Каждый ребенок мечтает о хотя бы маленьком наборе конструктора "ЛЕГО". И умные родители знают, что это хорошее желание, которое стоит исполнить, ведь работа с деталями не только позволяет занять малыша на некоторое время, но и развивает мелкую моторику, воздействует на речевой центр, способствует развитию инженерных навыков. Кроме того, с помощью игры дети познают мир и социум. Именно поэтому компания "ЛЕГО" разработала множество линеек для любых возрастов. Например, серия DUPLO подходит для малышей 1,5-5 лет, линейка FRIENDS разработана для девочек 5-12 лет, CITY подойдет мальчикам 5-12 лет, ну а для старшего возраста выпущен специальный набор LEGO Mindstorms. О таком необычном конструкторе стоит поговорить отдельно, ведь это целый комплекс для создания и программирования.

Прежде всего, важно обратить внимание на отличие этого набора от других серий "ЛЕГО". Дело в том, что робот LEGO Mindstorms - это не просто конструктор, а набор элементов и блоков питания, которые позволяют фигуре двигаться и реагировать на раздражители.

Впервые компания выпустила такой конструктор в 1998 году. Правда, та версия мало напоминала современную. Это был набор стандартных деталей вроде осей, колес и шестеренок, к которым прилагался процессор, инфракрасный двунаправленный порт, дисплей со встроенным динамиком и несколько датчиков.

Конечно, с таким набором деталей особо не пофантазируешь, а того количества инструкций, которое можно найти сегодня, увы, не было. Но тем не менее именно вызвал немалый ажиотаж и дал жизнь линейке LEGO Mindstorms. Создатели хорошо поработали над расширением возможностей и ресурсов данной серии и вскоре запустили в продажу новый вариант конструктора.

Mindstorms NXT

В 2006 году в продаже появилось второе поколение роботов Mindstorms, которое было названо NXT. Стоит заметить, что было несколько вариантов этой серии. В 2009 году вышла версия NXT 2.0, которая несколько отличалась от своих предшественников и содержала 613 кубиков. В ней, помимо стандартных базовых деталей, появились уже более совершенные элементы, которые позволяли разнообразить вариации сборки и увеличить функциональность набора. В комплект NXT 2.0 входили также:

• Программируемый блок.
• 3 сервомотора, которые можно использовать в качестве датчиков поворота.
• Сенсор цвета, умеющий определять основные цвета.
• Два сенсора прикосновения.
• Ультразвуковой сенсор, способный определить расстояние до объектов и реагирующий на движение.
• Множество осевых и шестереночных механизмов, которые позволяют приводить в движение отдельные части.

Благодаря всем этим нововведениям собранный из конструктора робот мог сортировать по цвету небольшие детали или шарики, двигаться и выполнять маневры, обходя препятствия и т. д. А особо продвинутые любители смогли запрограммировать своего бойца на сборку кубика-рубика. Впрочем, возможно, это всего лишь миф?

Mindstorms EV3

Современный набор EV3 появился на рынке в 2013 году и сразу нашел массу поклонников, ведь состав конструктора был улучшен, в нем появилось еще больше разнообразных датчиков и сенсоров. Его отличительной чертой стала операционная система LINUX и увеличенная до 16 МБ оперативная память. Кроме того, стал больше дисплей, появилась поддержка Wi-Fi и Bluetooth. Все это позволило создателям вволю пофантазировать! Только на официальном сайте инструкции представлены на 17 вариантов сборки (в коробке есть руководство только для одной модели) из доступных 601 детали. А на любительских форумах можно отыскать более 50 моделей!

Бывает так, что для задумки не хватает каких-либо деталей. Покупать их отдельно в России нереально, а брать дорогой набор серии Technic ради одной шестеренки не станешь. Компания позаботилась и об этом! Сегодня для внимания представлены ресурсные наборы LEGO Mindstorms Education. В их составе еще большее количество разнообразных деталей, так что ваш ребенок будет доволен. Нередко именно Education используется в общеобразовательных учреждениях, а также в центрах досугового творчества, где представлены кружки "ЛЕГО"-конструирования. Еще бы, ведь вместе с базовым набором получится целых 1418 деталей, из которых можно создать самого невообразимого робота!

Также наборы Education используются на всемирных соревнованиях. В них могут участвовать школьники и студенты в возрасте от 10 лет до 21 года. Иначе эту олимпиаду называют Международными Состязаниями Роботов (МСР). В России они проходят в 4 этапа, а победителей награждают путевкой в летний робототехнический лагерь!

