LEGO Mindstorms Education EV3 - Обзор конструктора. Читать последние новости из мира Лего – EduCube. Работаем с Lego Mindstorms EV3 из.NET Все датчики ev3 правильное название
В статье содержится описание опыта использования конструктора Lego Mindstorms EV3 для создания прототипа робота с его последующим программным и ручным управлением при помощи Robot Control Meta Language (RCML).
- Сборка прототипа робота на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
- Быстрая установка и настройка RCML для Windows
- Программное управление роботом на базе контроллера EV3
- Ручное управление периферией робота с помощью клавиатуры и геймпада
1. Для начала из конструктора Lego Mindstorms EV3 был создан прототип робота, который будет использоваться для программирования и ручного пилотирования.
Описание прототипа робота
Робот имеет конструкцию схожую с автомобильным шасси. Два мотора, установленные на раме, имеют одну общую ось вращения, которая соединена с задними колесами через редуктор. Редуктор преобразует крутящий момент путем увеличения угловой скорости задней оси. Рулевое управление собрано на базе конического редуктора.
2. Следующий шаг - подготовка RCML для работы с конструктором Lego Mindstorms EV3.
Следует скачать архивы с исполняемыми файлами и файлами библиотек и .
Скаченные архивы нужно извлечь в каталог с произвольным именем, однако следует избегать русских букв в названии.
Содержимое каталога после распаковки в него архивов
Далее необходимо создать файл конфигурации config.ini, который необходимо расположить в этом же каталоге. Для реализации возможности управления контроллером EV3 при помощи клавиатуры и геймпада, следует подключить модули lego_ev3, keyboard и gamepad.
Листинг конфигурационного файла config.ini для RCML
Module = lego_ev3 module = keyboard module = gamepad
Далее следует произвести сопряжение контроллера EV3 и адаптера.
Инструкция для сопряжения контролера EV3 и Bluetooth адаптера
Инструкция содержит пример сопряжения контроллера Lego Ev3 и ПК под управлением операционной системы Windows 7.
1. Нужно перейти в раздел настроек контроллера Ev3, далее в пункт меню «Bluetooth».
2. Следует убедиться в правильности установки параметров конфигурации. На против пунктов “Visibility”,” Bluetooth” должны быть установлены галочки.
3. Необходимо перейти в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth».
4. Необходимо нажать кнопку «Добавление устройства». Откроется окно для выбора доступных Bluetooth устройств.
5. Следует выбрать устройство “EV3” и нажать кнопку «Далее».
6. На экране контроллера EV3 отразится диалоговое окно «Connect?». Нужно выбрать вариант галочки, и подтвердить свой выбор нажатием центральной клавиши.
7. Далее отобразиться диалоговое окно «PASSKEY», в строке ввода должны быть указаны цифры «1234», далее следует подтвердить ключевую фразу для сопряжения устройств, путем нажатия центральной клавиши на позиции с изображением галочки.
8. В мастере сопряжения устройства появится форма для ввода ключа для сопряжения устройств. Нужно ввести код «1234» и нажать клавишу «Далее».
10. На ПК необходимо вернуться в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth». В списке доступных устройств отобразится устройство, с которым было произведено сопряжение.
11. Следует двойным нажатием зайти в свойства подключения “EV3”.
14. Указанный в свойствах индекс COM-порта, следует использовать в конфигурационном файле config.ini модуля lego_ev3. В примере показаны свойства Bluetooth подключения контроллера Lego EV3 с использованием стандартного последовательного порта COM14.
Дальнейшая конфигурация модуля сводится к тому, что необходимо прописать в конфигурационном файле модуля lego_ev3 адрес COM-порта, через который осуществляется коммуникация с роботом Lego.
Листинг конфигурационного файла config.ini для модуля lego_ev3
Connection = COM14
dynamic_connection = 0
Теперь необходимо произвести настройку модуля keyboard. Модуль находится в каталоге control_modules, далее keyboard. Следует создать конфигурационный файл config.ini рядом с файлом keyboard_module.dll. Перед тем, как создать конфигурационный файл, необходимо определить, какие действия должны быть совершены по нажатию клавиш.
Модуль клавиатуры позволяет задействовать клавиши, которые имеют определенный числовой код. Таблицу виртуальных кодов клавиш можно посмотреть .
В качестве примера, буду использовать нажатия следующих клавиш:
- Стрелки вверх/вниз используются для вращения мотора задних колес вперед/назад
- Стрелки влево/вправо поворачивают колеса влево/вправо
Правила описания осей для модуля keyboard
1. При добавлении новой оси, необходимо в секцию добавить свойство, имя которого есть имя оси, и присвоить ему значение кнопки клавиатуры в HEX формате, при этом на каждую кнопку заводится подобная запись, т.е. имя оси может быть использовано несколько раз. В общем случае запись в секцию будет выглядеть следующим образом:
Имя_оси = значение_кнопки_клавиатуры_в_HEX_формате
2. Необходимо установить максимальное и минимальное значение, которое может откладываться по данной оси. Для этого необходимо с новой строки добавить секцию в конфигурационном файле config.ini
, одноименную с именем оси, и задать свойства upper_value
и lower_value
, которые соответствуют максимум и минимуму оси соответственно. В общем виде данная секция выглядит следующим образом:
[имя_оси]
upper_value = максимальное_значение_оси
lower_value = минимальное_значение_оси
3. Далее следует определить, какое значение будет иметь ось в случае нажатия кнопки на клавиатуре, которая ранее была прикреплена к ней. Определение значений происходит посредством создания секции, название которой состоит из имени оси и значения кнопки клавиатуры в HEX
формате, разделенные между собой символом нижнего подчеркивания. Для задания значения по умолчанию (в не нажатом) и нажатом состоянии используются свойства unpressed_value
и pressed_value
соответственно, в которые передаются значения. Общий вид секции в таком случае выглядит следующим образом:
[имя-оси_значение-кнопки-клавиатуры]
pressed_value = значение_оси_при_нажатой_клавише
unpressed_value = значение_оси_при_отжатой_клавише
Текст спойлера для удобства просмотра скопирован из документации по RCML .
Для реализации управления прототипом робота был создан конфигурационный файл модуля keyboard, который включает в себя оси go и rotate. Ось go используется для задания направления движения робота. При нажатии клавиши “стрелка вверх” ось получит значение 100, при нажатии клавиши “стрелка вниз” ось примет значение -50. Ось rotate используется для установки угла поворота передних колес. При нажатии клавиши “стрелка влево” значение оси будет равно -5, при нажатии «стрелки вправо» ось примет значение 5.
Листинг конфигурационного файла config.ini для модуля keyboard
;Обязательная секция
;название_оси = код_клавиши (в HEX формате)
;Ось go получает значения от стрелки_вверх
go = 0x26
;Ось go получает значения от стрелки_вниз
go = 0x28
;Ось rotate получает значения от стрелки_влево
rotate = 0x25
;Ось rotate получает значения от стрелки_вправо
rotate = 0x27
;Описание оси go, всегда должно иметь оба ключа
;Верхняя граница значений оси go
upper_value = -100
;Нижняя граница значений оси go
lower_value = 100
;Описание оси rotate, всегда должно иметь оба ключа
;Верхняя граница значений оси rotate
upper_value = -100
;Нижняя граница значений оси rotate
lower_value = 100
;Описание поведения оси go для клавиши *стрелка_вверх* (0x26)
;При нажатии клавиши *стрелка_вверх* значение оси задать равным 50
pressed_value = 100
;При отпускании клавиши *стрелка_вверх* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
;Описание поведения оси go для клавиши *стрелка_вниз* (0x28)
;При нажатии клавиши *стрелка_вниз* значение оси задать равным -50
pressed_value = -50
;При отпускании клавиши *стрелка_вниз* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
;Описание поведения оси rotate для клавиши *стрелка_влево* (0x25)
;При нажатии клавиши *стрелка_влево* значение оси задать равным -5
pressed_value = -5
;При отпускании клавиши *стрелка_влево* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
;Описание поведения оси rotate для клавиши *стрелка_вправо* (0x27)
;При нажатии клавиши *стрелка_вправо* значение оси задать равным 5
pressed_value = 5
;При отпускании клавиши *стрелка_вправо* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
Далее для реализации управления при помощи геймпада, необходимо настроить модуль gamepad. Конфигурирование модуля включает в себя создание конфигурационного файла config.ini рядом с gamepad_module.dll, находящего в каталоге control_modules, далее gamepad.
Универсальный файл конфигурации модуля для взаимодействия с геймпадом
;Обязательная секция описания используемых осей
;Ось для завершения режима ручного управления
Exit = 9
; 11 бинарных осей, соответствующих кнопкам геймпада
B1 = 1
B2 = 2
B3 = 3
B4 = 4
L1 = 7
L2 = 5
R1 = 8
R2 = 6
start = 10
T1 = 11
T2 = 12
; 4 оси стиков;Правый стик движение вверх/вниз
RTUD = 13
;Правый стик движение влево/вправо
RTLR = 16
;Левый стик движение вверх/вниз
LTUD = 15
;Левый стик движение влево/вправо
LTLR = 14
; 2 оси крестовины;Движение крестовины вверх/вниз
arrowsUD = 17
;Движение крестовины влево/вправо
arrowsLR = 18
;Описание поведения оси B1
;При нажатии кнопки B1 значение оси задать равным 1
upper_value = 1
;При отпускании кнопки B1 значение оси задать равным 0
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
;Описание поведения оси правого стика движение вверх/вниз
;Значение оси при перемещении в максимально возможное верхнее положение
upper_value = 0
;Значение оси при перемещении в максимально возможное нижнее положение
lower_value = 65535
upper_value = 0
lower_value = 65535
upper_value = 0
lower_value = 65535
upper_value = 0
lower_value = 65535
;Описание поведения оси крестовины движение вверх/вниз
;Значение оси при нажатии стрелки вверх
upper_value = 1
;Значение оси при нажатии стрелки вниз
lower_value = -1
upper_value = 1
lower_value = -1
Дополнительная информация об особенностях настройки модуля gamepad отображена в справочном руководстве по RCML .
