Робототехнический конструктор LEGO Mindstorms считается одним из самых распространенных в мире. К моменту написания статьи компания LEGO выпустила конструкторы третьего поколения –EV3 (предшественниками были серии RCX и NXT). О том, как происходила робототехническая эволюция серии Mindstorms можно подробнее прочитать в статье «История образовательного конструктора LEGO Education»
В свою очередь, серия Mindstorms EV3 включает в себя две версии – Home и Education. Как несложно догадаться, версия Home ориентирована на частное использование, в то время как Education предназначается для освоения робототехники в рамках кружков и секций (к слову последнее пятилетие наблюдается бум секций робототехники в России).
Не важно, держите ли вы в руках самый первый конструктор RCX или последнюю версию EV3, концепция конструктора не менялась с годами. Набор состоял и состоит из двух частей, первая из которых – это детали серии LEGO Technic (позволяющие собрать разнообразные модели роботов и не только), а вторая – электронные компоненты (моторы и датчики) «во главе» с контроллером, с помощью которого происходит программирование робота и управление электронными модулями. Одна из причин, по которой конструктор получил такую повсеместную известность – это достаточно понятная для освоения графическая среда программирования.
Пожалуй, для вступительного слова достаточно, поэтому перейдем к рассмотрению «начинки» и функциональных возможностей обоих версий EV3 в сравнении друг с другом (в будущем будут выпущены детальные обзоры, посвященные каждому набору).
Официальные названия конструкторов, включая цифровой артикул:
- LEGO Mindstorms EV3 Home (31313)
- LEGO Mindstorms EV3 Education Core Set (45544)
1. Упаковка
Версия для домашнего использования EV3 31313 упакована в классическую картонную упаковку, характерную для большинства наборов Lego. Ставка компании сделана на дизайн упаковки – на ней изображен крупным планом и во всей своей красе робот-андроид EV3RSTORM. Изображение дает покупателю общее представление о возможностях набора и его составе. Также стимулирует к покупке слоган «Create&Command your own robots» / «Создай и управляй своими роботами».
Однако несмотря на удачную маркетинговую стратегию такой упаковки, покупатель сталкивается с трудностями при хранении деталей набора.
В то же время образовательная версия идёт в комплекте с удобным и вместительным пластиковым контейнером. В дополнение к самому контейнеру предусмотрен специальный лоток для сортировки деталей по их назначению и размеру. А в нижней части достаточно места для хранения крупных деталей и электронных компонентов. Неоспоримый плюс заключается в том, что все детали имеют своё определенное место – на внутренних стенках отсека лотка можно найти наклейку с «местными» деталями. Подобный порядок в размещении деталей позволяет ускорить процесс сборки, так как дети спустя несколько занятий отлично ориентируются в ячейках и знают, где лежит определенная деталь.
Очевидно, что хранить детали в отдельном контейнере удобнее, чем россыпью, поэтому если вы владелец версии EV3 Home 31313, то обязательно приобретите отдельно специальный лоток.
2. Состав набора (детали Lego)
Оба набора представлены широким набором, так называемых «строительных» деталей, преимущественно серии Technic. Но при тщательном рассмотрении можно увидеть отличия – по составу, количеству и цветовой гамме.
«Домашняя» версия EV3 Home 31313 содержит 601 деталь. Доминирующий цвет деталей – черный, контраст добавляет красный цвет, а часть деталей серого цвета. Также в наборе есть декоративные элементы белого цвета, которые придают роботам более «эффектный» внешний вид (в комплекте к набору идут наклейки для этих белых панелей).
Преобладают среди строительных элементов балки (прямые и угловые), однако отсутствуют балки цветов, которые бы распознавал датчик цвета (синие, желтые, зеленые). Максимальная длина осей из домашней версии EV3 – 9 модулей. Соединительные элементы достаточно разнообразны: шесть типов штифтов и 21 тип деталей серии Technic. Зубчатых колес в наборе 8 типов, в сумме 21 шестерня, большая часть из которых – конические.
Из движителей – четыре колеса среднего диаметра и резиновые гусеницы, обеспечивающие достаточно хорошее сцепление с поверхностью. Однако со временем гусеницы могут быть растянуты, что приведет к проскальзыванию при движении.
В дополнение к декоративным деталям (отвечающим за эффектность робота) есть специальная обойма с 3 красными шарами – для поражения роботов-неприятелей или стрельбы по мишеням. Ещё одни «непрактичные» детали – мечи, в количестве аж 6 шт.
Рассмотрим образовательную версию EV3 Education Core Set 45544. Деталей заявлено меньшее количество – 541 штука. Но если исключить все декоративные элементы из версии 31313, то мы получим близкие друг к другу значения. Основные цвета – серый и белый, и лишь некоторые детали представлены черным и красным цветами.
