Робототехника негіздері (алғашқы үйренушілер үшін) кітапша

Робототехника негіздері

(алғашқы үйренушілер үшін)

Атаназаров Марат

Жаңаөзен қаласы

№17 орта мектептің

Робототехника үйірмесінің жетекшісі

2017-2018 жыл

LEGO® MINDSTORMS® EV3

Алғашқы үйренушілер үшін

Үйренетін робототехника қызметтері

1. LEGO® MINDSTORMS® EV3 – жұмыс істеу негіздері

2. Мoтор қозғалыстары мен бұрылыстары туралы уйрену

3. Датчиктердің атқаратын қызметі және оны пайдалану

4. Сыныптағы жарыстарға дайындық

5. Дайын конструкциялар мен бағдарламалар

Lego Mindstorms EV3 45544, 31313,

2

Мазмұны

1. Кіріспе…………………………………………………………….3

2. LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 жинағы......4

3. EV3 Education жинағының құрамы…………………..6

4. Порттар……………………………………………………………….8

5. Бағдарламаны пайдалану………………………………….10

6. Мотор қозғалысы мен ьұрылыстарын үйрену……13

7. Үлкен мотор блогі..................................................19

8. Жанасу датчигі .......................................................21

9. Ультрадыбысты датчик..........................................24

10.Пайдаланған әдебиеттер......................................26

27

Пайдаланған әдбиеттер:

1. Бабич, А. В. Өндіріс робототехникасы
2. Барсуков, А. Роботехника сөздігі 2005.
3. Иванов, А. А. Роботехника негіздері. Форум, 2012.
4. Копосов, Д. Г. Роботехникаға кіріспе. 2014.

5.Роботехника негізі. Ғаламтор.

26

Кіріспе

Қымбатты достар! Болашақ робот техникасының мамандары! Бұл оқулық арқылы EV3 конструкторымен қалай жұмыс істеу керектігі, қалай құрастырып, бағдарлама құру жайлы үйренесіздер. EV3 конструкторы жай ойыншық емес, ол көптеген күрделі электронды құрамдас бөліктерден тұратын роботтардың конструкторы болып табылады. Бұл конструктор арқылы ой-өрістіңді дамытып, инженерлік қабілетіңді ашып, өзіңнің жаңа идеяларыңды шығаруға мүмкіндік береді. Бағдарламауды үйреніп көптеген сайыстарда бағыңды сынауға мүмкіндік туғызады. Олай болса жас құрастырушылар мен бағдарламашылар – сіздерге сәттілік тілейміз!

3

EV3 – бұл LEGO® MINDSTORMS® Education платформасының үшінші буыны.

«EV» ағылшын тілінен аударғанда «evolution» - «эволюция» деген мағынаны береді.

LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 жинағы

LEGO® MINDSTORMS® EV3 жинағының құрамына 541 бөлшек кіреді.

1. LEGO® (жанындағы көрінісі) жинағы бөлшектерін сенімді сақтауды қамтамасыз ету үшін төзімді пластикалық қорапта ұсынылып отыр. 

2. Қораптың жоғарыдан қарағандағы көрінісі. Қораптың қақпағын ашқанда Базалық Жинақ (Core Set) атауы бар картонды мұқабаны көресіздер.

4

1. Күту блогын СТАРТ блогына қосыңыз.

Блоктың режимін өзгертіңіз:

Ультрадыбысты датчик (Ultrasonic Sensor) ->

Салыстыру (Compare) ->

Сантиметрдегі арақашықтық (Distance Centimeters)

25

Өшірулі режимі - моторға қатысты іс әрекеттерді тоқтатуға арналған.

Нәтижені тексеру үшін , бағдарламаны роботқа жүктеңіз.

Ультрадыбысты датчик.

Ультрадыбысты датчик робот алдында тұрған кедергілерге дейінгі арақашықтығын анықтау үшін керек.

Негізгі қызметтері:

– қашықтықты өлшейді;
– нақты объектілердің бар жоқтығын анықтайды;

24

Картонның астында қызыл түсті сұрыпталған жаймада LEGO® бөлшектері жинақталған. Бұл өз кезегінде құрастыру үрдісін оңтайландыруды және бөлшектердің дұрыс тәртіпте сақталуын қамтамасыз етеді. 