Программирование микроконтроллеров

изображение - roboconstructor.ru

Известная притча гласит, что, когда к мудрецу обратилась молодая мать с ребенком на руках и спросила, с какого возраста ей следует начинать воспитание отпрыска, старец ответил, что она опоздала на столько лет, сколько уже было ребенку. С выбором будущего призвания ситуация достаточно похожая. Сложно требовать осознания своих склонностей и интересов от младенца, но вот уже в средней школе начинаются всевозможные специализации, и к этому времени неплохо бы уже знать, в какую сторону двигаться подросшему чаду. Но одно мы знаем уже почти наверняка – в течение ближайших десятилетий от 30 до 80% профессий будут полностью автоматизированы.

Робототехника, кибернетика, понимание алгоритмов – тот набор навыков, с которым, скорее всего, человеку не будут грозить настолько туманные перспективы. Конечно, скорее всего параллельно с заменой рабочей силы на роботов будет развиваться и концепция безусловного базового дохода, вот только вряд ли вы хотите для своего ребенка подобного будущего.

Способов быстро показать молодой и заинтересованной аудитории основы программирования и робототехники сейчас существует много. Все они стоят недорого, достаточно просты в освоении, дают уже через несколько часов понимание основ алгоритмов и концепций кибернетических устройств. Но в учебных классах легко столкнуться и с недостатками этих платформ – ограниченной износоустойчивостью (да и чего греха таить – «идиотоустойчивостью» тоже) макетных плат, не очень дружелюбными для детей 11-12 лет интерфейсами ПО, относительно небольшим элементом «игры».

Со всеми этими недостатками уже больше двадцати лет борются в самой известной компании-производителе развивающих наборов LEGO Education. Речь идет, разумеется, о платформе MINDSTORMS Education EV3. Начиная с произведенных в начале 90-х Mindstorms RCX и заканчивая самым современным комплексом MINDSTORMS Education EV3 принцип формирования платформы остается прежним. В основе лежит «умный кирпич» (“intelligent brick”), это микрокомпьютер с экраном и портами ввода-вывода, к которому подключаются все остальные компоненты. Как и в любой робототехнической системе периферийные устройства подразделяются на сенсоры и эффекторы. При помощи сенсоров робот воспринимает окружающий мир, а благодаря эффекторам – реагирует на него в соответствии с заложенной программой. Соединяются компоненты платформы вместе простыми кабелями без пайки, а механические конструкции ограничены только прочностью пластиковых деталей и фантазией конструкторов.

Программное обеспечение

Мы много говорили об аппаратной базе, но на самом деле далеко не только она определяет эффективность занятий по робототехнике. Именно наличие действительно интуитивно понятного ПО на множестве платформ (Мак, ПК, мобильные устройства) и делает LEGO MINDSTORMS Education EV3 платформой выбора при обучении, и особенно на рубеже начальной и средней школы, для детей лет десяти.

Приветственный экран приложения на iPad

Визуализация алгоритмов в родном ПО LEGO MINDSTORMS Education EV3 находится просто на высшем уровне – достаточно буквально за несколько минут усвоить основные виды взаимодействия логических блоков (условия перехода, цикл и т.д.) и в дальнейшем постепенно наращивать сложность программ. Разумеется, есть и готовые обучающие проекты для десятков разнообразных моделей роботов, а при желании в интернет-сообществах можно найти тысячи интересных программ.

Пример программы в приложении для iPad

Продвинутые же пользователи могут установить LabVIEW или RobotC – «мозги» LEGO MINDSTORMS Education EV3 полностью совместимы с этими пакетами. Вот экспортировать старые проекты для NXT без дополнительной конвертации, увы, не выйдет.

С образовательной же точки зрения гораздо больший интерес представляет версия ПО для настольных компьютеров . Оно позволяет вести электронные тетради учеников, благодаря которым преподаватель может из своей версии приложения оценивать успехи конкретного ученика и наблюдать за его прогрессом. Плюс ко всему можно использовать не только имеющиеся на борту ПО учебные материалы (коих множество), но и с помощью встроенного редактора контента создавать свои собственные.

Обучающие видео по работе с редактором контента EV3

А еще в десктоп-версии есть утилита регистрации данных с возможностью программирования областей графика в зависимости от пороговых значений. То есть теперь педагог может с легкостью продемонстрировать работу современных технологий в рамках умного дома, к примеру.

Микрокомпьютер EV3 будет собирать данные с датчиков в реальном режиме времени и в зависимости от температурного фона запускать ту или иную программу модели. При высокой температуре включается вентилятор, при низкой - обогреватель. А ученики смогут фиксировать и анализировать данные, дорабатывая модель.

