КУРС ПО LEGO WeDo 2.0

Введение в робототехнику и программирование.

Содержание

Что такое робототехника

Прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем

Робота можно разбить на 2 составляющие механика и электроника.

Сознание робота — это его программа.

Что такое программирование

Программирование может быть средством заработка, увлечением (хобби), и, в конце концов, это искусство. Формально же программирование – это процесс написания программ на языке программирования. Программа – это последовательность команд.

/* Язык программирования — формальный язык, предназначенный для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (обычно — ЭВМ) под её управлением. */

Есть языки программирования низкого уровня, а есть высокого!

Условно этот термин означает степень отличия семантики языка. Другими словами, наименьший масштаб преобразований, которые должен претерпеть код программы перед тем, как он сможет исполняться. Или еще проще – чем меньше нам надо писать, чтобы больше исполнить, тем уровень выше! Например, одна латинская буква в двоичном коде — это восьмизначное число! А язык программирования из понятного человеку языка переводит в язык понятный машине!

Микроконтроллер — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Можно сказать, это голова.

Но что такое голова без памяти… в одно ухо влетело в другое вылетело. Вряд ли получится что-то интересное.  Многие современные процессоры имеют встроенную память, но она кратковременная! Предназначенная для ускорения вычислений. Как только питание пропадет информация растворится.

Как же работает процессор. Давайте проведем аналогию. Есть департамент образования (Программист), есть директор школы (процессор) и учителя (устройства). Департамент решил поздравить учителей с 8 марта. Дал указание директору (написал и загрузил программу). Директор озадачился (обработка информации) заказал подарки и разослал по сотрудникам (выдал обработанные данные в нужной форме устройствам). Процессор совершил операцию и навсегда забыл о ней!

А еще департамент мог строго добавить! Делайте так каждый год! И вот тут-то без памяти не обойтись! Директор берет свой блокнот и вписывает в него ежегодную задачу! (Ячейка памяти заполнилась)

ARDUINO

Для того что бы максимально понятно донести до вас, что такое микроконтроллер. Я взял за основу Arduino – это небольшая плата с собственным процессором и памятью. Понятно, что на плате есть и другие элементы мене важные. [например, пара десятков контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты: лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и вообще всё, что работает от электричества. Так же обслуживающий персонал – куча разных микроустройств позволяющих работать с процессором из вне.

В процессор Arduino можно загрузить программу, которая будет управлять всеми подключенными  устройствами по заданному алгоритму.]

Теперь, когда мы немного познакомились с тем что такое Arduino, давайте представим, что эта плата, РОБОТ. Но есть одно, но! Робот за частую это (некий механизм и электронные компоненты) не может существовать без программы! (Так же, как и человек без мозга ;)) Если сей час взять вытащить у меня мозг, то что получится..? Болванка! Вставляем другой мозг, он начнет управлять моим телом, но это буду не я!  Так вот, микросхема — это своего рода сосуд в который мы должны поместить душу и разум! 🙂 Причем от того что мы туда погрузим, будет зависеть характер нашего устройства! Без программы робот это болванка, просто мусор. Соответственно, что бы нам исправить эту ситуацию, нам нужно наделить нашу “болванку”, “мозгами”!;), а именно написать программу и загрузить ее в микропроцессор!

И так, давайте представим, что у нашего робота есть глазик и мы хотим, чтобы он нам подмигивал!

Код программы выглядит так:

Ура мы вдохнули жизнь в нашего робота! Он нам подмигнул! И не раз 😉

Вот вам еще одна программка. Если ее загрузить в Arduino с подключенным моторчиком, три секунды оба моторчика вращаются вперёд, затем полсекунды второй моторчик вращается назад, а потом снова вперёд.

Я думаю, что теперь у вас появилось представление о том, что такое микроконтроллер и мы можем идти дальше!

А дальше у нас собственно микроконтроллер от компании LEGO и называется он SmartHub.

SmartHub – это микроконтроллер спрятанный в красивую коробочку, плюс ко всему к нему подключен Bluetooth-адаптер 4.0, который позволяет работать с контроллером на расстоянии и без проводов на вполне себе приличной скорости! Так же в коробочке имеется отсек под батарейки, без этого никак. Дополнительно можно купить аккумулятор, он устанавливается вместо отсека с батарейками. Для подключения датчиков и моторчика имеется 2 разъема. И это еще не конец! На корпусе есть кнопка с возможностью гореть разными цветами. Кнопкой мы можем включать SmartHub выключать, запускать режим подключения (обнаружения) по Bluetooth. Самое интересное, что цвета кнопки мы можем сами устанавливать, и даже задавать частоту мигания, загружая написанную программу в SmartHub.

Аккумуляторная батарея WeDo 2.0 Чтобы избавить себя от необходимости постоянно менять батарейки СмартХаба WeDo 2.0. Аккумуляторная батарея WeDo 2.0 обеспечивает более продолжительную работу по сравнению с использованием батареек типа АА. Кроме того, для подзарядки аккумулятора вам не придется разбирать собранную модель. Аккумуляторная батарея WeDo 2.0 подзаряжается с помощью адаптера 45517 (продается отдельно).

Зарядное устройство постоянного тока 10В Зарядное устройство постоянного тока на 10 В позволяет подзаряжать аккумуляторные батареи к микрокомпьютерам EV3, NXT и WeDo 2.0.

               Моторчик WeDo 2.0. программируется на вращение по и против часовой стрелки. Мотор можно регулировать по скорости вращени. В корпус мотора интегрированы точки крепления и посадочные места для соединения с другими деталями ЛЕГО. Базовое ПО WeDo 2.0 автоматически определяет данное устройство при подключении его к SmartHub WeDo 2.0

Датчик наклона WeDo 2.0 способен определять различные типы перемещения вашей модели WeDo 2.0 в пространстве: наклон в одну, или в другую сторону, перемещение вниз или вверх, отсутствие движения, наклон в любую сторону и тряска. Базовое ПО WeDo 2.0 автоматически определяет данное устройство при подключении его к SmartHub WeDo 2.0.

Датчик движения WeDo 2.0 способен обнаруживать движение объектов в пределах 15 см. Этот датчик также способен не только засекать движения, но и измерять расстояние до источника движения. Базовое ПО WeDo 2.0 автоматически определяет данное устройство при подключении его к СмартХабу WeDo 2.0.

Сразу хочу провести аналогию с электроникой предыдущей версии WeDo.

1. У 1го контроллера отсутствовала возможность беспроводной связи и подключался он к компьютеру через порт USB. Программировать через планшет соответственно не выйдет! Нет кнопки и лампочки на Smart USB. Аккумулятор ему не нужен, так как питание идет по проводу. Ну и размером он соответственно меньше. Старые датчики подключить не получится.
2. Мотор по функционалу не изменился, немножко изменилась форма и расцветка. Другой разъем для подключения к SmartHub.
3. Датчик движения остался без изменений, не считая белой крышки вместо серой. Датчик наклона, была добавлена функция тряски, в остальном все то же самое кроме крышки, которая то же стала белой.

Знакомство с конструктором и Интерфейсом программы

Первые шаги.

Собираем робота Майло

• Инструктаж по технике безопасности и правилах кружка.
  • Каждый должен находиться на своем рабочем месте
  • В конце занятия обязательно полностью разобрать конструкцию, аккуратно сложить детали в коробку, заглянуть под стол если что-то упало убрать в коробку. (оставляем 10 минут)
  • Компьютер в конце занятия выключаем через кнопку “завершить работу» крышку компьютера не трогаем!
  • Аккуратно обращаться с набором и компьютером
  • Если нужно встать выйти в туалет или что-то взять из рюкзака, поднимаем руку!
  • Детали конструктора должны лежать на вашем столе и если деталь упала сразу поднимаем!
  • Обед и перекус только во время перемены, в отведенном для этого месте
  • Запрещается громкое общение! Если хотите что-то спросить поднимите руку
  • Во время перемены нельзя бегать по коридору и громко кричать!
  • Запрещается подходить к столу учителя и проектору, без разрешения!
  • С электронными компонентами обращаться нужно бережно!
    • Не тянуть за провода
    • Конструкция не должна висеть на проводе
    • Не препятствовать работе мотора
    • Не жевать и не растягивать резинку из набора
    • Не брать в рот, грызть детали, если не получается разъединить детали поднимите руку и позовите учителя
  • Категорически запрещается:
    • Есть за столом
    • Бросаться деталями конструктора
    • Драться и бегать по классу
    • Брать в рот детали
    • Стучать по компьютеру, клавиатуре или монитору
• Знакомство с элементами конструктора. Лучший способ, пересчет набора.
  • Если новый набор, то распаковываем все элементы конструктора и раскладываем по ячейкам, согласно приложенному листу раскладки набора.
  • Если набор уже использовался, тогда полностью высыпаем его содержимое в поддон и раскладываем согласно приложенному листу раскладки по ячейкам.
• Знакомство с интерфейсом программной среды.
  • Знакомим учеников с меню, элементами управления и программной средой LEGO WeDo. Подробный обзор всех блоков управления среды.
• Знакомство с механическими передачами, которые будут использоваться в проектах и электронными компонентами.