Қораптың ішінен үш түрлі картон мұқабаларын табасыз:

1. Атауы бар мұқаба.

2. Құрастырылымдық бөлшектердің тізімі.

3. Тетіктердің, сымдардың, блоктардың, дөңгелектердің тізімі.

5

EV3 Education жинағының құрамы

EV3 жұмыстың ми орталығы болып табылады.

Ол негізгі поцессорды құрайды, яғни бағдарламаларды жіберіп және басқа да электронды бөліктерді бақылайды.

Негізгі қызметтері:

• Ішіне салынған жарықдиоды бар дыбыстар мен суреттерді жаңғырту, мүмкіндігінше басқару;

• EV3 микрокомпьютердегі тікелей мәліметтерді тіркеу және бағдарламалау мүмкіндігі;

• Орнатылған Bluetooth бақылаушы;

• Wi-Fi қолдаушы.

Микрокомпьютер қызметі:

• микрокомпьютердің жұмыс тәртібіне арналған өзгеретін түстер қызметі бар алты батырмалы интерфейс басқару;

• жоғары өткізгіштігімен монохромды дисплей;

• орнатылған спикер;

• USB порт;

• mini SD форматындағы жады картасын оқуға арналған слот;

• 4 порт енгізу және и 4 порт шығару.

Жұмысты бастау

1. EV3-ді қосу үшін ортада тұрған ОК батырмасын басыңыз.

2. Батырманы басқаннан кейін батырмалардың астында қызыл

6

Нәтижені тексеру үшін, бағдарламаны роботқа жүктеңіз.

16 Роботтың алдыға жүріп жанасы датчигі басылған соң тоқтау бағдарламасын жасап көреміз. Ол үшін Рульдік басқару блогын СТАРТ блогына қосыңыз.

1. Б локтың параметрін «On» белгісіне

ауыстырыңыз. Бұл мотор үнемі

қосылып тұрады дегенді білдіреді.

Оны басқа командамен сөндірмегенше

, ол алға қарай айнала береді.

2. «On» режимінде мотор тек қана

екі параметрге ие – бағыт және қуат.

3. Қызыл батырманың басқаның

білу үшін сіз Күту блогын қосу керек.

Жанасу датчигі (Touch Sensor) ->

Салыстыру (Compare) ->

Жағдай (State).

4. Енді робот алға қарай қозғалады және қызыл батырманың басылуын анықтайды. Бірақ бұл соңы емес. Рульдік басқару блогын Күту блогына жалғаңыз. Блоктың режимін «Өшірулі (Off)» белгісіне өзертіңіз.

23

1. Аталған режимді таңдағаннан кейін, бағдарлама қызыл батырманың басуын күтеді. Датчиктегі қызыл батырманы басқан соң, Күту блогы келесі Рульдік басқару блогын іске қосады.

Нәтижені тексеру үшін бағдарламаны роботқа жүктеңіз.

Жанасу датчигіне арналған Күту блогы басудың 3 түрін анықтай алады:

Басылмады Басылды Жіберілді

Басқаннан кейін жіберілді атты басу түрін таңдаңыз

К үту блогындағы Қасиеттеріне

басыңыз, одан кейін

«Салыстыруды таңдаңыз,

сосын Жағдай пунктін басыңыз.

22

3. индикатор жанады және жүктелу мәтіні көрінеді. EV жүктелгенше күтіңіз. Бұл шамамен 20 секунд уақыт алады.

4. Индикатор жасыл түсті болған кезде, сіздің EV3 модуліңіз қосылды және жұмыс жасауға дайын дегенді білдіреді!

5. Жұмысты аяқтау терезесі шықпақанға дейін «Артқа» батырмасын басамыз.

6. «Иә» жауабын таңдау үшін «Оңға» дегенді білдіретін батырманы басамыз.

7. Ортасындағы «ОК» тетігін басамыз.

8. Батырмалардың астындағы жарықтың сөнуін күтеміз, 25 сол кезде ғана EV3 толығымен сөнеді.

EV3 сөнді!

Индикатордың жағдайы, модульдегі батырмалардың астында орналасқан және EV3 модулінің жағдайын хабарлап тұрады. Индикатордың түсі жасыл, сарғылт және қызыл болуы мүмкін. Сондай-ақ олар жанып белгі береді.

Индикаторлардың түрлері:

• Қызыл – іске қосу, жаңарту, жұмысты аяқтау;

• Қызыл жылтылдайды – бос емес;

• Оранжевый – хабарлама, дайын;

• Оранжевый жылтылдайды – хабарлама, работает;

• Зеленый – дайын;

• Зеленый жылтылдайды – бағдарлама орындалуда.

Модуль индикаторының жағдайын бағдарламалауға болады. Мысалы, әр түрлі шарттар орындалғанда түрлі түсті болып жанып немесе жылтылдап қоюына болады. Толығырақ ақпаратты EV3 бағдарламасының «Анықтама» мәзіріндегі индикатор жағдайы блогын қолдану туралы мәліметтерден таба аласыз.

7

Порттар

1, 2, 3 және 4 – бұл енгізу порттары. EV3 модуліне датчиктерді қосу үшін пайдаланады.

D, C, B және A – бұл шығару порттары. EV3 модуліне моторларды қосу үшін пайдаланады.

ДК (дербес компьютер) порты EV3 модулін компьютермен байланыстыру үшін пайдаланады.

1. EV3 жанында арнайы USB порты орналасқан.

2. USB порт арқылы EV3 модуліне қосымша Wi-Fi қабылдағышты (адаптер) қосуға болады. Ол сымсыз желі технологиясын пайдалануға мүмкіндік береді. Одан басқа бұл порт арқылы сіздің EV3-ге басқа EV3 модульдерін (4 модульге дейін) жалғап қосуға болады (шлейфпен қосылу).

3. Адаптер және арнайы мобильді LEGO бағдарламасы көмегімен роботты қашықтықтан смартфон немесе планшет арқылы басқаруға болады.

8

Сол жақ моторын алға қарай бағыттау үшін қуаттылығын 50-ге тең етіп қойыңыз.

Ал оң жақ моторды кері қарай бағыттау үшін қуаттылығын 50-ге тең етіп қойыңыз.

Нәтижесінде, робот бұрылысты бір орында тұрып жасайды.

Жанасу датчигі.

Мақсат:

Датчиктің батырмасын басқаннан кейін

моторларды қозғалысқа келтіру.

Роботқа жанасу датчигін орнатыңыз.

2. Р обот алға қарай тура

қозғалу үшін, Рульдік басқару

блогын қосыңыз, оның қуаты

50 және айналымы 1 деп

орнатыңыз.

3. «Ағындарды басқару қосымшасынан

к үту блогын таңдаңыз. Оны

Рульдік басқару блогының

алдына қойып, СТАРТ блогына

тікелей қосыңыз.

21

Бағдарламанының параллель қосылуына байланысты екі блоктың іс-әрекеттері бір уақытта бірге орындалды. Сондықтан да екі моторда бір уақытта қосылып, робот түзу жүреді.(Б суреті)

Бағдарламаны роботқа жүктеңіз.

Бұрылыс.

Моторды тәуелсіз басқару

Тәуелсіз басқару блогын алып стартқа жалғаңыз!

Моторларды Тәуелсіз басқару блогының ерекшелігі – ол екі моторды бір уақытта басқара алады, бірақ әр мотордың қуаттылығы жеке-жеке қойылады, яғни әр түрлі болуы мүмкін. Бұл маневрларды орындауда мүмкіндік туғызады.

Сол жақ матордың қуаттылығы

Оң жақ матордың қуаттылығы

20

EV3 барлық дыбыстарды модульдің жанында орналасқан арнайы динамигі арқылы ойнатады.

Robot Educator

9

Білім беру Роботы (Robot Educator) – бұл ең қарапайым роботтың және бағдарламалық жасақтамаға кіретін оқыту тапсырмалардың бірыңғай атауы. Ол сіздерді бағдарламалауға, құрылымдауға және эксперименттеуге қызығушылық таныту үшін құрылымды және тартымды етеді! Білім беру Роботын құрастыру үшін жинаққа қосылған нұсқаулықты қолданыңыз

Бағдарламаны пайдалану

Компьютер арқылы бағдарламаны ашқанда осындай көріністе болады.

Жасыл түс ( іс-әрекет) бөлімі

1. Орташа матор

2. Үлкен матор

3. Рульдік басқару

4. Маторды тәуелсіз басқару

5. Экран

6. Дыбыс

7. Модуль индикаторының жағдайы

Сарғыш түс бөлімі

1.Старт

2.Күту

3.Цикл

4.Ауыстыру

5.Циклді тоқтату

10

Үлкен мотор блогы

Жасыл вкладкадағы Үлкен Мотор блогын (Large Motor) таңдаңыз

О ны СТАРТ блогына жалғаңыз

қ осылған үлкен мотордың қуатын 40-қа теңестіріңіз.

Бағдарламаны роботқа жүктеп тексеріп қараңыз!

Нәтижесінде, робот оң жақ дөңгелекке қосылған үлкен моторды қозғалысқа келтіріп, сол жаққа бұрылады.

Енді екінші үлкен моторды да қосайык.

18

Бағдарламаны роботқа жүктеп тексеріп қараңыз!

Робот алдымен оң жақ дөңгелегі сосын сол жақ дөңгелегі алға жүрді. Енді 2 дөңгелегі қатар жүру үшін блогтардв бір-біріне параллель қоямыз.

19

10 Оған «Айналым санын» 0.20, қуатын 20 деп қойыңыз.

Бағдарламаны роботқа жүктеңіз.

Дөңгелектің айналым саны

0.25 дөңгелек айналымы 90 градусқа тең.

0.5 дөңгелек айналымы 180 градусқа тең.

1 дөңгелек айналымы 360 градусқа тең.

1.25 дөңгелек айналымы 450 градусқа тең.

2 дөңгелек айналымы 720 градусқа тең.

4.1 дөңгелек айналымы 1476 градусқа тең.

Сұрақтар

1. Робот дөңгелегі 480 градусқа айналу үшін қанша рет айналым жасау керек?

2. Робот дөңгелегі 53 градусқа айналу үшін қанша рет айналым жасау керек?

3. Робот дөңгелегі 8.7 айналым жасау үшін қанша градусқа айналу керек?

4. Робот дөңгелегі 2.6 айналым жасау үшін қанша градусқа айналу керек?

18

Сары түс ( датчиктер блогы) бөлімі

1. Модульді басқару батырмалары

2. Түс датчигі

3. Гироскопиялық датчигі

4. Инфрақызылды датчигі

5. Матордың айналуы

6. Температура датчигі

7. Таймер

8. Жанасу датчигі

9. Ультрадыбыстық датчигі

10. Электр қуатын есептеуші

11. NXT дыбыс датчигі

12. RVW гироскопиялық датчигі Қызыл түс (ақпараттар блогы) бөлімі

1. Айнымалы

2. Константа

3. Массив операциялары

4. Логикалық операциялар

5. Математика

6. Дөңгелектеу

7. Салыстыру

8. Аралық

9. Мәтін

10. Кездейсоқ

11

Көк түс ( күрделі блогтар) бөлім

1. Файлға қолжетімділік

2. Мәліметтің тіркелуі

3. Хабарлама алмасу

4. Bluetooth қосу

5. Белсенді жағдайда ұстап тұру

6. Өңделмеген датчиктің мәндері

7. Реттелмейтін матор

8. Матордың төңкерілген айналымы

9. Бағдарламаны тоқтату

10. Түсініктеме

1. Модуль жайлы ақпарат:

• Қосылу жағдайы (модульдің аты).

• Прошивканың нұсқасы (мысалы, V1.9H).

• Қосылу түрі (USD, Wi-Fi, немесе Bluetooth арқылы).

• Процессордегі жұмыстың көптігі.

2. Порттың жағдайы (Port View Tab):

• Моторлар мен датчиктер қосылған кезде, олардың түрі мен порт нөмірлері автоматты түрде анықталады.

• Енгізу және шығу порттарына қосылған құрылғылардың мәліметтері көрсетіледі. 3.Қолжетімді EV3 модульдерінің тізімі (Available Bricks Tab): EV3 модульдерін қосуға арналған тармақ. Wi-Fi немесе Bluetooth арқылы EV3 модуліне қосылу.

12

Дөңгелектің айналым саны

1. Дөңгелектің 90 градусқа айналуы. 9

2. Дөңгелектің 270 градусқа айналуы.

