Робототехника

Отдел образования Жарминского района
КГУ «Георгиевкая средняя школа» с.Калбатау

Методический справочник
по конструированию и
программированию в среде
Lego Mindstorms Ev3
Составитель: Садыкова Жанара Кенжебеккызы,
магистр естественных наук

УДК 1174
Методический справочник/ Ж.К.Садыкова –:
Методический справочник содержит материалы,
позволяющие учителям и ученикам дополнительно
освоить предметную область «Робототехника» и
эффективно использовать эти знания в своей
практической деятельности. Изложенный материал
нацелен на раскрытие потенциала данной предметной
области в казахстанском школьном образовании.
Рецензенты: Мусатаева И.С., кандидат педагогических
наук

2

Содержание.
Общие сведения. Электронные компоненты

4

Датчики

6

Базовый робот

7

Программа базового робота

11

Датчик цвета

24

Датчик касания

28

Ультразвуковой датчик

30

Гироскопический датчик

32

Кодирование роботов

34

Заключение

36

3

Набор Lego Mindstorms EV3 Education позволяет
собирать и программировать модели роботов

Микрокомпьютер EV3 служит центром управления и
энергетической станцией робота

4

Порты микрокомпьютер EV3

Большой мотор — это мощный «умный» мотор. У него есть
встроенный датчик вращения, который измеряет обороты мотора
(в градусах или оборотах).
Эта особенность
позволяет делать
движения робота
очень точными.
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.

5

Датчики
Датчик касания - это
аналоговый датчик,
который может определять,
когда красная кнопка датчика
нажата, а когда отпущена

Датчик цвета - это цифровой
датчик, который может
определять цвет или яркость
света, поступающего в
небольшое
окошко на лицевой стороне
датчика.
Ультразвуковой датчик- это
датчик для обнаруживания
препятствия и определения их
удаленность в дюймах или
сантиметрах.
Гироскопический датчик –
датчик для измерения угла
вращения робота или скорости
вращения. Сверху нанесены две
стрелки, обозначающие
плоскость, в которой работает
датчик.

6

7

8

9

10

Задание
1. Дайте определение деталям робота

B

A

E

C

F

D

G

A
B
C
D
E
F
G
11

2. Внесите правильное соответствие
Аналоговый датчик,
Который может
определять, когда
красная кнопка датчика
нажата, а когда
отпущена

Ультразвуковой
датчик

Цифровой датчик,
который может
определять цвет или
яркость света,
поступающего в
небольшое
Окошко на лицевой
стороне датчика.

Датчик касания

Датчик для
обнаруживания
препятствия и
определения их
удаленность в дюймах
или сантиметрах.

Гироскопический
датчик

Датчик для измерения
угла вращения робота
или скорости вращения.
Сверху нанесены две
стрелки, обозначающие
плоскость, в которой
работает датчик.

Датчик цвета

12

3.Укажите названия элементов модуля EV3

• Дисплей модуля EV3 • Порты для подключения датчиков • Кнопка включения робота, кнопка запуска
программы • Кнопка выключения робота, отмена
действий -

13

Программное обеспечение
Program ev3

1.

2.

1.
2.

3.

Вкладка «Главная страница» — с помощью этой кнопки можно вернуться на
главную страницу.
Обзор деятельности — здесь можно просмотреть обучающие материалы и
начать проект.
+ Инструкции по сборке основных моделей
+ «Первые шаги» — материалы, включающие короткий вступительный
видеоролик и руководство пользователя EV3
+ Управление файлами, где вы можете начать новый проект или открыть
существующий
+ Самоучитель, содержащий 48 пошаговых уроков, в которых объясняется, как
использовать программное обеспечение и аппаратные средства EV3
Обзор — эта кнопка возвращает вас в окно «Обзор деятельности».
Поиск — находите проекты с конкретным содержанием, используя
различные параметры фильтрации
www.LEGOeducation.com/MINDSTORMS — ссылка на официальный
веб-сайт LEGO® MINDSTORMS® Education.
14

Программирование

1.

2.

Среда программирования EV3 состоит из следующих основных
областей:
Область программирования — здесь вы располагаете свою
программу.
Палитры программирования — здесь вы найдете блоки для вашей
программы.

3.

4.

5.

