Lego: больше чем конструктор

Состав ресурсного набора Lego WeDo

Ресурсный набор WeDo приобретается дополнительно к базовому и расширяет его технические и образовательные возможности. Этот набор не содержит электроники, зато в него входят 326 дополнительных элементов. Обойтись без него вполне можно, но количество моделей, которые можно построить, имея обе версии, значительно возрастает.


Ресурсный набор Lego WeDo

Строительные элементы в этом наборе — это не только кирпичики, но и различные структурные детали, шестеренки и роторы, колеса и оси, соединительные и поворотные звенья, резинки. Вот такие колеса, например, входят в набор:

Колеса Lego WeDo

Ресурсный набор также продается в удобном пластмассовом контейнере с крышкой:

Ресурсный набор Lego WeDo

Lego: от ремесла плотника к лидерству в мире игрушек

Компания Lego основана в 1932 году. Ее основатель — датчанин Оле Кирк Кристиансен. Будучи плотником, он сначала основал фирму по производству изделий для дома, а позже занялся еще и производством деревянных кубиков для детей. Фирма получила название Lego, соединив датские слова leg — играть и godt — хорошо.

В 1947 году компания Lego начала выпуск пластиковых игрушек и уже в 1949 появились знаменитые защелкивающиеся кирпичики Lego.

Основными идеями Lego являются модульность и совместимость. Хотя кирпичики за 65 лет своего существования меняли дизайн и форму, они абсолютно совместимы между собой. Современные элементы вполне можно присоединить к элементам 40-летней давности.

Сегодня сфера деятельности Lego конечно много шире, чем производство игрушек. Компания создает одежду, фильмы, игры, организует конкурсы, в том числе робототехнические. В мире открыты музеи Lego тематические парки развлечений — леголенды, которые практически полностью построены из кубиков Lego.

Леголенд в Малайзии

Из Lego можно собирать модели автомобилей, самолетов, кораблей, зданий, и, конечно, роботов. С конца прошлого века Lego выпускает специальный робототехнический конструктор, который сегодня стал лидером образовательной робототехники.

Программирование EV3 Basic

Одним из текстовых языков программирования Lego EV3 является EV3 Basic. Текстовый язык позволяет развить навыки текстового программирования и является плавным переходом к более сложному программированию. По сложности этот язык не очень отличается от среды программирования Lego EV3. Скачать загрузчик Microsoft Small Basic можно с официального сайта Microsoft.

Основными достоинствами EV3 Basic являются:

  • Простота установки;
  • EV3 Basic является свободным программным обеспечением
  • Microsoft Small Basic специально разрабатывался для того, чтобы обучать программированию;
  • Не нужно перепрошивать микрокомпьютер EV3;
  • Поддерживает русский язык;
  • Имеет встроенную справку;
  • Имеет понятный интерфейс;
  • Есть множество примеров;
  • Поддерживает все возможности среды программирования Lego EV3.

Каких роботов можно создать с Lego WeDo

Из конструктора можно создавать разные модели, как по инструкциям Lego, так и придумывая самостоятельно. В форме игры можно знакомиться с различными механизмами и даже учиться проектировать.

Из базового набора Lego предлагает собрать 12 моделей (4 темы, по 3 модели на каждую тему).

«Танцующие птицы», «Умный волчок», «Обезьянка-барабанщик» — модели темы «Удивительные механизмы».

Проекты Lego WeDo. Тема «Удивительные механизмы». Фото education.lego.com

«Голодный крокодил», «Рычащий лев», «Летящая птица» — модели темы «Дикие животные».

Проекты Lego WeDo. Тема «Дикие животные». Фото education.lego.com

«Нападающий», «Вратарь», «Веселые болельщики» — модели темы «Игра в футбол».


Проекты Lego WeDo. Тема «Игра в футбол». Фото education.lego.com

«Спасение самолета», «Большое бегство», «Лодка на бурном море» — модели темы «Приключения».

Проекты Lego WeDo. Тема «Приключения». Фото education.lego.com

Приобретение ресурсного набора существенно расширяет возможности. С ним дополнительно можно собрать проекты: «Кран», «Колесо обозрения», «Дом и машина» и другие.

Проекты Lego WeDo: «Колесо», «Кран», «Машина и дом». Фото education.lego.com

LEGO Education Spike Prime

Upd. 20.04.2019: Весной 2019 года Lego Education анонсировала новый робототехнический набор Spike Prime. Конструктор ориентирован на школьников 5-7 классов. В наборе три двигателя, три датчика и блок Smart Hub с шестью портами, динамиком, световой матрицей 5×5, 6-осевым гироскопом, аккумулятором. Связь Smart Hub с приложением через Bluetooth.

Приложение SPIKE использует язык программирования Scratch. В России решение можно будет приобрести с августа 2019 года, рекомендованная розничная цена – 29 900 руб. Подробнее о наборе здесь.

Перворобот Lego WeDo

Базовый набор Lego WeDo называется также Перворобот. В нем содержатся:

  • USB-коммутатор,
  • мотор,
  • датчик расстояния,
  • датчик наклона,
  • 158 строительных элементов.

Набор выпускается в пластиковом ящике с крышкой, что конечно очень удобно для хранения мелких деталей.

Базовый набор Lego WeDo

Лего-кирпичики в наборе яркие и разноцветные: красные, желтые, зеленые и белые. Часть деталей и датчики традиционных для Mindstorms серых цветов. (На фото детали обоих наборов).

Разноцветные кирпичики Lego WeDo

В наборе нет полноценного контроллера. Управление моторами и датчиками осуществляется через USB-коммутатор с помощью программного обеспечения, которое выполняется на компьютере.

Датчик расстояния позволяет обнаружить объекты на расстоянии до 15 см, соответственно можно запрограммировать выполнение каких-либо действий при наступлении этого события. Например, чтобы машинка при обнаружении препятствия не сталкивалась с ним, а ехала в обратную сторону.

Датчик наклона различает шесть положений: «носом вверх», «носом вниз», «на левый бок», «на правый бок», «нет наклона» и «любой наклон». На каждое такое событие можно задать свое действие.

Через USB-порт компьютера подается питание на моторы, а также осуществляется обмен данными между датчиками и компьютером.

USB-коммутатор, мотор, датчики Lego WeDo

Таким образом, построенные с Lego WeDo модели не являются автономными роботами, для их работы требуется компьютер. Но зато такой подход позволяет снизить стоимость конструктора.

Совет от Занимательной робототехники: лучше купить длинный USB-удлинитель, чтобы ребенок мог играть с созданными роботами на полу (на расстоянии от компьютера).

Лего-конструирование у малышей и в подростковом возрасте

Занятия Лего-конструирования без применения специального робототехнического оснащения доступны в младшем дошкольном возрасте. Уже в три года ребенка можно отдать в секцию, чтобы он научился правильно называть детали, представлять, как происходит анализ построек с учетом величины, формы, цвета. На этом этапе дети учатся собирать первые конструкции по образцу с заранее обозначенными условиями. Занятия по Лего-конструированию усложняются в более старшем возрасте. К пяти годам дети осваивают более сложные соединения. Сбор моделей происходит по картинке. Это дает возможность освоить графические схемы. Кружок Лего-конструирования в детском возрасте — отличная подготовка для изучения робототехники в дальнейшем. С помощью компьютера, ноутбука со специальным ПО дети начинают создавать свои первые модели роботов. В дальнейшем происходит оттачивание полученных навыков. К подростковому возрасту дети уже умеют устанавливать датчики, работать с программируемыми контроллерами.

Есть ли альтернатива Lego в образовательной робототехнике?

Сегодня платформа Lego является безусловным лидером образовательной робототехники. Наборами Lego Mindstorms оснащены кружки робототехники во многих странах мира. На лидирующих позициях Lego Mindstorms и в российских секциях робототехники.


Каковы причины такого лидерства? Их несколько.

Во-первых, это безусловно качество платформы, ее, с одной стороны, обучающие, с другой — конструкторские возможности. Из этого конструктора можно построить не только игрушечных роботов, но и прототипы таких серьезных конструкций как, например, принтер Брайля, космическая станция, космический самолет, солнечные панели и т.п. Причем придумывать и реализовывать все это могут дети. А еще из Mindstorms можно сделать робота, который соберет кубик Рубика за 3 секунды!

Робот-венероход на WRO-2014 в Казани

Во-вторых, это мощное олимпиадное робототехническое движение на основе Lego. Конкурсы мирового уровня — такие как WRO и FIRST, а также множество региональных мероприятий и фестивалей содержат в своих регламентах требование использовать Lego.

Производители альтернативных Lego конструкторов также продвигают соревнования на основе своих платформ — так молодежные соревнования по робототехнике IYRC полностью основываются на конструкторах HUNA. Набирают популярность и мультиплатформенные соревнования. В России это Робофинист и только что объявленный ИКаР.

В-третьих, преемственность Lego Mindstorms. До него может быть описанный выше WeDo, после — TETRIX и MATRIX. Последние два используют контроллеры NXT и EV3, но предлагают значительное механическое и конструктивное расширение. С учетом того, что современные дети знакомятся с Lego в возрасте еще до года, то продолжать с ним работать и дальше кажется естественным и более простым.

В-четвертых, на популярность Lego играет и фактор времени — он просто был первым в этой области и завоевал рынок. Есть сложившиеся сообщества в разных странах, есть множество разработок, есть значительный опыт по использованию в образовании.

И, наконец, как говорят англичане, last but not least — это все-таки особая философия, которая сопровождает Lego. Особое настроение. Особая миссия.

Свойства проекта

Для того, чтобы было нагляднее можно открыть в основном окне «Лобби» любой проект и посмотреть его структуру. Я открою для примера проект «Гиробой», сделанный на основе базового набора Lego EV3.

В окне «Свойства проекта» можно редактировать, добавлять или удалять файлы рабочего проекта. В верхней части окна расположены:

  • Заголовок проекта
  • Рисунок проекта
  • Описание проекта
  • Окно для добавления видео или обложки

В средней части окна можно увидеть надпись подключение шлейфом.

Появляется возможность управлять большим количеством моторов и опрашивать больше датчиков. При этом EV3 программирование становиться немного сложнее.

В нижней части «Свойства проекта» расположено окно с вкладками:

  • Программы
  • Изображения
  • Звуки
  • Мои блоки
  • Переменные
  • Экспортируемые элементы

Файлы проекта можно вставить или экспортировать. Переменные можно добавить или удалить.

Инструменты области программирования EV3

Перейдем опять в область программирования окна проекта. В правом верхнем углу расположена панель инструментов области программирования Lego EV3.

Панель инструментов состоит из:

1. Список программ и экспериментов. Если нажать на эту иконку, то можно увидеть список открытых проектов. В нем отображены все открытые программы проекта.

2. Иконка сдвиг и выбор. Сдвиг выглядит как ладонь и позволяет передвигать содержимое области программирования. Выбор дает возможность выбрать один блок или выделить несколько блоков и редактировать выбранные элементы.

3. Иконка комментарии служит для добавления комментариев в область программирования. Это помогает дать пояснения к программе.

4. Иконка сохранения проекта. При нажатии на эту иконку сохраняется проект и все программы, которые входят в проект и связаны с ним.

5. Иконка отменить действие, вернуть действие. Иконка «Отменить» отменяет последнее действие, иконка «Вернуть» возвращает.

6. Иконка масштабирования. Лупа со знаком минус уменьшает масштаб. Лупа со знаком плюс увеличивает масштаб. Иконка 1:1 сбрасывает масштаб.

7. Последняя иконка — это редактор контента. При нажатии на эту иконку открывается окно редактирования, где можно редактировать текст, видео, изображения, звуки, производить запись с веб-камеры.

Обзор среды программирования EV3

Двойным нажатием левой кнопки мыши на иконку LEGO MINDSTORMS Education EV3 запускаем среду программирования EV3. У меня установлено программное обеспечение для педагога т.к. оно дает больше возможностей.

После того, как среда программирования запустится сразу появляется окно — «Что нового в этой версии». Можно прочитать и лучше в левом нижнем углу поставить галочку у надписи «Do not show again for this version».

Теперь каждый раз при запуске ПО это окно не будет появляться. Запустив приложение, мы попадаем в основное окно под названием «Лобби». В окно «Лобби» легко перейти если нажать кнопку «Лобби» в верхнем левом углу.

Внешний вид кнопки похож на панель управления микрокомпьютера EV3. Также в левой верхней части находятся кнопки меню:

  • Файл
  • Редактировать
  • Инструменты
  • Справка

В правой верхней части окна «Лобби» можно увидеть логотип «LabVIEW» и значки:

  • Свернуть
  • Свернуть в окно
  • Закрыть

Также слева в образовательной версии расположены динамические ярлыки, которые открывают доступ к инструкциям, мультимедийным справочным материалам и т.д.

На данный момент в установленной версии есть семь ярлыков из которых четыре активированы и три являются неактивными.

  • Конструкторские проекты
  • Космическое задание
  • Окружающий мир

Также в левом нижнем углу находится кнопка «Просмотр», позволяющая переходить в основное меню и кнопка «Поиск», помогающая по заданным критериям осуществлять поиск проектов.

Lego Mindstorms: робототехника для всех


Идея добавить к стандартным деталям Lego электронный программируемый блок, датчики и электродвигатели, сделать программирование простым и понятным детям и разработать специальный конструктор для создания роботов оживила не только Lego-конструкции, но и всю компанию. С 1991 года 11 лет подряд компания несла убытки. И именно робототехническое направление спасло ситуацию.

Впервые робототехнический конструктор Lego Mindstorms был представлен в 1998 году. B 2006 году вышла вторая версия конструктора — NXT, и в начале 2013 года появился EV3 (сокращение от Evolution 3).

Слева направо коробочные версии Lego Minstorms 1998 г, 2006 г, 2013 г

Сердцем конструктора является микрокомпьютер (микроконтроллер), он же P-brick, или Р-кирпич (от Programmable brick — программируемый кирпич). Стандартные детали Lego (балки, шестерни, оси, колеса) мало изменяются с развитием конструктора, наибольшие изменения претерпевает именно микрокомпьютер.

Первую версию конструктора комплектовали микрокомпьютером RCX, вторую — NXT, а в составе современной версии — EV3.

Слева направо микрокомпьютеры Lego: RCX (1998 г.), NXT (2006 г.), EV3 (2013 г.)

С развитием конструктора производитель придерживается политики обратной совместимости, т.е. детали от старых версий могут использоваться совместно с новым конструктором. Так, например, датчики от NXT-версии могут использоваться с EV3. Развитие конструктора в ногу со временем — это прежде всего развитие микрокомпьютера и среды программирования. Важным отличием современного блока EV3 является то, что он работает на свободно распространяемой операционной системе Linux.

Технические характеристики микрокомпьютера Lego EV3:

  • Процессор — ARM9 (в конструкторе NXT 2.0 использовался ARM7);
  • оперативная память — 64 мегабайт;
  • FLASH память — 16 мегабайт;
  • слот расширения SD;
  • USB 2.0 с поддержкой подключения Wi-Fi;
  • Bluetooth 2.1;
  • монохромный экран разрешением 178×128 пикселей;
  • четыре порта ввода;
  • четыре порта вывода;
  • шестикнопочный интерфейс управления;
  • высококачественный интегрированный динамик;
  • автономное питание от шести батарей типа АА, либо с использованием аккумулятора постоянного тока EV3 2050 мАч;
  • операционная система Linux.