3. Дөңгелектің 360 градусқа айналуы.

Орташа мотор блогы

Қазір орташа мотордың көмегімен роботтың қолын жоғары және төмен қозғалтамыз.

Қолды түсіру үшін бізге Орталша мотор блогы керек.»

1. Бағдарламалау палитрасынан Орташа моторды таңдаңыз.

2. О ны СТАРТ блогына қосыңыз.

Айналым саны» 0.20, ал қуаты 41 деп қойыңыз.

Тағы бір орташа блогты бағдарламаға қосыңыз.

17

Сіздің бағдарламаңыз 2 суреттегідей болып шығуы керек.

Бағдарламаны микрокомпьютерге жүктеп нәтижесін тексеріп көріңіз!

Енді, моторға -2 айналым жасауға команда беріңіз.

Бұл мотордың кері бағытта 2 айналым жасау керектігін білдіреді, яғни робот КЕРІ жүреді.

Енді тапсырма орындап көрейік.

№1. Робот алға қарай 25 көлемдегі қуатпен 2 айналым жасауы керек.

№2. Робот алға қарай 35 көлемдегі қуатпен 4 айналым жасауы керек.

№3 Робот 31 сантиметр жерге жүру үшін қанша айналым жасау

керектігін табыңыз.

№4 Робот алға қарай 2 айналым, сосын артқа қарай 2 айналым, сосын

алға қарай 3 айналым, сосын артқа қарай 4 айналым, сосын алға 1

айналым жасасын!

Ақ нұсқар дөңгелектің айналым санын

немесе айналым градусын көзбен қарап

анықтау үшін қолданады.

16

Мотор қозғалыстары мен бұрылыстары туралы уйрену

EV3 – ке арналған алғашқы бағдарлама

Старт

Старт блогы – бағдарламаның басы болып табылады.

«Іс-әрекет (Action)» бөлімінен «Рульдік Басқару (Move Steering)» блогын таңдаңыз.

Суретте көрсетілген «Қасиеттері» батырмасын бассаңыз, төмендегідей мәзір пайда болады.

13

А. Мотор өшірулі.

Б. Мотор қосулы.

В. Мотор берілген Секунд уақытына байланысты қосылып тұрады.

Г. Мотор берілген Градустың мөлшеріне байланысты қосылып тұрады.

Д. Мотор берілген айналымның санына байланысты қосылып тұрады.

1.

1. Суретте көрсетілген «Бағыттау» батырмасын басыңыз. «0» саны мотордың Түзу – «Алға» бағытталғанын білдіреді.

2. Берілген мағынаны слайдерді оңға және солға ауыстыру жолымен өзгертіп қараңыз немесе санды қолмен теріңіз. Берілген мағынаға байланысты мотор қозғалысындағы сызық суреті және бағыты өзгереді.

Бірінші суретте көрсетілгендей, моторға Түзу – «Алға» бұйрығын беріңіз.

14

2.

1. Суретте көрсетілген «Қуат» батырмасын басыңыз. «75» саны мотордың 75 санына сәйкес қуатпен қозғалатынын білдіреді.

2. Берілген мағынаны слайдерді оңға және солға ауыстыру жолымен немесе санды қолмен теру арқылы (пернетақта көмегімен) өзгертуге тырысыңыз. Берілген мағынаға байланысты мотор қозғалысындағы сурет және қозғалыс қуаты өзгереді.

Көрсетілген блок екі мотор үшін бірдей қуат беретінін есіңізде сақтаңыз.

Мотор «40»-қа тең қуатпен қозғалсын деген бұйрықты беріңіз.

3.

1. Суретте көрсетілген «Айналым» батырмасын басыңыз. «1» саны мотордың бір айналым жасайтынын білдіреді.

2. Берілген мағынаны слайдерді оңға және солға ауыстыру жолымен немесе санды қолмен теру арқылы (пернетақта көмегімен) өзгертуге болады33,,

3. . Берілген мағынаға байланысты мотордың жасайтын айналым саны өзгереді.

Көрсетілген блок үшін 1 айналым жолдың шамамен 22 сантиметріне тең болады.

Моторға 4 айналым жасау бұйрығын беріңіз.

15