Набор Lego Mindstorms содержит центральный блок, управляющий всеми устройствами, моторы, датчики, а также, конструктивные элементы серии Lego Technics, с помощью которых можно создавать экспериментальные устройства, учебные и научные установки и различных роботов.
Модуль (блок) EV3
Экран блока показывает, что происходит внутри модуля EV3, и позволяет использовать интерфейс модуля. Также, он позволяет вводить и выводить текстовые и числовые данные, а также, отображать графические элементы при работе вашей программы или в процессе проведения эксперимента. Например, вы можете запрограммировать экран таким образом, чтобы он выводил текстовые сообщения в процессе работы программы или число, которое является результатом математических вычислений или данными, полученными с датчика.
Кнопки управления модулем позволяют перемещаться по интерфейсу модуля EV3. Их также можно использовать в качестве программируемых элементов управления. Например, вы можете запрограммировать робота таким образом, чтобы он ехал вперёд, когда нажата кнопка «Вверх», или двигался назад, когда нажата кнопка «Вниз»(нижняя кнопка 3 на рисунке ниже).
Включение блока осуществляется длительным (2-3 сек) нажатием средней кнопки (кнопка 2 на рисунке ниже). Остановка любой запущенной программы осуществляется нажатием верхней боковой кнопки (кнопка 1 на рисунке ниже). Эта же кнопка позволяет выключить блок: после завершения работы программы необходимо нажать верхнюю боковую кнопку — появится меню выключения блока — нажмите кнопку «Влево» или «Вправо» (левая или правая кнопка 3 на рисунке ниже) для выбора пункта «Подтвердить», затем нажмите среднюю кнопку блока (кнопка 2 на рисунке ниже).
Подсветка кнопок модуля, которая находится под кнопками управления модулем, может информировать о текущем состоянии модуля EV3. Цвет индикатора может быть зеленым, оранжевым или красным, также, он может мигать. Существуют следующие коды индикатора подсветки при работе модуля без запущенной пользовательской программы:
- Красный — запуск, обновление, завершение работы
- Красный мигающий — занят
- Оранжевый — оповещение, готов
- Оранжевый мигающий — оповещение, работает
- Зеленый — готов
- Зеленый мигающий — выполняется программа (если при этом пользователь не управляет подсветкой из выполняющейся программы)
Вы можете запрограммировать подсветку кнопок таким образом, чтобы во время выполнения вашей программы она горела разными цветами и мигала.
Технические характеристики блока EV3
- Операционная система — LINUX +Контроллер ARM9 300 МГц
- Флэш-память — 16 МБ
- Оперативная память — 64 МБ
- Разрешение экрана модуля — 178×128/черно-белый
- Связь ПК через шину USB 2.0 — до 480 Мбит/с
- Связь ПК через шину USB 1.1 — до 12 Мбит/с
- Связь по радиоканалу Bluetooth
- Карта памяти Micro SD — поддерживает SDHC, версия 2.0, макс. 32 ГБ
- Порты моторов и датчиков — по 4
- Коннекторы — RJ12
- Поддержка автоматической идентификации при подключении
- Питание — 6 батарей типа AA или аккумулятор Lego EV3
Моторы EV3
Моторы EV3 — это сервомеханизмы с отслеживанием вращения, точным управлением скоростью, мощностью и углом поворота. Они поддерживают автоматическую идентификацию при подключении.
Большой мотор — это мощный мотор со средней скоростью вращения. В нем есть встроенный датчик вращения с разрешением 1 градус для точного контроля. Большой мотор оптимизирован для выполнения роли главного привода в ваших роботах. Большой мотор работает со скоростью 160–170 об/мин, с вращающим моментом при работающем моторе 20 Нсм и с пусковым моментом 40 Нсм.
Средний мотор также имеет встроенный датчик вращения с разрешением 1 градус, но он меньше и легче, чем большой мотор. Это означает, что он способен реагировать быстрее, чем большой мотор. Средний мотор работает со скоростью 240–250 об/мин, с вращающим моментом при работающем моторе 8 Нсм и с пусковым моментом 12 Нсм.
