Мал. 1.1. Робот на базі RCX.
Глава 1. Знайомство з конструктором
У сучасній свідомості, сформованому не одним поколінням фантастів, робот являє собою деякий людиноподібний механізм, що виконує корисну людям роботу (або, навпаки, бунтують і надзвичайно небезпечний). Однак промислові роботи рідко схожі на людей або тварин.
Саме слово «робот» є іменником, що позначає неживий предмет, і ми говоримо: «будуємо робот и». Порівняйте: «будуємо міст и» та «розводимо слон ів». Але дитині властиво анімувати потрапляє йому в руки іграшку, т. Е. Уявляти її подібної живої істоти, одухотвореними. А хіба дорослим не хочеться того ж? Почасти тому допустимі два варіанти відмінювання.
Роботи чарівні. Ідея неживої матерії, яка самостійно виконує складні завдання, просто вражаюча! З тих пір як роботи стали такими технологічно складними і сучасними, можна було б подумати, що для їх конструювання і програмування необхідні великі знання і навички. Однак серія кібернетичних конструкторів Lego Mindstorms робить робототехніку легкій і захоплюючій як для дорослих, так і для дітей.
Ватель отримали численні удосконалення в порівнянні з RIS, що роблять створення роботів ще простіше і цікавіше.
Однак конструктор NXT виходить за межі простих удосконалень «заліза» і програмного забезпечення. Новий набір відкриває робототехніку для будь-якого віку.
Як він може потрапити до Вас в руки
Якщо за останнє десятиліття Вам не вдалося познайомитися з RIS або іншими наборами на базі RCX, не варто засмучуватися. Практично всі їх можливості і навіть набагато більше можна отримати, використовуючи нове покоління конструкторів - NXT. Гладкі деталі від Lego Technic 1. вдосконалені мотори з датчиками і принципово новий контролер - ось основні зовнішні відмінності від коробкообразний роботів минулого покоління.
Мал. 1.2. Набори серії Lego Minstorms NXT з роботом Alpha Rex на обкладинці:
зліва 8527, праворуч 8547 NXT 2.0.
Практично в будь-якому відділі Lego магазину іграшок є набір
Lego Mindstorms NXT з кодами 8527 або 8547 (рис. 1.2). На його облож-
ке зображений робот, що нагадує андроїда: сплющена голова з круглими очима, руки без кистей, ноги з широченними ступнями і контролер NXT замість тулуба. Забавно, але не варто спокушатися: найцікавіше буде не в цій моделі Alpha Rex, яка служить в основному для залучення уваги покупців, а на ділі не дуже функціональна. Інструкцію по збірці разом з відповідним програмним забезпеченням можна знайти на доданому до набору компакт-диску. Але справжня творчість почнеться в той момент, коли з тих же деталей щасливий володар конструктора збере і запрограмує абсолютно нового робота, якого придумає сам.
1 Якщо у Вас вже є Lego Technic, будьте впевнені: вони з Lego Mindstorms доповнять один одного.
Набір 8547 носить горде ім'я NXT 2.0, хоча змін в ньому зовсім небагато: розроблені декілька нових деталей і конструкцій, змінено склад датчиків і поліпшена середовище програмування для малюків. Неприємним відкриттям виявилося зменшення числа шестерень, які так важливі юному робототехніку. Відсутні деталі теоретично можна придбати у компанії Lego, але в Росії це зробити важко.
В Інтернет-магазині робототехнічні набори будуть коштувати трохи дешевше 1. ніж в звичайному. Це так зване «комерційне Lego», версія для дому.
Якщо наш читач уже просунутий робототехніки і готовий удосконалити конструктор, доповнивши його новими датчиками, то в цьому допоможуть виробники додаткових пристроїв і розширень для Lego Mindstorms NXT: компанії HiTechnic (www.hitechnic.com), MindSensors (www.mindsensors.com), Vernier (www.vernier.com) і ін.
1 У зв'язку з припиненням випуску набору 8527 в деяких інтернет-магазинів залишилися раритетні екземпляри, ціна на які може бути завищена. Зате ціна набору 8547 поки що тримається стабільною.
Набори для школи і будинки
Отже, набори Lego Mindstorms NXT продаються двох видів: для школи (9797) і будинку (8527, 8547). Набір для школи (рис. 1.3) покладений в красивий білий пластиковий контейнер з дворівневим сховищем деталей всередині: зверху в помаранчевих осередках - основні будівельні елементи; внизу - електронні елементи, колеса і деякі інші великі деталі. На спеціальних картках намальовано, в якій комірці скільки повинно бути деталей певного типу. Такий набір можна використовувати для роботи в декількох різних групах і щоразу на початку і в кінці заняття перевіряти, чи всі деталі на місці.
Мал. 1.3. Освітній набір Lego Mindstorms NXT 9797 (ліворуч) і ресурсний набір 9648 (праворуч).
Деталі набору для будинку зберігаються всі разом в яскравій картонній коробці, і розсортувати їх представляється непростим завданням. Винахідливі робототехніки набувають недорого в будівельних магазинах контейнери для зберігання дрібних деталей, і конструктор переїжджає на нове місце проживання. Однак, незважаючи на деяке безладдя, набір для будинку містить багато корисних елементи, відсутні в шкільній версії. У зв'язку з цим разом з конструктором 9797 рекомендується купувати ресурсний набір 9695 (раніше 9648), який коштує недорого і містить все необхідне (рис. 1.3).
Шкільний набір укомплектований також деякими пристроями, відсутніми в наборі для будинку. І тут теж не все гладко. Поперше, слід згадати акумулятор Lego, який дозволяє замінити шість пальчикових акумуляторів або батарейок, але без блоку живлення його використання не має сенсу (а цей блок живлення до набору
додаткове обладнання). По-друге, дроти-конвертери для підтримки пристроїв RCX і три відповідні лампочки. І нарешті, додатковий датчик дотику, для якого, з нез'ясовних причин, не передбачено місце в коробці з датчиками.
До жодного з наборів не постачається Bluetooth-адаптер для з'єднання з комп'ютером, його треба купувати окремо. А якщо вирішите використовувати свій адаптер, будьте уважні при установці драйверів: для з'єднання з NXT у Lego є певні вимоги 1. Правда, для завантаження програм на NXT в цьому немає необхідності: до кожного набору додається стандартний USB-кабель.
Основний склад набору: що ми купили?
Компанія Lego продає базовий набір, що містить всі основні деталі системи NXT. Він включає в себе кілька електронних пристроїв, серед яких мікрокомп'ютер, датчики і мотори. Мікрокомп'ютер називається процесорним блоком (контролером) NXT, і це розумний, керований комп'ютером блок, який грає роль «мозку» ваших робототехнічних конструкцій. Програми керують їм для отримання вхідних даних з датчиків, для активації моторів, програвання звуків і багато чого іншого. Сам по собі він є інтелектуальним комп'ютерним будівельним блоком Lego, який дає можливість роботу Mindstorms ставати «живим» і виконувати різні операції.
1 Підтримуваний програмне забезпечення для адаптера Bluetooth - Widcomm® Bluetooth для Windows не нижче версії v.1.4.2.10 SP5 і драйвери для підтримки технології Bluetooth, включені в Microsoft Windows XP з Service Pack 2 або Service Pack 3, Windows Vista або Vista Service Pack 1 , Apple MacOS X 10.3.9, 10.4 і 10.5.
пристроями. Четвертий порт датчиків оснащений можливістю з'єднання двох контролерів звичайним проводом NXT за стандартом HS485.
LCD-дисплей на верхній панелі процесорного блоку може показувати тексти і малюнки, а динамік може програвати музику (як міг і RCX), так само як і заздалегідь записані звукові файли. Наприклад, ви можете запрограмувати вашого робота говорити фрази типу «Привіт!» Або «Як справи?» Через динамік. Це властивість дозволяє вивести роботів на новий рівень контакту з людиною і дає дітям ще більше задоволення від гри.
Мал. 1.4. Порти контролера NXT.
Кнопки NXT виконують такі функції:
¾ помаранчева кнопка - включення / введення / запуск;
¾ світло-сірі стрілки - використовуються для переміщення вправо і вліво в меню NXT;
¾ темно-сіра кнопка - очистити / назад / вихід.
Для управління моторами і отримання вхідних даних від датчиків у блоку NXT є три вихідних і чотири вхідних порту. Датчики можуть бути підключені до вхідних портів, пронумерованим від одного до чотирьох, дротами, які також додаються в системі NXT. Як тільки датчики приєднуються до пристрою, вони починають посилати інформацію про навколишнє середовище процесорного блоку, і ця інформація згодом використовується для впливу на поведінку робота. Мотори можуть бути підключені до трьох вихідних портів - A, B і C - після цього вони служать для того, щоб робот ходив, піднімав предмети або робив багато інших руху.
Мотори NXT є сервомоторами. Вони більш потужні, ніж мотори RCX, тому дозволяють створювати більш сильних і швидких роботів. У них також є вбудовані датчики обертання, які вимірюють обороти мотора (в градусах або в повних обертах), - ця особливість дозволяє робити руху робота дуже точними.
Всього в стандартній системі NXT існує чотири види датчі-
ков: 1) торкання (Touch Sensor), 2) звуку (Sound Sensor), 3) освітленості (Light Sensor), 4) ультразвуковий датчик (Ultrasonic Sensor) (рис. 1.4). В
версії 8547 з'явився новий датчик кольору (Color Sensor), який замінює собою датчик освітленості і, крім того, може визначати кольору. Однак його швидкодія істотно нижче.
У датчиків торкання є кнопка, яка відчуває, коли на неї натискають, відпускають або вдаряють по ній. Цей датчик може бути корисний для роботів, які повинні виявляти перешкоди або реагувати на дотик.
Датчик звуку контролює гучність звуків навколишнього середовища. Роботи можуть використовувати цей датчик для реагування на голосові команди.
Датчики освітленості виявляють інтенсивність світла навколо них, і вони також обладнані червоним світлодіодом, так що ваш робот може визначати інтенсивність відбитого світла. Ці датчики дозволяють роботові робити безліч речей, наприклад, оцінювати рівень освітленості в приміщенні або рухатися по лінії. У деяких завданнях можуть бути використані відразу три або чотири таких датчика.
Датчик кольору в наборі 8547 суміщений з датчиком освітленості і володіє широким спектром можливостей щодо визначення колірних відтінків. За допомогою нього можна, наприклад, сортувати кольорові кубики або кульки.
Ультразвуковий датчик вимірює час, який потрібен звуковий хвилі, щоб відбитися від об'єкта і повернутися, для вимірювання відстані між датчиком і об'єктом. У цього датчика багато видів застосування, таких як картографування навколишнього середовища робота, виявлення перешкод, запобігання зіткнень, виявлення руху і ін.
Технічні параметри блоку NXT
¾ 32-бітовий мікроконтролер ARM7: тактова частота 48МГц, оперативна пам'ять (RAM) 64 Кбайт, зовнішня пам'ять (FLASH) 256 Кбайт;
¾ 8-бітовий мікроконтролер AVR: тактова частота 8МГц, оперативна пам'ять (RAM) 512 байт, зовнішня пам'ять (FLASH) 4 Кбайт;
¾ бездротової канал Bluetooth (пристрій відповідає требова-
данням Bluetooth Class II V2.0);
¾ швидкісний порт USB (12 Мбіт / с);
¾ чотири порти входу, шестіпроводних кабель для цифрової платформи (один з портів включає порт розширення, що відповідає вимогам IEC 61158 Type 4 / EN 50 170 для використання в майбутньому);
¾ три порти виходу, шестіпроводних кабель для цифрової плат-
¾ графічний ЖК-дисплей 100 '64 пікселя;
¾ гучномовець - якість аудіо 8 КГц, аудиоканал з 8- бітовим квантуванням і частотою семплірованія 2-16 КГц;
¾ джерело живлення: шість батарей типу AA або акумулятор 1
Деталі для конструювання
Для створення корпусу робота в системі NXT є будівельні частини, які можна було б очікувати від набору Lego. Однак вони не є типовими деталями Lego: у більшості з них немає виступів. Як уже було згадано раніше, будівельні деталі системи NXT - серії Technic. І хоча може здатися, що доведеться витратити багато часу, щоб звикнути до конструювання з цими деталями без виступів, вони дають більше гнучкості і сили конструкціям.
Поряд з базовими деталями серії Technic, такими як балки, штифти, осі, базовий набір NXT включає і інші, яких не було в RIS. Наприклад, цей набір включає в себе два кульки Lego, поворотні диски і зубці. Одні з цих деталей були додані для полегшення створення конструкцій на основі серії Technic, а інші - просто для розкриття більших можливостей. У наборі 8547, а також у новій версії набору 9797 v.95 додані додаткові деталі, які виявилися найбільш затребувані користувачами.
У загальному і цілому різноманітність складових частин, включених в набір, забезпечує вас майже нескінченним запасом конструкцій роботів. Якщо не брати до уваги мале число великих зубчастих коліс, з 612 елементами навряд чи відчутний брак деталей (або ідей!) Для конструювання в найближчому майбутньому.
Що потрібно ще?
Переконайтеся, що Ви не забули укомплектувати конструктор 6-ю (а краще 12-ю) пальчиковими акумуляторами типу AA і зарядним пристроєм для них. Запасний комплект акумуляторів мати корисно, щоб не втрачати час, якщо вони сядуть в самий невідповідний момент. Батарейки теж підійдуть, на них роботи будуть рухатися кілька жвавіше, але все добре швидко закінчується, і доведеться знову йти в магазин за елементами живлення.
1 Входить в комплект освітнього набору Lego Mindstorms NXT 9797.
Мал. 1.5. Датчик від Hitechnic.
ванних варіантів можна назвати Energizer Maximum і Duracel Turbo,
хоча вони мають середні показники.
Огляд додаткових можливостей
На даний момент крім датчиків, що поставляються в стандартному наборі, існують також датчики «компас», датчики прискорення, гіроскопічні датчики, колірні і температурні датчики, і поки ви читаєте це, їх випускається ще більше. Компанія Lego і компа-
Вас цікавить нова електроніка? Тепер з контролером NXT можуть працювати майже будь-які сервомотори завдяки розробці комапании
Mindsensors - сервоконтроллеру NXTServo. В
форми NXT, ще довгі роки вона буде використовуватися і в навчанні, і в науці, і для розваг. Lego з партнерами усвідомлює популярність Mindstorms і активно працює над удосконаленням старих деталей, над новими деталями і пристроями для користувачів, які жадають створювати ще більш швидких, розумних і складних роботів.
Серія конструкторів Lego Mindstorms знайшла своїх шанувальників як серед дітей, захоплених винахідництвом, так і серед дорослих інженерів, що займаються серйозними розробками. Тому і програмне забезпечення для роботів NXT було випущено з орієнтацією на різний вік і рівень підготовки користувачів.
Разом з наборами «для дому» поставляється оригінальна графічна середовище програмування Lego Mindstorms NXT. Версія Lego Mindstorms NXT Edu, призначена для шкіл, відрізняється від «домашньої» тільки трьома буквами в назві і електронним посібником користувача. Мова програмування системи NXT, іменований NXT-G, - це графічний, drag-and-drop мову, який є не тільки дуже простим для освоєння, але ще і потужним. Якщо ви використовували програмне забезпечення ROBOLAB з RCX, можливо, ви виявите деяку схожість.
Треба визнати, що великим сюрпризом в NXT-G стало те, що його надзвичайно просто освоїти. Користувачі, у яких зовсім немає досвіду програмування, можуть втягнутися дуже швидко. Lego мудро ре-