Журналирование данных

Открытость прошивки «умного кирпича» уже сыграла свою роль: существуют альтернативные варианты с поддержкой большинства популярных языков программирования (десятки их). По большому счету использование EV3 можно «прикрутить» к любому образовательному проекту, связанному с программированием, поскольку мало что так радует, как возможность увидеть работу собственных алгоритмов «в железе».

Многие ждут, что камнем преткновения в этой истории может оказаться цена. Действительно, за Базовый набор придется выложить 29 900 рублей, плюс еще 2 500 отдать за зарядку. Однако в эту сумму включены детали и электроника для комфортной работы двух учеников, а также полноценное базовое ПО с 48 готовыми занятиями (которое с января 2016 полностью бесплатно, как для частных лиц, так и для организаций). Конечно, дополнительное оборудование и комплекты заданий могут увеличить стоимость, но в пределах разумного. Так комплект для 8 учеников, включающий базовые и ресурсные наборы LME EV3, зарядные устройства, ПО и , обойдется в 174 900. Вполне приемлемо для оснащения, например, кружка в школе.

Да, это заметно дороже простых Arduino-подобных платформ. Но и возможности, а также уровень вовлеченности гораздо выше. Учебную программу на базе EV3 можно спокойно планировать на всю среднюю школу и дальше. Кроме того, при адекватном использовании LEGO MINDSTORMS Education EV3 банально «переживет» несколько простых комплектов за счет механических качеств, легкой заменяемости и доступности деталей (на моей практике только один шлейф RJ-12 потребовал замены в 10-летнем NXT).

В итоге мы видим практически оупенсорсный проект, поддерживаемый гигантской компанией со всеми положенными в такой ситуации бонусами – большим жизненным циклом, доступностью запчастей и расширений, официальными и любительскими гайдами, развитым сообществом. Mindstorms стал практически стандартом западных образовательных классов по робототехнике для детей, и было бы по-настоящему здорово увидеть его широкое распространение и в России.

Выбор пути

А теперь к главному. В отличие от наборов WeDo 2.0, EV3 ориентирован на среднюю школу, соответственно, на детей постарше, для которых вопрос выбора будущей профессии стоит уже посерьезнее.

Используя EV3, каждый из учеников сможет активнее раскрыть те способности, которые были в нем заложены природой, воспитанием и учебным процессом.

Прирожденный математик будет пристально следить за телеметрией датчиков, за тем, как именно фиксируется пройденное роботом расстояние, как записывается угол, на который он отклоняется, и прочее.

Будущий айтишник, само собой, погрузится в программирование робота, разбирая алгоритмы, по которым тот движется. И непременно будет создавать свои, не предусмотренные штатной инструкцией.

Увлеченный физикой ребенок сможет с помощью робота проводить наглядные эксперименты, благо с датчиками у наборов проблем нет, равно как и у ребенка - с фантазией.

В общем, какие бы у ребенка ни были интересы и любимые предметы в школе, обучение с использованием наборов MINDSTORMS EV3 позволит четче их выделить и сконцентрироваться на их развитии в будущем.

В жизни

На данный момент решения компании уже используются учащимися для создания интересных проектов, как в рамках различных конкурсов, так и для общего развития. О ряде из них в этом году писали СМИ.

Астраханские школьники Руслан Казимов и Михаил Гладышев на базе регионального технопарка разработали робот-тренажер для реабилитации суставов рук.

фото - rg.ru

На разработку тренажёра восьмиклассники потратили чуть меньше двух месяцев. Они представили свой проект на региональном этапе IX Всероссийского конкурса научно-инновационных проектов в ЮФО, где заняли второе место. В дальнейшем они планируют создать промышленный образец – пока разработчики предлагают только прототип, изготовленный из образовательного робототехнического набора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Устройство дублирует движения, выполняемые врачом – суставы начинают работать, тем самым восстанавливается подвижность не только их, но и групп мышц. Пока устройства связаны через Bluetooth, в будущем будут взаимодействовать с помощью интернета или Wi-Fi.

Аналоги такого устройства есть на рынке, однако астраханский прибор может работать одновременно с плечевым, лучезапястным и локтевым суставами. Кроме того, он переносной и работает от аккумулятора. Также есть возможность удалённого управления, то есть пациент может тренироваться, не выходя из дома.

На Всемирной Олимпиаде по робототехнике 2015 года (WRO 2015) российская команда DRL из Санкт-Петербурга была награждена специальным призом за креативность от компании LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).

Российская команда DRL представила проект CaveBot. Ребята из Санкт-Петербурга под руководством тренера Сергея Филиппова создали уникального робота-исследователя для обнаружения неизведанных областей в пещерах. Разработка затрагивает различные научные области, так как уникальный робот делает возможным выполнение разнообразных по сложности задач.