Большой и средний моторы содержат встроенные датчики вращения, которые могут определять количество совершённых полных и неполных оборотов с точностью до градуса, а также мгновенную мощность. При этом вращение оси мотора может производиться только внешней силой. Отсчёт сделанных оборотов начинается с момента запуска программы. Поэтому, если необходим точный отсчёт оборотов, начиная с определённого момента, необходимо произвести сброс значений датчика. При повороте оси мотора по часовой стрелке происходит суммирование всех оборотов, при повороте оси против часовой стрелки – вычитание.
Датчики
Датчик цвета (цветосветовой) — это цифровой датчик, который может определять цвет или яркость света, поступающего в небольшое окошко на лицевой стороне датчика. Этот датчик может работать в трех разных режимах: «Цвет», «Яркость отраженного света» и «Яркость внешнего освещения».
В режиме «Цвет» датчик цвета распознает семь цветов: 1 – чёрный, 2 – синий, 3 – зелёный, 4 – желтый, 5 – красный, 6 – белый, 7 – коричневый, а также, 0 — отсутствие цвета. Эта способность различать цвета означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он сортировал цветные мячи или кубики, произносил названия обнаруженных им цветов или прекращал действие, увидев заданный цвет.
В режиме «Яркость отраженного света» датчик цвета определяет яркость света, отраженного от источника, излучающего красный свет. Датчик использует шкалу от 0 (очень темный) до 100 (очень светлый). Это означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он двигался по белой поверхности до тех пор, пока не будет обнаружена черная линия, или чтобы он интерпретировал идентификационную карточку с цветовым кодом.
В режиме «Яркость внешнего освещения» датчик цвета определяет силу света, попадающего в окошко из окружающей среды, например солнечного света или луча фонарика. Датчик использует шкалу от 0 (очень темный) до 100 (очень светлый). Это означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он подавал сигнал утром, когда восходит солнце, или чтобы он прекращал какое-то действие, если свет гаснет.
Частота обновления данных датчика цвета составляет 1 кГц.
Для наибольшей точности при выборе режима «Цвет» или «Яркость отраженного света» датчик следует держать под правильным углом, близко к исследуемой поверхности, но не касаясь ее.
Датчик касания — это аналоговый датчик, который может определять, когда красная кнопка датчика нажата, а когда отпущена. Это означает, что датчик касания можно запрограммировать для действия в зависимости от трех условий: нажатие, отпускание и щелчок (нажатие и отпускание).
Благодаря данным с датчика касания, можно запрограммировать робота «видеть» то, что его окружает так, как это делают слепые люди: ощупывая пространство перед собой и реагируя на прикосновение к чему-либо (нажатие). Вы также можете построить робота с датчиком касания, который прижат к поверхности под ним. Вы можете запрограммировать робота так, чтобы он останавливался, когда он вот-вот скатится с края стола (когда датчик отпущен).
Инфракрасный датчик — это цифровой датчик, который может обнаруживать инфракрасный свет, отраженный от сплошных объектов. Он также может обнаруживать инфракрасные световые сигналы, посланные с удаленного инфракрасного маяка. Инфракрасный датчик может использоваться в трех разных режимах: в режиме приближения, в режиме маяка и в режиме пульта дистанционного управления.
В режиме приближения инфракрасный датчик использует световые волны, отраженные от объекта, для определения расстояния между датчиком и этим объектом. Он сообщает расстояние, используя значения от 0 (очень близко) до 100 (далеко), а не конкретное число сантиметров или дюймов. Датчик может обнаруживать объекты на удалении до 70 см, в зависимости от их размера и формы.