Состав Lego Mindstorms EV3

Конструктор Lego Mindstorms — это набор стандартных деталей Lego, микрокомпьютер и датчики.

Компоненты Lego Mindstorms EV3

Конструктор был разработан для двух целевых аудиторий: для домашнего пользования (дети и любители) и для использования в образовательных учреждениях (ученики и преподаватели). Для каждой группы создан базовый набор — соответственно коробочная версия Lego EV3 и образовательная версия Lego EV3.

Также для каждой группы выпускается несколько дополнительных наборов. Например, ресурсный набор, являющийся дополнительным, — это просто набор дополнительных стандартных деталей Lego, расширяющий возможности конструктора. Четкой границы между коробочной и образовательной версией нет — это один и тот же конструктор, имеющий немного разную комплектацию.

Образовательная версия Lego Mindstorms EV3

Состав образовательной версии Lego Mindstorms EV3

  • 1 микрокомпьютер EV3;
  • 1 батарея;
  • 2 больших мотора;
  • 1 средний мотор;
  • 2 сенсора прикосновения;
  • 1 цветовой сенсор;
  • 1 ультразвуковой датчик;
  • 1 гироскоп;
  • 540 строительных элементов;
  • набор RJ12 кабелей.

Коробочная версия Lego Mindstorms EV3 и электронные компоненты, входящие в комплект

Состав коробочной версии Lego Mindstorms EV3

  • 1 микрокомпьютер EV3;
  • 2 больших мотора;
  • 1 средний мотор;
  • 2 сенсора прикосновения;
  • 1 цветовой сенсор;
  • 1 ИК датчик;
  • 1 ИК приемник;
  • 594 строительных элементов;
  • набор RJ12 кабелей.

Преимущества использования конструкторов

Lego-робототехника подходит детям всех возрастов. Выпускаются наборы, ориентированные на разный уровень подготовки и возраст. К достоинствам относится: Безопасность: в процессе производства применяется безопасный сертифицированный и крепкий пластик. Его практически невозможно случайно сломать. Широкие возможности: наборы совместимы с платформами некоторых других фирм. Разнообразие серий: ассортимент, выпускаемый под этим брендом, представлен различными видами. Поэтому без проблем можно создать робота, который будет интересен ребенку. Нельзя забывать и о том, что lego-робототехника развивает мелкую моторику рук, активизирует желание узнавать мир, изучать точные дисциплины, заниматься самосовершенствованием навыков

В процессе образовательной деятельности дети становятся усидчивыми, могут концентрировать внимание, происходит развитие пространственного мышления. Конструкторы Лего для робототехники выпускаются для детей разных возрастов

Конструкторы Лего в робототехнике в сравнении с другими видами

Применяемые конструкторы Лего в робототехнике сопровождаются подробными инструкциями, подходят как для работы в классах, так и для самостоятельного изучения. В отличие от других производителей, компания предлагает варианты для всех возрастов начиная от двух лет и заканчивая взрослыми моделями. Все комплекты имеют необходимые сертификаты соответствия. Это особенно актуально для образовательных учреждений. Конструкторы Лего в робототехнике позволяют в игровой форме освоить азы математики, физики и информатики. По мере изучения основ происходит усложнение поставленных задач, освоение программирования. При этом все детали создаются по определенному стандарту с высокой степенью точности. Блоки, созданные в 2018 году отлично «состыкуются» с выпущенными намного раньше.

Как проходят занятия?

Лего-конструирование и робототехника предполагают переход от простых к сложному. На занятиях дети не просто собирают конструктор из предложенных деталей: — происходит знакомство с теоретическими вопросами; — решаются поставленные задачи; — делаются проекты. Появляются навыки работы в команде, возможность отстоять свою точку зрения. Уже на первых занятиях Лего-конструирования и робототехники происходит знакомство с тем, как устроен реальный мир. В кружки обычно принимаются дети с пятилетнего возраста. Иногда берутся на уроки и ребята чуть младше.