Первые шаги

Обзор

В разделе «Первые шаги» представлены основные приемы сборки и программирования.
Этот раздел можно использовать как справочный материал при работе с Комплектом заданий. Примеры раздела «Первые шаги» можно изучать и на отдельных уроках, чтобы
познакомить учащихся с основами построения механизмов и программирования.

1. Мотор и ось

Фото	Программа

Вопрос ответ.

Что делает мотор?
Включается и вращает ось.
Какую функцию выполняет Блок «Начало»?
Блок «Начало» является начальным блоком в каждой программе. После щелчка на Блоке «Начало» программа начинает выполняться. В приведенном примере программы включается Блок «Мотор по часовой стрелке».
Что делает Блок «Мотор по часовой стрелке»?
Блок «Мотор по часовой стрелке» включает мотор так, чтобы ось вращалась по часовой стрелке.

2. Зубчатые колёса

Фото	Программа

Вопрос ответ.

Что делает мотор?
Включается и вращает ось.
Какую функцию выполняет Блок «Мотор против часовой стрелки»?
Блок «Мотор против часовой стрелки» включает мотор так, чтобы ось вращалась против часовой стрелки.
Покрутите рукой, чтобы показать, в каком направлении вращается первое зубчатое колесо.
Оно называется ведущим. Как вы думаете, почему оно так называется?
Оно начинает вращаться первым и от него передаётся движение другим зубчатым колесам.
Покрутите другой рукой, чтобы показать, в каком направлении вращается второе зубчатое колесо. Оно называется ведомым. Как вы думаете, почему оно так называется?
Оно сцеплено с первым колесом, которое заставляет его вращаться.
Какую функцию выполняют зубчатые колёса?
Они передают движение от одного зубчатого колеса другому: от ведущего к ведомому
Эти зубчатые колеса вращаются в одном направлении или в противоположных?
Они вращаются в противоположных направлениях. Зубчатые колёса, зубья которых находятся в зацеплении друг с другом, всегда вращаются в противоположных направлениях.

3.Промежуточное зубчатое колесо

1) Постройте модель, показанную на картинке.
2) Кабель, идущий от мотора, подсоедините к ЛЕГО-коммутатору. Мотор будет работать при подключении к любому из портов ЛЕГО-коммутатора.
3) Перетащите блоки из Палитры на Рабочее поле, чтобы составить следующую программу:
Начало, Мотор против часовой стрелки.
4) Щёлкните на Блоке «Начало».
Ведущее зубчатое колесо (первое 24-зубое колесо) вращается против часовой стрелки.
Меньшее, промежуточное зубчатое колесо, вращается по часовой стрелке. Второе 24-зубое колесо вращается против часовой стрелки.
5) Чтобы остановить выполнение программы и выключить мотор, нажмите кнопку Стоп.

Фото	Программа

Обсуждение

Покрутите рукой, чтобы показать, в каком направлении вращается ведущее зубчатое колесо (первое 24-зубое колесо).
Оно вращается против часовой стрелки.
Посмотрите, в какую сторону вращается другое большое зубчатое колесо (24-зубое).
А теперь покажите двумя руками, как вращаются оба больших зубчатых колеса. Они вращаются в одном и том же направлении?
Да. Оба больших зубчатых колеса (24-зубые) вращаются против часовой стрелки.
А теперь посмотрите на маленькое зубчатое колесо, расположенное между ними.
Покажите двумя руками, как вращаются ведущее зубчатое колесо и установленное сразу за ним маленькое зубчатое колесо.
Ведущее зубчатое колесо вращается против часовой стрелки, но маленькое зубчатое колесо вращается в противоположном направлении – по часовой стрелке.
Обратите внимание на то, с какой скоростью крутятся все три зубчатых колеса. Какие из них вращаются с одинаковой скоростью?
С одинаковой скоростью вращаются два больших зубчатых колеса. Маленькое зубчатое колесо крутится быстрее.
Зубчатое колесо, расположенное между двумя большими зубчатыми колёсами, работает как промежуточное (холостое) зубчатое колесо. Его называют так, потому что это зубчатое колесо не совершает никакой работы. Как вы думаете, почему оно было названо так?
Промежуточное зубчатое колесо используется только для того, чтобы изменять направление вращения следующего за ним зубчатого колеса. Промежуточное зубчатое колесо не изменяет ни скорости вращения, ни передаваемого усилия в зубчатой передаче.

Подсказки для программирования
Если щёлкнуть левой кнопкой мыши на Блоке «Мотор против часовой стрелки», который находится на Рабочем поле, он изменится на Блок «Мотор по часовой стрелке».

Повышающая и понижающая зубчатые передачи.

Проекты с пошаговыми инструкциями

1 Тяга.

2 Скорость.