Страница аппаратных средств — здесь вы устанавливаете и
управляете связью с модулем EV3 и видите, как подключены моторы и
датчики. Здесь вы также загружаете программы в модуль EV3.
Редактор контента — электронная тетрадь, встроенная в
программное обеспечение. Получите инструкции или
задокументируйте свой проект, используя текст, изображения и видео.
Панель инструментов программирования — здесь вы найдѐте
основные инструменты для работы с вашей программой. Более
подробную информацию об этих инструментах можно получить в
меню «Справка» ПО EV3.
15

Программные блоки и
палитры
программирования
(Слева направо)
+ Средний мотор
+ Большой мотор
+ Рулевое управление
+ Независимое управление моторами
+ Экран
+ Звук
+ Индикатор состояния модуля
БЛОКИ-ОПЕРАТОРЫ
(Слева направо)
+ Начало
+ Ожидание
+ Цикл
+ Переключатель
+ Прерывание цикла

БЛОКИ ДАТЧИКОВ
(Слева направо)
+ Кнопки управления модулем
+ Датчик цвета
+ Гироскопический датчик
+ Инфракрасный датчик
+ Вращение мотора
+ Датчик температуры
+ Таймер
+ Датчик касания
+ Ультразвуковой датчик
+ Счетчик электроэнергии
+ Датчик звука NXT

16

Программные
блоки и палитры
программирования
БЛОКИ ДАННЫХ
(Слева направо)
+ Переменная
+ Константа
+ Операции над массивом
+ Логические операции
+ Математика
+ Округление
+ Сравнение
+ Интервал
+ Текст
+ Случайное значение

РАСШИРЕННЫЕ БЛОКИ
(Слева направо)
+ Доступ к файлу
+ Регистрация данных
+ Обмен сообщениями
+ Подключение Bluetooth
+ Поддерживать в активном
состоянии
+ Необработанное значение
датчика
+ Нерегулируемый мотор
+ Инвертировать вращение
мотора
+ Остановить программу
+ Комментарий

17

Страница аппаратных
средств

1.

2.

3.

4.

Разные кнопки контроллера страницы
аппаратных средств выполняют следующие
функции:
Загрузить — загружает программу или
эксперимент в модуль EV3
Загрузить и запустить — загружает
программу или эксперимент в модуль EV3 и
тут же их запускает
Загрузить и запустить выбранное —
загружает только выделенные блоки в модуль
EV3 и тут же их запускает
Переслать — пересылает собранные наборы
данных с модуля EV3 в ваш эксперимент

18

Создание первого проекта
Проект – это новая составляющая среды программирования,
которая отсутствовала в предыдущих версиях.
Проект содержит:
-Программы
-Объекты, используемые в программах проекта:
• подпрограммы;
• звуки, изображения, видеоролики, текстовые файлы;
• переменные;
• константы.

Длясоздания первого проекта:Файл–Новый проект–Программа
19

Программирование робота
Языки программирования – это
искусственные языки записи алгоритмов для
исполнения их на компьютере.
Программирование – это процесс
составления программы по заданному алгоритму.
• По структуре выполнения алгоритмы делятся
на три вида:
• • линейные
• • ветвления
• • циклические
Линейный алгоритм (линейная
структура) – это такой алгоритм, в котором все
действия выполняются последовательно друг за
другом и только один раз. Схема представляет
собой последовательность блоков, которые
располагаются сверху вниз или слева направо в
порядке их выполнения.

Пример записи линейного алгоритма на языке
программирования EV3
20

• На практике часто могут встречаться
задачи, в которых необходимо при
различных условиях действовать поразному. Такие задачи можно описать с
помощью алгоритмов разветвляющейся
структуры. Выбор направления
продвижения по схеме алгоритма
осуществляется по итогам проверки
заданного условия. Ветвящиеся процессы
в EV3 описываются оператором
Переключатель.

Пример записи алгоритма с ветвлением
21

• Для решения некоторых задач нужно
повторение отдельных участков
вычислений. В таких задачах применяются
алгоритмы циклической структуры
(циклические алгоритмы). Цикл –
последовательность команд, которая
повторяется до тех пор, пока не будет
выполнено заданное условие.

Пример записи циклического алгоритма в
среде EV3

22

Способы подключения
робота к компьютеру
• Существует три способа
подключения EV3 к
компьютеру:
• Через порт USB.
• Bluetooth соединение.
• Wi-fi соединение.

23

Базовый робот
1

2

4

3

5

6

7

8

24

Блок «Независимое управление
моторами»
•

Задаѐт одновременное движение двух моторов с одинаковыми
или с разными скоростями. Для выбора портов щѐлкните по
буквам, обозначающим названия портов, к которым подключены
моторы.

Средний мотор

Большой мотор

Рулевое управление

Независимое управление моторами
Программа Lego Mindstorms EV3 имеет большое
количество встроенных звуков: голоса животных,
названия цветов, выражения эмоций, имитация
работы транспортных средств, числа и многое
другое .
Для воспроизведения файла необходимо
щѐлкнуть в правом углу блока Звук и выбрать
звуковые файлы Lego -<требуемый звук>.

25

Пример настройки большого мотора

Собери и заведи
Задача 1:
• Роботу необходимо проехать последовательно с
мощностью 20 единиц:
• назад один оборот с резким торможением;
• вперѐд 360 градусов с плавным торможением;
• вперѐд 3 секунды с резким торможением;
• Принудительно остановить оба мотора.

