всем ,пикабушниками, сейчас работаю преподавателем по роботетехнике на базе lego. Хотел бы написать пару обучающих уроков как вводных так и более углубленных, прояснить всю ясность про данную тему.

Но хотелось бы сначала узнать есть ли среди нас люди обладающие данными наборами lego 31313, 45544, 45560 и WeDo 2.0 45300 и сколько вас. И узнать какие есть вопросы по данной теме.

А если никто не ответит, то уроков я так понимаю, не будет?

Ради 1-2 нет желание, ибо элементарные вещи можно нагуглить все. Если наберется небольшое сообщество то хотелось бы развить эту тему для обмена опытом и т.д

Читать еще:  Простой тестер для проверки радиоэлементов - Своими Руками

Смеёшься? При такой цене, те у кого есть эти наборы в уроках не нуждаются. А те кто хочет приобщится — гуляет без набора.

Наборы кстати есть у многих как оказывается, а вот как ими пользоваться они не знают дети просто фигурки собирают и все. Либо идут в специальные кружки, школы и и.д

Так откуда? Начальный набор в районе 30 тр. Многовато для случайной покупки.

Ну, не знаю, у меня в ближайших планах есть такая покупка. Для такой игрушки не так уж дорого.

24к самый дешевый который я видел это 31313. Маленьким детям очень нравится WeDo.

И? Согласен — 24 это копейки конечно.

Согласен не самый дешевый для обычного люда, но 6к уже хорошая разница. Но все же по моему наблюдению таких наборов много. Причина в том что те кто могут позволить легко купить такие наборы не хотят развиваться.

Одна из причин, что у Lego mindstorm, высокий уровень вхождения, как бы странно это не звучало.

Набор 31313 идет без инструкции. Да, есть ПО на компьютер с 5+12 моделями с инструкцией: соединяем так, блоки такие сюда, . и результат атакующий скорпион, робот, танк, и так далее. Привлекательные, но сложные модели, которые нереально с нуля и за месяц самостоятельно разработать-запрграммировать.

И реальность, что когда начинаешь самостоятельно что-то делать, то получается примитивно и не так впечатляющи как в демонстрационных моделях.

Вообще набор 31313 в начальной комплектации сильно обделен, не хватает инструкций наподобие книг Большая книга indstorms EV3 Лоренс Валк, Книга идей Йошихито Исогава.

Большой порог вхождения как мне кажется из-за ужасного программирование. Вы правы создать что то стоящие очень сложно учитывая огромную погрешность всяких датчиков. Я сейчас собираю потихоньку колекцию роботов, но тк у нас есть все наборы я не особо задумываюсь на счёт того сколько им надо ресурсов.

У нас больше проблема в том что иногда инструкции слишком сложные для детей либо немного корявые.

По поводу оборудование согласен оно того не стоит, электроника у них отвратительная. Но для детей самое то, самое главное что сам корпус собирается легко. Да и большинству детей программирование не нужно вообще ну или минимальное. Всем больше нравится сама сборка и результат. Сидеть, думать, двигать блоки это не их

Ждем ваших постов с уроками!))

На счёт уроков скорей всего нет. Я думал все же набрать сообщество. Но подумываю написать статью с некоторыми лайфхами и т.д.

лучше всего заколхозить беспрерывную подачу энергии.

сообщество — так сообщество. да хоть лига мозгрубов:)

Напишите, про уроки на базе wedo 2.0.

К какому результату стремитесь, проводя уроки, с этим набором?

Что получает ребенок собрав все модели из этого набора?

Что делаете для разнообразия уроков?

Есть у вас методика, подход, программа занятий с чего начать ребенку от 6-7 лет?

Вы хотите занять ребенка WeDo или же просто ради интереса? С 6-7 лет это переходный момент с WeDo на EV3 тут надо смотреть на развитие и способности самого ребенка. Детям дается сборка различных роботов, механизмов и т.д Иногда рассказывается про природные явления и т.д Также проводится всякие разминки. Вообще все индивидуально кому-то нравится просто процесс сборки, кто-то хочет программировать и испытывать.
Результат один это счастье. Как я сказал выше кто-то хочет развиваться что-то мастерить, а кому то для счастье нужна сборка он не хочет творить и т.д по этому их не заставляют.
Не понял вопрос про то что ребенок получает собрав все модели. Ничего не получает он просто собирает все модели которые у нас на данный момент есть.

Есть набор wedo 2.0, есть описания, инструкции в сети. Интересно узнать ваш опыт в обучении детей. Что получает, имею ввиду «чему должен научиться в итоге» ребенок при занятиях с wedo 2.0 или ev3.

Источники:

http://sdelaysam-svoimirukami.ru/937-mechty-sbyvayutsya-robot-lego-mindstorms-nxt.html
http://school-science.ru/5/4/34640
http://pikabu.ru/story/lego_ev3_mindstorms_uroki_6029829

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector