LEGO Mindstorms или как создать терминатора в домашних условиях

LEGO без преувеличения и вполне заслуженно можно назвать самыми популярными и интересными конструкторами. Первые кубики LEGO появились еще в 1949 году, несмотря на кардинальные изменения за все эти годы, совместимы между собой. На данный момент Выпускается огромное количество наборов и серий, в том числе и в рамках популярных франшиз. К примеру Star Wars, о которых мы недавно писали. Самыми продвинутыми сериями являются Technic и более новая Mindstorms, о которой сегодня пойдет речь. Справедливости ради, Mindstorms конструктор не совсем классического вида. Скорее можно охарактеризовать как набор для самостоятельного создания роботов в домашних условиях.

Первая модель NXT появилась на свет в 2006 году, в 2009 вышла обновленная NXT второго поколения. В 2013 году была представлена (и под конец года поступила в продажу) актуальная на сегодняшний момент модель EV3. Основной частью набора является электронный программируемый блок EV3, к нему подключаются различные датчики и моторы. Основным различием разных наборов Mindstorms является как раз этот блок: с каждым новым возможности расширялись, а мощности увеличивались. Отдельно стоит сказать спасибо LEGO за их обратную совместимость. Собственно, сам блок EV3:

По сути своей он является миникомпьютером с органами управления, портами ввода/вывода, экраном и собственным динамиком. Внутри:

• Процессор Texas Instruments Sitara AM1808 на 300 МГц (ARM9)
• 16 МБ флэш-памяти
• 64 МБ оперативной памяти
• Слот для карт памяти
• USB 2.0 c поддержкой USB Host, возможно подключение Wi-Fi адаптера или соединения в одну цепь до четырех блоков
• Беспроводной модуль Bluetooth 2.1
• 4 порта ввода (1, 2, 3, 4) для подключения датчиков 
• 4 порта вывода (A, B, C, D) для выполнения действий
• Шестикнопочная панель управления
• Монохромный дисплей с разрешением 178х128
• В качестве источника питания может использоваться 6 батареек типоразмера AA или фирменный аккумулятор (в комплект не входит)
• Операционная система — Linux

Помимо основного блока в комплект входят датчики цвета, касания, ИК-приемник, удаленный инфракрасный маяк, два больших и один средний моторы и кабеля для подключения всего этого добра. Это — базовый комплектный набор, существуют и другие сенсоры, которые продаются отдельно. О них мы поговорим чуть позже. Все это дополняется комплектом из порядка 600 деталей LEGO Technic, так что вполне можно добавить недостающих для реализации фантазий деталей с других наборов. Плюс существует Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3, в него входят:

• еще три сервомотора (такой же набор)
• датчик цвета, гироскопический датчик и два датчика касаний
• аккумулятор
• дополнительные кабеля
• колеса и детали LEGO Technic

Вот так выглядит комплект LEGO Mindstorms EV3:

Что из этого можно сделать?

Собственно, как и писалось выше, из набора можно собирать роботов разной сложности, в комплекте имеется инструкция по сборке самого простого из них под названием TRACK3R:

Его можно назвать ознакомительным, в нем используется немного деталей, собирается он быстро и просто и умеет совершать базовые действия, запускается прямо с кнопочного блока управления. К слову, роботом можно управлять с помощью вышеупомянутого инфракрасного маяка с ИК-датчиком EV3, радиус действия 2 м или с помощью фирменного приложения LEGO MINDSTORMS Commander, на этой странице есть ссылки на Google Play и AppStore. Там же есть инструкции по сборке в виде приложения LEGO MINDSTORMS 3D Builder и игра Fix The Factory.

Вернемся к роботам. Еще 16 штук, более интересных имеется на сайте LEGO. Инструкции в формате PDF. Перейдем к ПО и программированию робота. Интерфейс ПО интерактивный и максимально наглядный. В гараже имеются 5 роботов, при желании можно скачать еще:

При выборе робота появится информация о нем и демонстрационный видеоролик. Там же есть кнопка для перехода к сборке и программированию:

Нам предложат выбрать одну из готовых миссий:

После чего — опять же пошаговая инструкция по сборке:

После сборки следует этап программирования. Интерфейс сделан предельно понятным, отдаленно напоминает блок-схемы с уроков программирования в школе и ребенку не составит сложности разобраться что к чему. Можно загрузить уже готовую программу, запустить пошаговое обучение или сделать все самостоятельно:

После завершения нужно залить программу на EV3, для этого можно воспользоваться USB-кабелем, а при наличии Wi-Fi адаптера — залить по воздуху:

Собственно, все. После этого программа запускается на EV3 и робот выполняет запрограммированную последовательность действий. Это базовый и самый элементарный вариант, который не требует никаких особых знаний и под силу ребенку. Еще раз стоит напомнить о возможности управления с мобильных устройств, что делает процесс веселее, а для хардкорных ребят существуют различные прошивки и варианты программирования робота на большинстве современных языков программирования. В общем, для тех, кто серьезно подвиснет на этом деле существует масса онлайн-ресурсов и сообществ с массой контента, плюс проводятся различные соревнования. Есть где разгуляться. В Украине на данный момент нашлось буквально несколько предложений и купить LEGO Mindstorms EV3 можно, к примеру, в этом магазине за 6750 грн, российские цены — около 20000 руб. Теперь перейдем к комплектным и дополнительным элементам. Начнем с комплектных:

Датчик цвета

Датчик цвета распознает 8 цветов, также можно использовать как датчик освещенности. Пригодится при создании роботов-сортировщиков, использующих цветовые индикаторы. Измеряет отраженный красный свет и внешнее рассеянное освещение, от полной темноты до яркого солнечного света, частота опроса до 1 кГц, автоматическая идентификация программным обеспечением EV3. В Украине по отдельности аксессуары найти непросто, а если и есть то цены кусаются. 900 грн или 2000 руб.

Датчик касания

Попросту кнопка, определяется нажата или нет и количество последовательных нажатий. 900 грн или 1400 руб.

Удаленный инфракрасный маяк

ИК-маяк для использования с ИК-датчиком EV3. Для работы требуются две AAA батарейки. Поддерживается до 4 индивидуальных канала передачи сигнала с отдельными кнопками для переключения, радиус действия до 2 м. 900 грн или 2000 руб.

ИК-датчик

Цифровой ИК-датчик способен определять приближение робота, улавливать ИК-сигналы, излучаемые ИК-маяком, позволяя создавать дистанционно управляемых роботов, навигационные системы для преодоления препятствий. Измерения приближения/удаления в радиусе 50-70 см, радиус улавливания ИК-сигналов до 2 м. 400 грн или 1920-2600 руб.

Большой мотор

Большой сервомотор имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса, может соединяться другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью. Кроме того, датчик вращения может использоваться и при проведении различных экспериментов для точного считывания данных о расстоянии и скорости. Корпус мотора делает монтаж элементов передач и трансмиссии простым процессом. Максимальные обороты до 160-170 об/мин, максимальный крутящий момент в 40 Нсм. Как обычно, только одно предложение за 900 грн или от 1600 до 2200 руб.

Средний мотор

Имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса. Максимальные обороты до 240-250 об/мин, максимальный крутящий момент в 12 Нсм. 700 грн или 2040 руб.

Датчики и аксессуары не входящие в комплект:

Гироскопический датчик

Позволяет измерять движение вращения робота и улавливать изменения в его движении и положении. С его помощью можно измерить углы и создать балансирующего робота. Режим измерения углов с точностью до +/- 3 градуса, встроенный гироскоп улавливает вращения с моментом до 440 град/с, частота опроса до 1 кГц. 900 грн или 2600 руб.

Ультразвуковой датчик

Цифровой ультразвуковой датчик генерирует звуковые волны и фиксирует их отражения от объектов, тем самым измеряя расстояние до объектов. Может использоваться в режиме сонара или улавливать звуковые волны, которые будут являться триггерами для запуска программ. Измеряет расстояния в пределах от 1 до 250 см, точность измерений составляет +/- 1 см, если ультразвуковой сигнал распознан, датчик возвращает логическое значение "Истина". 900 грн или 2600 руб.

Аккумуляторная батарея

Литий-ионный аккумулятор емкостью 2050 мАч, обеспечивает более долгую работу микрокомпьютера по сравнению с использованием АА батарей, возможна зарядка без необходимости разбирать робота. Для зарядки требуется адаптер постоянного тока. 1800 грн или 6700 руб.

Адаптер постоянного тока

Зарядное устройство постоянного тока на 10 В. 314 грн или 2900 руб.

Помимо всего вышеуказанного существуют датчики от NXT, как и сам NXT. В наших широтах найти очень сложно, но есть в официальном зарубежном магазине LEGO.

В сухом остатке

Набор LEGO Mindstorms получился хоть и дорогой, но отличной и интересной, развивающей игрушкой как для ребенка, так и для отца-гика или просто любителя роботов. При наличии дополнительных деталей и больной богатой фантазии можно создавать весьма экзотические экземпляры и посоревноваться с другими роботоводами по всему миру.