Также, как и в домашней версии имеется множество таких деталей как балки и угловые балки, а также прямые трехмодульные балки 5 разных цветов — красный, зеленый, синий, желтый, черный для реализации алгоритмов с распознаванием цвета. Максимальная длина осей – 12 модулей (оси длиннее, чем в Home). Для соединения имеется семь типов штифтов и 18 типов деталей серии Technic. Зубчатые колеса в наборе представлены в количестве 30 деталей, причем пропорции цилиндрических и конических шестерен близки. А также есть уникальный элемент – поворотная зубчатая платформа.
Из движителей – два больших колеса, шаровая опора с металлическим шаром (отличительный элемент образовательной версии), гусеничный привод (54 трака гусениц и специальные колеса-«звездочки»). По сравнению с резиновым приводом можно отметить меньшее сцепление с поверхностью, но этот вопрос можно решить установкой в звенья гусениц специальные резиновые вставки (например, из ресурсного набора 45560).
Декоративных деталей нет в таком количестве, но всё же разработчики добавили четыре панели серии Technic.
Если подвести итог, то с точки зрения элементной базы обе версии схожи, но по своему составу за счет уникальных элементов, таких как шаровая опора, поворотная платформа, отдельные звенья гусениц и др., с небольшим перевесом выигрывает версия EV3 Education Core Set 45544.
3. Состав набора (электронные компоненты)
Перейдем к рассмотрению одной из самых основных составляющих наборов (обоих версий) – электронные элементы. Как будет понятно ниже, принципиальных отличий в электронной базе не так много, поэтому подчеркнем общие для обоих версий компоненты, и больше внимания обратим на отличительные особенности.
3.1 Блок EV3 (EV3 Brick)
По сути своей блок EV3 является микроконтроллером на базе процессора ARM9 с ОС Linux. Он оснащен дисплеем, кнопками управления, динамиком, 4 портами для подключения сенсоров, 4 портами для подключения моторов, потами miniUSB и USB, а также слотом для карт MicroSD (до 32 ГБ). Связь с блоком EV3 возможна через USB-кабель, а также через встроенные модули Bluetooth или WiFi (при подключении внешнего модуля WiFi к USB-порту блока).
Автономность блока EV3 обеспечивается питанием от шести батареек типа АА, либо с помощью специализированного аккумулятора от Lego. К слову аккумулятор идёт в комплекте с образовательной версией, и отсутствует в домашней (но и здесь её небольшой минус – для зарядки потребуется купить отдельное зарядное устройство).
3.2 Моторы (Motors)
Обе версии EV3 укомплектованы одинаковым наборов моторов – два больших и один средний. Все три мотора имеют встроенный датчик вращения (энкодер), что позволяет управлять вращением с неплохой точностью – до 1 градуса. Как правило, большие моторы используются для задания движения роботу, а средний мотор – для выполнения вспомогательных операций.
3.3 Датчики (Sensors)
Версия 31313
Версия 45544
3.3.1 Датчик касания (Touch sensor)
Датчик касания входит в комплект обоих версий, однако в домашней – датчик всего один, а в образовательной 2шт. К слову кнопки на блоке EV3 тоже по своей сути – датчики касания. Как правило, датчик используется для запуска или остановки робота, подсчета количества нажатий.
3.3.2 Датчик цвета (Color sensor)
Датчик цвета также есть в обоих наборах. Распознает несколько оттенков цвета (разработчик заявляет до 8 цветов), а также может работать в режимах измерения интенсивности освещённости и степени отраженного света.
3.3.3 Гироскоп (Gyro sensor)
Гироскоп включен только в состав образовательной версии. Позволяет измерять угловое положение и определять положение робота по всем осям вращения. Основное применение – создание балансирующих роботов (один из самых известных – Gyro Boy), а также помогает определять крен робота.
3.3.4 Датчик расстояния (Distance sensor)
Датчики расстояния есть как в Home, так и в Education версиях, однако по своей физической природе измерения расстояния они отличаются друг от друга.
В образовательную версию входит ультразвуковой датчик. Принцип измерения заключается в генерации ультразвуковых волн, которые при столкновении с препятствием отражаются и возвращаются к датчику. Время, прошедшее между генерацией и возвращением сигнала, используется для оценки расстояния до препятствия. Диапазон измерения составляет от 1 до 250 см.
В домашнюю версию входит инфракрасный датчик. Сам принцип измерения идентичен, только вместо ультразвуковых волн, датчик генерирует инфракрасное излучение. Измерения при этом получаются менее точными, даже цвет объекта влияет на измерение. В свою очередь, разработчики определяют этот сенсор, как датчик некоей «близости» к объекту. Диапазон измерения составляет от 1 до 70 см. В то же время основная функция данного датчика – не измерять расстояние, а принимать сигналы от пульта дистанционного управления, который также использует ИК-технологию для связи.