26

Робот с датчиком цвета

27

Датчик цвета может работать в трех
различных режимах:
• в режиме "Цвет" датчик может определить
цвет поднесенного к нему предмета;
• в режиме "Яркость отраженного света"
датчик направляет световой луч на
близкорасположенный предмет и по
отраженному пучку определяет яркость
предмета;
• в режиме "Яркость внешнего освещения"
датчик может определить - насколько ярко
освещено пространство вокруг.

Робот при виде синего цвета воспроизводит «Blue-Синий»
28

Робот для траектории на основе LEGO EV3.
Существует множество подходов для решения
задачи следования по линии. Выбор одного из
них зависит от конкретной конструкции
робота, от количества сенсоров, их
расположения относительно колѐс и друг
друга.

a -Датчик цвета видит лишь белый цвет
b- Датчик цвета видит лишь черный цвет
c- Датчик цвета едет между белым и черным
цветом

29

Программа для робота по следованию
черной линии с помощью датчика цвета
Задача № 2

Используя переключатель и цикл из блока
управления моторами заверши программу по
следованию линии с помощью зигзага

30

Робот с датчиком
касания

31

Этот датчик, по сути, представляет собой специальную
кнопку, которая может находиться в двух состояниях:
"Нажатие" или "Освобождение"

Программа робота , запускающую
движение робота по щелчку кнопки.

Задача № 3
Необходимо написать программу робота так, чтобы
при одном касании он завелся, а при двух остановился
32

Робот с ультразвуковым
датчиком

33

Ультразвуковой датчик может выдавать измеренное
расстояние в сантиметрах или в дюймах. Диапазон
измерений датчика в сантиметрах равен от 0 до 255 см, в
дюймах - от 0 до 100 дюймов. Датчик не может
обнаруживать предметы на расстоянии менее 3 см (1,5
дюймов). Так же он не достаточно устойчиво измеряет
расстояние до мягких, тканевых и малообъемных объектов

Программа робота, останавливающая прямолинейно
движущегося робота, на расстоянии 15 см до стены
или препятствия.

Задача № 4
Написать программу для робота, держащего
дистанцию в 25 см от препятствия.
34

Робот с гироскопическим
датчиком

35

Цифровой гироскопический датчик предназначен для
измерения угла и направления вращения робота, а
также скорости его вращения. Точность измерения
составляет +/-30 , максимальная скорость проведения
измерений 4400/сек., частота опроса датчика 1кГц.
Гироскопический датчик определяет движение
вокруг одной оси вращения. Это направление указано
стрелкой на корпусе датчика. Угол и направление
вращения может быть положительным или
отрицательным. Вращение по часовой стрелке
считается положительным, против часовой стрелки –
отрицательным. Единица измерения скорости –
градусы в секунду.

Задача № 5
Создадим программу, что бы робот двигался вперед,
поворачивался на 90 градусов и двигался дальше

36

Ответы на задания
1.

A

Датчик касания

B

Модуль

C

Средний мотор

D

Ультразвуковой датчик

E

Гироскопический датчик

F

Датчик цвета

G

Большой мотор

37

2.
Аналоговый датчик,
Который может
определять, когда
красная кнопка датчика
нажата, а когда
отпущена

Ультразвуковой
датчик

Цифровой датчик,
который может
определять цвет или
яркость света,
поступающего в
небольшое
Окошко на лицевой
стороне датчика.

Датчик касания

Датчик для
обнаруживания
препятствия и
определения их
удаленность в дюймах
или сантиметрах.

Гироскопический
датчик

Датчик для измерения
угла вращения робота
или скорости вращения.
Сверху нанесены две
стрелки, обозначающие
плоскость, в которой
работает датчик.

Датчик цвета

38

3.

Дисплей модуля EV3 - 4
Порты для подключения датчиков - 3
Кнопка включения робота, кнопка
запуска программы - 1
Кнопка выключения робота, отмена
действий -2

39

Кодирование роботов
программы для
предыдущих задач
• Задача1

Задача2

40

• Задача № 3:

Задача № 4

Задача № 5

41

Заключение
•

Мы рассмотрели основы для программирования EV3
роботов. Все программы, представленные в качестве
примеров, являются действующими. Робота для
программирования данных примеров можно собрать на
творческой основе. Для тестирования моделей
использовались в качестве поля листы ламинированного
ДСП белого цвета. Освещение – верхнее искусственное,
основанное на энергосберегающих лампах. Для
правильной
работы
программ,
необходимо
корректировать
значения
соответствующих
коэффициентов, в зависимости от получаемых вами
реальных данных. Не бойтесь экспериментировать и
создавать свои версии программ, ведь в экспериментах
рождаются новые идеи.

42

• Список источников:

• Текст
• Руководства пользователя
Lego mindstorms EV3

• Логотипы
• http://www.lego.com/
• http://www.russianrobotics.ru/

43