Команда построила робота-скалолаза, оснащенного различными датчиками, для обнаружения предметов с целью их последующего исследования. Полученные данные могут быть превращены в 3D-модели на компьютере.

LEGO Mindstorms EV3 – вершина технической мысли разработчиков культового конструктора ЛЕГО. Образовательное решение позволяет создавать умных роботов, которые движутся, издают звуки и выполняют различные миссии. Это уже третье поколение конструкторов из образовательной серии Майндстормс, предназначенной для развития детей в возрастном диапазоне 7-13 лет. Купить ЛЕГО Mindstorms EV3 могут также взрослые, которые интересуются миром IT-технологий и электроники.

Конструктор ЛЕГО Майндстормс EV3 позиционируется как образовательный набор, хотя его можно приобрести и для дома. Он используется на занятиях в начальных школах и тематических кружках по робототехнике. Расширяя детский кругозор, делая понятными многие термины из учебников по физике, информатике и другим школьным предметам, он не имеет себе равных в образовательном процессе. Купить LEGO EV3 в класс – значит превратить скучные уроки в увлекательное приключение.

Из чего состоит ЛЕГО EV3?

По сравнению с предыдущей версией NXT, решение получило солидный набор преимуществ. Мозг конструктора, он же программируемый «кирпич», оснащен быстрым процессором АRM9, флэш-памятью на 16 Гб, беспроводным протоколом Bluetooth, WiFi, динамиком и 4 портами. Купить ЛЕГО EV3 побуждают и другие его достоинства:

• Высококачественные сборные детали в количестве 541 шт.;
• Сервомоторы со встроенным датчиком вращения, проводящим измерения с точностью до градуса;
• Сенсор касания, позволяющий роботу реагировать на щелчки, освобождающие и хватающие движения;
• Цветовой сенсор, различающий уровни освещенности и 8 разных оттенков;
• Инфракрасный датчик, улавливающий расположение предметов в пределах радиуса 50-70 см;
• Удаленный ИК-маяк;
• Гироскопический и ультразвуковой датчик.

Набор ЛЕГО Mindstorms EV3 может комплектоваться датчиками и измерительными приборами от сторонних производителей, например от Mindsensors и HiTechnic. Это по-настоящему универсальная платформа с большим потенциалом.

Что можно делать с конструктором?

Купить LEGO Mindstorms EV3 можно для учебы, внеклассных занятий и соревнований роботов. Сегодня конструкторы успешно выступают на региональных состязаниях и мировых чемпионатах, таких как World Robot Olympiad.

Инструкция предлагает 5 вариантов сборки моделей, среди которых есть человекоподобные, гусеничные и похожие на животных роботы. Все они выполняют интересные и сложные миссии. Помимо стандартных вариантов сборки, в сообществах любителей робототехники можно найти множество других проектов, не входящих в инструкцию.

Программирование с LEGO Mindstorms EV3

Конструктор LEGO Mindstorms EV3 управляется с помощью графической программного интерфейса. Благодаря простоте построения цепочек команд, она имеет низкий возрастной «порог вхождения». Более продвинутые пользователи могут применять различные прошивки к микропроцессору и программировать на других языках. Также следует помнить о существовании специальньного софта для управления роботами со смартфона.

Набор от ЛЕГО, купить который можно в нашем магазине, – не просто игрушка, а удивительное изобретение, объединяющее мир конструкторов с новейшими технологиями.

LEGO Education Roboter EV3 : эта конфигурация называется Gyro Boy.

Еще в 2013 году подразделением LEGO Education на рынок был выпущен робот EV3, но только в 2015 году появилось соответствующее приложение. С новым аппаратным обеспечением, простым встроенным интерфейсом и всесторонним учебным планом робот должен стать интересным дополнением к таким «сухим» дисциплинам, как математика, информатика, естественные науки и техника. При этом за LEGO Roboter Mindstorms Education EV3 придется выложить весьма внушительную сумму – около 30 000 рублей.

Плюсы и минусы

Универсальность в использовании
+ Делает естественные науки и информатику интересными для детей и молодежи
+ Высокое игровое удовольствие и эффект обучения
— Зарядное устройство для аккумуляторного модуля не входит в комплект поставки
— Очень высокая цена

Средняя розничная цена: 30 000 рублей

LEGO Roboter: Монтаж и установка

У учеников есть выбор между пятью различными видами роботов и многочисленными формами экспериментов. Основой всегда является «Brick», мозг робота: эта аппаратная часть работает с помощью Wi-Fi или Bluetooth через входящее в комплект поставки программное обеспечение для PC, Mac OSX, а также iPad и управляет таким образом всеми моторами и сенсорами.

Правда, реализация не идеальная: несмотря на то, что компьютер или планшет «видят» Brick, беспроводное соединение все равно устанавливается вручную. А для этого придется покопаться в меню, запрятанном в интерфейсе программирования робота.

LEGO Education Roboter EV3 : инструкции есть в программном обеспечении.

Чтобы создать необходимую для конкретного урока конструкцию, необходимо использовать «кирпичики» LEGO Technic. Подробные и детальные инструкции можно найти в прилагаемом ПО. Единственный недостаток относится к кабелям: дизайнеры могли бы сделать их цветными, чтобы было легче различать длину. А так детям приходится измерять каждый кабель перед использованием.

Также важно вот что: если дети смастерят робота Gyro Boy (смотри иллюстрацию) с длинными проводами, он потеряет равновесие, так как сместится центр тяжести. Для постройки одного робота требует от 1,5 до 3 часов в зависимости от сложности конструкции. Это больше, чем один школьный урок, но для домашнего проекта такое условие вполне подходит.

LEGO Roboter: Приложение и программирование

По сравнению с предыдущей моделью NXT, робот LEGO EV3 должен быть проще в использовании. Вместо HTML-тегов программа Mindstorms представляет программные блоки визуально. Для взрослых, привыкших программировать на языках высокого уровня, потребуется время для привыкания.

LEGO Education Roboter EV3 : так выглядит программа EV3.

А вот дети, действующие интуитивно, смогут самостоятельно распознать образно представленные модули и будут в состоянии работать с ними. В частности, они могут заставить робота двигаться или выполнять другие действия.

Если вы установите на робота датчик света, его можно будет запрограммировать так, что в зависимости от результатов измерений он будет издавать звуки различной тональности. Также благодаря датчикам робот сможет понять, что он находится на краю стола и, соответственно, вовремя остановиться.

LEGO Roboter: альтернатива Mindstorms EV3

К сожалению, LEGO Mindstorms Education EV3 очень дорогой. Базовый набор стоит около 30 000 рублей. Хотя в комплект уже входит перезаряжаемый аккумуляторный модуль, зарядное устройство для него придется покупать отдельно за 2500 рублей. Если вы ищете робота LEGO для домашнего использования, рекомендуем вам приобрести LEGO Mindstorms EV3 в Home-версии. Хотя у него и меньше разных датчиков, зато по цене он дешевле.

Mindstorms EV3 - развлекательно-обучающая среда визуального программирования от компании LEGO. Это очень интересное программное решение, пользуясь которым можно "запрограммировать" роботов, созданных из одноименного конструктора. Нет, писать код здесь не нужно. От пользователя требуется лишь собрать алгоритмы поведение из визуальных блоков, отвечающих за работу моторчиков, датчиков, лампочек, приводов и прочих компонентов, из которых собираются роботы Mindstorms. Программа подходит для любых наборов конструктора данной серии и является крайне простой в использовании.

Работа с программой

Перед тем как приступать непосредственно к программированию, желательно предварительно собрать готового робота и продумать операции, которые он будет выполнять. Конечно, можно первым делом написать инструкции, но делать этого мы не рекомендуем. Mindstorms EV3 в версии для Windows подключается к роботу через специальное устройство-передатчик (идет в комплекте с набором конструктора LEGO). Передатчик соединяется с ПК посредством порта USB.

Рабочая среда в программе состоит из окна проекта, который отчасти напоминает блок-схему, а также панели, на которой можно выбирать нужные визуальные блоки для управления компонентами робота. Например, допустим что в вашем собранном роботе установлен большой моторчик. Добавив в цепочку специальный блок, отвечающий за работу с большим моторчиком, вы сможете указать подаваемую на него мощность, количество вращений, номер порта (необходим в том случае, если в роботе есть несколько одинаковых блоков) и прочие параметры. Все остальные типы блоков настраиваются по тому же принципу.

Версии и наборы инструкций

Mindstorms EV3 поддерживает два режима работы: режим для ученика и режим для учителя (второй предназначен для взрослого). Также есть несколько вариантов используемых инструкций: основной набор и расширенный набор. Лично мы рекомендуем переходить ко второму только после полного освоения первого.

Ключевые особенности

• позволяет программировать роботов серии LEGO Mindstorms;
• подключается через специальный передатчик посредством кабеля USB;
• предлагает удобную рабочую область, в которой за поведения каждого компонента, установленного в роботе, отвечает наглядный визуальный блок;
• предлагает версии для взрослого и ребенка;
• клиент для Windows полностью переведен на русский язык.