Программирование EV3 на RobotC

Среда программирования RobotC специально разработана для образовательной робототехники. Этот язык может использоваться и новичками, и опытными программистами и является кросс-платформенным. Есть базовый и расширенный режим программирования.

В среде программирования присутствует C-подобный язык и язык RobotC. Язык RobotC – это переходный язык от визуального программирования к текстовым блокам. Для использования RobotC требуется перепрошивка микроконтроллера EV3. Использовать RobotC можно со многими робототехническими платформами. Это такие платформы как :

  • VEX IQ;
  • VEX CORTEX (EDR);
  • VEX PIC (Legacy Support);
  • LEGO MINDSTORMS EV3;
  • LEGO MINDSTORMS NXT;
  • TETRIX;
  • RCX (поддержка прежних версий);
  • UNO Arduino / MEGA 1280, MEGA 2560;

Среда программирования RobotC похожа на среду программирования Visual Studio и имеет интерфейс на английском языке. RobotC является платным с десятидневным бесплатным периодом.

После окончания бесплатного периода нужно приобретать лицензию. Стоимость годовой лицензии:

  • На один компьютер 49 долларов;
  • На шесть рабочих мест 149 долларов;
  • На тридцать рабочих мест 299 долларов.
  • Кроме этого предлагаются бессрочные лицензии.

Операционная система для RobotC должна быть из семейства Microsoft Windows. При помощи среды программирования RobotC можно создавать эффективные программы с использованием сложных математических выражений.

Динамические ярлыки

  1. Начало работы содержит рекомендации по сортировке деталей, их маркировки, начале работы с микроконтроллером EV3. Также в этом разделе есть примеры создания первых простейших программ и схема сборки приводной платформы. Для преподавателей в этом разделе создан PDF файл с советами как эффективно преподавать изучаемый материал.
  2. Новый проект позволяет создать новую программу или новый эксперимент.
  3. Руководства (самоучитель) является подборкой учебных материалов для знакомства пользователей с обучающими программами.
  4. Инструкции по сборке содержат конструкторские идеи с пошаговыми инструкциями для создания роботов. Модели для базового набора помогают собрать четыре базовых модели с использованием основного набора.
  5. Для обладателей основного и ресурсного набора есть инструкции для сборки и программирования еще шести моделей роботов. Перечень деталей Lego содержит два PDF файла с перечнем деталей наборов 45544 и 45560. Это основной и ресурсный набор Lego EV3.

В одной из следующих статей я расскажу о создании нового проекта.

Программирование EV3 при помощи Scratch

Scratch является графической средой программирования. Программировать EV3 при помощи Scratch можно если установить нужное программное обеспечение и настроить его. Программное обеспечение можно установить на любые операционные системы. Для примера выберем операционную систему Windows.

Как и в случае с программированием на Python, потребуется карта памяти с такими же параметрами. Карту памяти нужно отформатировать в файловой системе FAT32. На компьютер надо установить виртуальную Java-машину под названием leJOS.

Затем устанавливаем виртуальную машину на компьютер со всеми компонентами.

После этого устанавливаем образ на карту памяти. В дальнейшем при включении микрокомпьютера EV3 с картой памяти будет загружаться leJOS EV3. Без карты памяти будет происходить загрузка стандартного программного обеспечения Lego EV3.

Также на компьютере должна быть установлена свежая версия Adobe AIR. Затем можно установить редактор Scratch.

Установка редактора не занимает много времени.

Следующим шагом является установка ev3-scratch-helper-app. Это приложение служит для связи редактора Scratch и микроконтроллера EV3. Также в редакторе можно в настойках установить русский язык и нужно добавить блоки EV3 в редактор Scratch. После добавления блоков можно приступать к написанию программ.

В статье приведены не все возможные варианты программирования EV3, а только наиболее простые и не требующие каких-либо специальных знаний. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. Остается только выбрать что больше всего подходит в каждом конкретном случае.


С этим читают