При взаимодействии с инфракрасным маяком датчик принимает от него сигнал. Вы можете выбрать один из четырех каналов инфракрасного маяка с помощью переключателя каналов. Инфракрасный датчик обнаруживает сигнал маяка, соответствующий каналу, который вы укажете в своей программе. Дальность приёма сигнала маяка — около 200 см. После обнаружения маяка датчик может оценить общее направление на маяк и расстояние до маяка. Используя эту информацию, вы можете запрограммировать робота так, чтобы он играл в прятки, используя удаленный инфракрасный маяк в качестве искомой цели. Направление будет выражено величиной от -25 до 25, при этом 0 указывает, что маяк находится прямо перед инфракрасным датчиком. Приближение будет выражено величинами от 0 до 100.
Вы также можете использовать инфракрасный маяк для дистанционного управления своим роботом. Работая в режиме дистанционного пульта, инфракрасный датчик может определять, какая кнопка (или комбинация кнопок) на маяке нажата. Всего существует одиннадцать возможных комбинаций кнопок:
- 0 — Никакая кнопка не нажата или режим маяка выключен или нажата недопустимая комбинация кнопок
- 1 — Кнопка 1
- 2 — Кнопка 2
- 3 — Кнопка 3
- 4 — Кнопка 4
- 5 — И кнопка 1, и кнопка 3
- 6 — И кнопка 1, и кнопка 4
- 7 — И кнопка 2, и кнопка 3
- 8 — И кнопка 2, и кнопка 4
- 9 — Режим маяка включен
- 10 — И кнопка 1, и кнопка 2
- 11 — И кнопка 3, и кнопка 4
Нажатие более двух кнопок на маяке — не воспринимается датчиком.
Ультразвуковой датчик генерирует ультразвуковые волны и воспринимает их отражение для обнаружения объектов и измерения расстояния до них. Он также может принимать волны от других ультразвуковых датчиков. Минимальное определяемое датчиком расстояние – 3 см, максимальное – 250 см. Точность определения расстояния +/- 1 см. Если смотреть на датчик спереди, то левая сторона содержит передатчик сигнала, правая – приемник. Угол излучения составляет примерно 20°. Если мы поместим какой-либо объект на расстоянии 1 м перед датчиком, то диаметр зоны «видимости» на этом расстоянии составит 65 см.
Гироскопический датчик предназначен для измерения угла и направления вращения робота, а также угловой скорости его вращения. Точность измерения составляет +/-3° , максимальная скорость проведения измерений 440°/сек., частота опроса датчика 1кГц. Гироскопический датчик определяет движение вокруг одной оси вращения. Это направление указано стрелкой на корпусе датчика. Угол и направление вращения могут быть положительными или отрицательными. Вращение по часовой стрелке считается положительным, против часовой стрелки – отрицательным. Единица измерения скорости – градусы в секунду.
При длительном нахождении робота в неподвижном состоянии, включенный гироскопический датчик не выдаёт постоянное значение угла, а плавно его изменяет. Поэтому, чем больше времени проходит от момента инициализации датчика до чтения показаний, тем больше будет ошибка. Поэтому, перед началом каждого измерения необходимо производить обнуление значений датчика (сброс). Однако, наилучшим способом является предварительное вычисление значения ошибки на неподвижном датчике и последующая корректировка показаний путём вычитания расчётной ошибки из полученных данных.
Акустический датчик представляет из себя микрофон для измерения и регистрации звуков, тонов и звуковых образов (акустических диаграмм), а также для распознания изменения интонации. Вы можете запрограммировать робота так, что его действия будут зависеть от звука. Звуковой датчик улавливает частоты в диапазоне 3-6 кГц при уровне шума до 90 дБ.
Дополнение
Для более полного ознакомления с элементами набора Lego Mindstorms рекомендуем скачать и прочитать Официальное Руководство пользователя Lego Mindstorms EV3.
Для тех, кто переходит со стандартной системы программирования LEGO EV3-G на EV3 Basic мы рекомендуем следующую таблицу соответствия команд EV3-G и EV3 Basic.
Поделиться: