Тренажер для LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 ™ Virtual Robotics Toolkit ™

Продвижение и расширение опыта в робототехнике LEGO® Mindstorms® Проектирование и конструирование, программирование и моделирование своего собственного виртуального Mindstorms робота на компьютере.

Подготовка к WRO — World Robot Olympiad — Мировой Олимпиаде по РобототехникеИнформация к размышлению …

Предисловие

Ashish Singh, Chris Schulz cogmation.com

December 2014

Перевод на русский язык с изменениями и дополнениями:

Петр Петрович

Проектирование и конструирование

   Претвори свои творения в LEGO® Digital Designer ™ к жизни! Virtual Robotics Toolkit имеет возможность импортировать файлы, созданные с помощью ряда бесплатных инструментов 3D-моделирования. Если Вы проектируете и создаете модели роботов с использованием LEGO® Digital Designer ™, MLCAD или LDCad, просто импортируйте вашу модель в Virtual Robotics Toolkit и вы будете поражены преобразованием статической модели робота в виртуальную модель почти как настоящую, реальную, собранную из конструктора LEGO^® MINDSTORMS^®и управляемую написанной вами программой.

Программирование

  Затем с помощью среды программирования LEGO® Mindstorms® ev3 пишем программы для управления виртуальными роботами, совершенно так же, как Вы бы программировали реального робота LEGO®. Если вы знакомы с программированием Mindstorms®, тогда Вам только нужно узнать как использовать  тренажер. Если вы новичок в LEGO® Robotics, не волнуйтесь, наши учебные материалы превратият вас в профи.

Имитационное моделирование (симуляция)

    Продвинутый физический движок тренажера Virtual Robotics Toolkit ™ обеспечивает беспрецедентный уровень реализма. Эксперимент с тем, как различные физические силы действуют на робота, изменение сил трения на игровой поверхности, или опыты с силой тяжести, покажут, как ваш робот будет вести себя в условиях невесомости.

Анализ

   Тренажер позволяет увидеть, что "видит" ваш робот, то есть визуализировать выходные сигналы датчиков в легко понять направление внесения изменений в конструкцию или программу робота. Virtual Robotics Toolkit предоставляет поддержку для следующих датчиков:

MINDSTORMS EV3 / NXT — Ультразвуковой датчик
MINDSTORMS EV3 / NXT — датчик цвета
MINDSTORMS EV3 / NXT — датчик касания
MINDSTORMS EV3 — ИК-датчик
Инфракрасный датчик — HiTechnic
Датчик Компас — HiTechnic

Тренажер предназначен для использования с LEGO ^® MINDSTORMS ^® NXT ^™ и EV3 ^™ .  Virtual Robotics Toolkit ™ является  воплощением физического робота EV3 в программный аналог насколько это позволяет  тренажер. Размер пакета программ: 1.3GB.

Тренажер идеально подходит для тех, кто хочет испытать эмоциональные взлеты и падения, проектирование и программирование  собственного робота без бремени иметь самого робота и пространства для его тестирования.

Этот инструмент может быть особенно полезен для тех, кто заинтересован в обучении робототехники, но кто не имеет достаточного количества физических комплектов для каждого обучающегося в своем классе, а также для клубов робототехники, которые ищут отличный инструмент прототипирования, чтобы помочь дать Вам преимущество над конкурентами.

1. Введение

Возможно, наиболее очевидным преимуществом является то , что при использовании моделируемого робота мы можем писать программы для работы с роботом, даже если он физически не доступен. Например, ваш клуб робототехники может иметь только один комплект для сборки MINDSTORMS ^® робота, но вся команда может работать и программировать на цифровую версию такого же комплекта MINDSTORMS ^®робота в классе или дома.
Когда речь заходит о средах (реальных и виртуальных), моделирование предлагает гораздо большее разнообразие решений, чем это будет возможно физически. Это может быть даже слишком дорогим , чтобы протестировать наш робот в ближайшем невесомом космическом пространстве, в нашем случае мы могли бы легко имитировать его.
С помощью виртуальных робототехники, вы никогда не потеряете детали LEGO ® MINDSTORMS ® , и их всегда легко найти, а кроме того у Вас будет своя библиотека деталей, узлов и готовых роботов и программ к ним.
Работая в полностью цифровом пространстве, мы можем построить Вашу модель один раз, а затем сохранить её навсегда. Что дает нам возможность гораздо легче конкурировать и делиться своим роботами с другими пользователями по всему миру.

 
 Различие между моделированием и видеоигрой не всегда легко заметить, и это играет большую службу в психологии обучения. Появляется так называемое трансовое состояние обучаемого, что приводит к автоматическому усвоению преподаваемого материала. Оба типа программного обеспечения позволяют  проектировать, создавать и манипулировать 3D-объектами, и в своей основе представляют собой симуляцию вещей (или систем) и их поведения. А с другой стороны, это просто весело.

2. Установка и настройка

2.1 Минимальные системные требования к компьютеру

Intel Core Duo или лучше
2 Гб оперативной памяти
1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
Windows 7 или выше

2.2 Рекомендуемые системные требования к компьютеру

Intel ISeries, i3 или лучше
4 Гб оперативной памяти
1,3 Гб свободного пространства на жестком диске
Dedicated видеокарта
Windows 7 или выше

2.3 Поддерживаемые платформы Robotics

2.3.2 LEGO ^® MINDSTORMS ^® EV3 ^™ — (3 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.2) приведен список датчиков EV3, которые поддерживаются в тренажере.

2.3.1 LEGO ^® MINDSTORMS ^® NXT ^™ — (2 — е поколение роботов)

На рисунке (Figure 2.1) приведен список датчиков NXT, которые поддерживаются в тренажере.

2.4 Дополнительные ресурсы

2.4.1 LEGO ^® среда программирования как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

Virtual Robotics Toolkit предназначен для работы как с NXT так и с EV3  средами программирования. В среде   разработчика LEGO  Mindstorms Education (LME) EV3 ( Система Графического Программирования для LEGO Учитель/Ученик) будем создавать программы для управления виртуальным роботом в среде Virtual Robotics Toolkit ™.

Рисунок 2.3 Пример кода программы робота в среде программирования ev3.

    -> Загрузить и установить среду разработчика LEGO  Mindstorms Education (LME) EV3 ( Система Графического Программирования для LEGO Учитель/Ученик)<-

Как работать в  среде программирования  ev3 можно узнать в самой среде, в ней  имеется мультимедийная справочная система на русском языке. А также по урокам и лабораторным работам на этом сайте.

2.4.2 Среда моделирования LEGO ^® Digital Designer ^™как дополнительный инструмент для работы в Virtual Robotics Toolkit ™

LEGO ^®Digital Designer ^™ (или LDD, так он обычно называется) является свободно доступным CAD инструментом. Если у Вас есть серьезный интерес в разработке собственных цифровых роботов, то Вам будет полезным рассмотреть вопрос о более близком ознакомлении с этим инструментом проектирования.

Моделирование в LDD довольно просто и легко в сравнение с другими системами  CAD ,  программное обеспечение LDD точно отражает реальный процесс построения робота или любой другой модели LEGO ^®. После того как модель построена, LDD отображает все используемые детали, а также последовательность построения робота или модели, то есть инструкцию, которую можно  использовать для создания физического робота.

LEGO Digital Designer можно скачать (бесплатно) по ссылке ниже:
 -> Загрузить и установить графический редактор LEGO® Digitial Designer ( Система Автоматизированного Проектирования САПР для LEGO®)<-

Как работать в графическом редакторы LEGO® Digitial Designer ( Система Автоматизированного Проектирования САПР для LEGO®) можно узнать из статьи:
ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА CAD (COMPUTER-AIDED DESIGN — СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ САПР) ОТ LEGO — LEGO® DIGITAL DESIGNER.

LDraw

В дополнение к LEGO Digital Designer, вы можете также рассмотреть вопрос установки LDraw «все-в-одном» библиотеки деталей LEGO ^®. LDraw поддерживает многие форматы файлов, поддерживаемых LEGO Digital Designer, и, вероятно, самый популярный формат файлов для создания и совместного использования 3D моделей LEGO между программами САПР.

Virtual Robotics Toolkit содержит мастер импорта, который может быть использован, чтобы импортировать LDraw файлы в тренажер. Правда, нет необходимости устанавливать эту библиотеку, но она предоставит намного больше возможностей для различных типов LEGO ^®деталей, которые могут быть приведены в тренажере.

Библиотеку LDraw можно скачать (бесплатно) и установить с официального сайта, указанного в ссылке ниже:

https://www.ldraw.org/help/getting-started.html

После установки LDraw «все-в-одном» библиотеки, вы также можете, обновить LEGO Digital Designer , так что вы можете экспортировать свои модели на SIM — карте. Для этого достаточно в меню Virtual Robotics Toolkit нажать на Help и выбрать пункт Patch LEGO Digital Designer .

Рисунок 2.5: Применение заплатки для LEGO Digital Designer

2.4.3 Дополнительные Интернет ресурсы

NXT Ресурсы: NXT Programs.com, ( https://www.nxtprograms.com ) , имеет массу больших проектов и учебников по программированию для обеих версий.

Ev3 Ресурсы: STEMcentric ev3 учебники, ( https://www.stemcentric.com/ev3-tutorial/ ) , представляет собой сборник скринкастовсс описанием основ программирования для LEGO ^® EV3.

Блоги и социальные медиа: ( https://www.thenxtstep.com ) , является выдающимся блогом для всех MINDSTORMS ^® роботов. FLL Casts.com, (https://www.fllcasts.com) — подписка на сайт, платные вебинары и полезные советы для FIRST ^® LEGO ^® командной лиги.

3. Экран приветствия

В этой главе рассмотрим проекты по умолчанию, которые включены в базовую установку Virtual Robotics Toolkit, и будем рекомендовать курс обучения. Мы завершим эту главу, продемонстрировав, как интерфейс Тренажера может быть настроен, чтобы наилучшим образом удовлетворить ваши потребности.

3.1 Установка Virtual Robotics Toolkit

Пробную версию на 15 дней Вы можете скачать с официального сайта фирмы разработчика Cogmation Robotics

Установка  Virtual Robotics Toolkit

Рисунок 3.1.1 При первом запуске Virtual Robotics Toolkit введите лицензионный ключ если Вы приобрели лицензию или выберите радиокнопку Continue with trial period. (14 days remaining) — продолжить 14 дневную пробную версию — > нажать OK

Далее, через 30-40 секунд появиться экран приветствия с открытой вкладкой Sim Basics — Базовые Симуляции:

Рисунок 3.1.2 Вкладка Sim Basics — Базовые Симуляции.

3.1 Проекты

3.1.1 ПомощьСправка Virtual Robotics Toolkit

Рисунок 3.2: Вкладка SimBasics (Базовые симуляторы). Прокрутите справа движок окна вниз и вы увидите 8 проектов виртуальных миров (сред обитания роботов) из них 4 мира спроектированы для LEGO ^® EV3

_{Getting Started (Приступая к работе)}  - пустая комната с роботом. Цель этой свободной среды: изучить основы запуска и остановки тренажера, и как использовать элементы управления клавиатуры и мыши  для управления роботом.Вождение робота с помощью клавиш клавиатуры

_{Maze (Лабиринт).}Это следующий проект , который вы можете практиковать с целью узнать как подключить среду программирования MINDSTORMS ^® к Симулятору (Тренажеру). Это позволяет нам используя модель лабиринта, написать свои собственные программы с использованием среды программирования MINDSTORMS ^® и загрузить эти программы в существующий виртуальный робот в Симуляторе.

_{Clean-up Challenge (Задача для уборки ) -} является решением задачи конструирования робота "уборщика" задачей в этой тренировочной серии. Используя представленный робот, который предназначен для очистки игровой поверхности, мы можем рассмотреть  внедрение LEGO Digital Designer и продемонстрировать , как мы можем использовать мастер импорта LDraw для работы с нашими собственными настроенными роботами.Работа с вложениями Подключение к виртуальному модулю EV3

 Apartment (Квартира) -  является последним в серии учебных проектов. Здесь мы можем использовать данный робот вместе с различными приложениями, а также использовать свои навыки , чтобы запрограммировать его , чтобы перемещаться по комнате и пылесосить блоки , которые находятся на полу.

 Импорт моделей из LEGO Digital Designer программирование EV3

Рисунок 3.3  Challenges (Челенджеры) -вторая вкладка на экране приветствия, представляет шесть дополнительных виртуальных мульти-роботов MINDSTORMS EV3 / NXT

_{Soccer (Робот футболист) -}представляет собой инсценировку версии WRO Всемирной олимпиады роботов - футбольный матч GEN II. Это, пожалуй, самая сложная модель из всех моделей роботов. Роботы игроки должны быть запрограммированы с использованием  HiTechnic ^® датчиков для обнаружения футбольного мяча и направления его в ворота соперника.

_{Sumo (Робот сумо) -}является цифровой версией популярного робототехнического соревнования, где два робота запрограммированы таким образом, чтобы вытолкать друг друга из круга. Робот который остается в круге -  выигрывает.

_{(Подбор конструкции робота для решения определенной задачи)} - представлены два варианта роботов для решения  задачи очистки поверхности рободрома. Здесь мы можем либо использовать клавиатуру управления, чтобы виртуозно тренироваться управлять роботом, или в качестве альтернативы изменять конструкцию робота подгоняя её под оптимальное решение задачи стоящей перед роботом, менять навесное оборудование или изменять программу управления модуля EV3 (микрокомпьютер EV3).

Продолжение следует…

Полезные ссылки:

Open Roberta Lab – новый способ Scratch-подобного программирования роботов Lego Mindstorms EV3