3.3.5 Удаленный контроль (IR-Remote control)
Пульт для дистанционного управления с ИК-технологией (Infrared или IR) входит только в домашнюю версию EV3 (название он получил ИК-Маяк). Для управления роботом на пульте есть 5 программируемых кнопок (а если учесть их комбинации – то получится 11 программируемых действий). Зона передачи сигналов ограничена 2м (в поле зрения датчика не должно быть препятствий), а также используется 4 канала передачи данных.
В заключении обзора электронных компонентов можно отметить, что их состав в большей степени отвечает целям, которые преследует счастливый владелец той или иной версии. Домашняя – снабжена пультом управления, для большей динамики в программировании и управлении роботом, а образовательная – гироскопом – для исследования состояния робота и окружающего мира, и в то же время датчик расстояния обладает в образовательной версии более высокой точностью измерений. Но что дополнительно объединяет обе версии конструктора EV3 – это хрупкость соединительных кабелей (самый хрупкий элемент – защелка разъема). А также состав датчиков обоих наборов можно расширить, дополнительно купив либо недостающие датчики Lego, либо специализированные датчики серии HiTechnic.
4. Среда программирования
Роботы из конструктора EV3 могут быть запрограммированы несколькими способами. Основной способ – это через специальную среду, разработанную на основе программного продукта LabView. Все периферийные устройства (моторы, датчики, кнопки блока EV3 и др.) представлены в программе в виде специальных графических блоков. Сам язык программирования получил название EV3-G. Программирование возможно, как на компьютере (ноутбуке), так и на планшете. Подробности работы в среде программирования мы рассмотрим в отдельной статье. Однако отметим, что функциональные возможности у программной среды для образовательной версии шире, и дополнительно включают разделы учебных материалов, инструменты по документированию проектов, регистрации данных и др.
Также алгоритм для работы робота можно написать с помощью встроенного в сам блок EV3 программном редакторе (Brick Program) – однако в этом случае просмотр всей программы ограничен дисплеем блока, что затрудняет написание сложных алгоритмов.
И для самых продвинутых пользователей есть возможность написания программ на текстовых языках EV3Basic и Robot-C, или даже более классических, например, Java или Python (после установки новой ОС на EV3).
5. Дополнительные материалы
К каждому из наборов были разработаны дополнительные материалы – обучающие ролики, инструкции по сборке моделей, примеры алгоритмов.
В комплекте с версией EV3 Home идёт пять готовых моделей роботов (их можно было увидеть на упаковке набора): EV3STORM – робот-андроид с «пушкой», R3PTAR — кобра, GRIPP3R – робот с хватом, TRACK3R — танк и SPIK3R — скорпион. Помимо пошаговых инструкций по сборке представлены и пошаговые инструкции по программированию – что позволяет создавать и тестировать программы самостоятельно. Также имеется возможность загрузить дополнительные модели с готовым алгоритмом.
В то же время в комплекте с образовательной версией EV3 Education Core Set разработчиком заявлено 10 уникальных моделей. Однако есть нюанс – собрать из деталей набора 45544 можно только четыре из них — Robot Arm (Роботизированная рука), Gyro Boy (Балансирущий робот), Color Sorter (Сортировщик по цвету) и Puppy (Щенок). Оставшиеся шесть моделей требуют для сборки деталей из ресурсного набора 45560, который приобретается отдельно. Среди этих моделей: Elephant (Шагающий слон), Tank Bot (Танк), Stair Climber (Ступенеход), Znap (Монстр «Знап» на гусеницах) , Spinner Factory (Фабрика «вертушек») и Remote Control (Пульт дистанционного управления) – для последнего потребуется два блока EV3. Ещё один достаточный минус – программы для указанных моделей идут готовыми и новичку, который в первый раз держит набор EV3, разобраться в алгоритме будет крайне сложно. Помимо моделей для сборки имеется учебное пособие по робототехнике и вспомогательные материалы по работе со средой программирования.
ИТОГИ
Обе версии платформы EV3 являются самодостаточным продуктом, и отвечают именно тем целям, которые вы преследуете. Это дополнительно подчеркивают и сами названия версий – домашняя и образовательная. Элементная база, как деталей, так и электронных компонентов позволяет создавать уникальные проекты.
Если вы приобретаете набор EV3 для частного использования – то версия 31313 станет отличный выбором (только не забудьте купить отдельный контейнер для хранения). С другой стороны, если вы решили укомплектовать кружок робототехники, то остановите свой выбор на версии 45544 и никак иначе.
Уведомление: itemprop="name">Обзор конструктора Lego BOOST 17101 - Секция робототехники для детей в Екатеринбурге "Дело Техники"
Уведомление: itemprop="name">Среда программирования EV3 Classroom - Секция робототехники для детей в Екатеринбурге "Дело Техники"