3. Следующий шаг - написание программы на языке RCML.
В корне созданного каталога, необходимо создать файл программы. Имя файла программы и его расширение может быть любым, однако следует избегать русских букв в названии. В примере использовано имя файла - hello.rcml.
Для модуля lego_ev3 программный код резервирования робота, имеет следующий вид:
@tr = robot_lego_ev3;
На странице подключения модуля lego_ev3 описано большинство функций, поддерживаемых контроллером. В качестве тестового примера, была создана программа для автоматического вхождения робота в занос.
Алгоритм программы следующий:
После резервирования первого свободного робота, устанавливается связь двух двигателей для последующей работы с ними, как с одним. Затем робот начинает выполнять заносы. Программное описание действий робота позволяет точно устанавливать углы поворота передних колес и скорость вращения задних. Использование этого приёма позволяет добиваться результатов, которые сложно повторить во время ручного пилотирования с клавиатуры или геймпада.
Листинг программы для Lego робота на языке RCML
function main() { @tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота @tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей @tr->motorMoveTo("D",100,0,0); system.sleep(500); @tr->trackVehicleForward(-100); system.sleep(1000); @tr->motorMoveTo("D",50,-50,0); system.sleep(4000); @tr->motorMoveTo("D",50,50,0); system.sleep(4000); @tr->trackVehicleOff(); system.sleep(1000); }
Для компилирования программы необходимо использовать командную строку window. Сначала следует переместиться в созданный каталог с исполняемыми файлами rcml_compiler.exe и rcml_intepreter.exe. Далее нужно ввести следующие команды.
Команда для компилирования файла hello.rcml:
Rcml_compiler.exe hello.rcml hello.rcml.pc
В результате компилирования, в созданной директории появится новый файл hello.rcml.pc.
Скриншот командой строки после успешного компилирования
Теперь следует убедиться в том, что контроллер EV3 включен, сопряжен с Bluetooth адаптером. Геймпад должен быть подключен к ПК. После этого нужно выполнить команду исполнения программного файла:
Rcml_intepreter.exe hello.rcml
Внешний вид командной строки во выполнения программы
Видеоролик демонстрирующий программу движения робота расположен внизу статьи.
4. Следующий шаг – управление роботом в ручном режиме при помощи клавиатуры.
При помощи клавиатуры возможно управление любым двигателем робота. В рамках примера реализовано управление следующими механизмами:
- Углом поворота передних колес
- Направлением вращения задних колес
Листинг программы взаимодействия клавиатуры и робота Lego на базе контроллера EV3
function main() {
@tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота
@tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей
system.hand_control(@tr,"keyboard",
"straight","go",
"speedMotorD","rotate");
}
Далее следует откомпилировать программу и выполнить её. Результат ручного управления Lego роботом при помощи на клавиатуры показан на видео внизу страницы.
5. Помимо клавиатуры доступен модуль gamepad позволяющий манипулировать роботом при помощи геймпада. Для реализации управления робота при помощи геймпада необходимо описать на уровне программы, какие оси робота будут принимать значения осей геймпада.
Листинг программы взаимодействия геймпада и робота Lego
function main() {
@tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота
@tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей
system.hand_control(@tr,"gamepad",
"straight"," RTUD",
"speedMotorD"," RTLR");
}
Далее следует повторить процесс компилирования программы и затем выполнить её. Далее показан результат ручного управления Lego роботом при помощи на геймпада, и все ранее подключенные способы:
В статье кратко продемонстрированы только лишь некоторые возможности RCML. Наиболее подробное описание находиться в справочном руководстве.
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
Интерфейс модуля EV3 Модуль EV3 - это центр управления, который приводит в действие ваших роботов. Благодаря экрану, кнопкам управления модулем и интерфейсу модуля EV3, содержащему четыре основных окна, вам открывается доступ к потрясающему разнообразию уникальных функций модуля EV3. Это могут быть простые функции, как, например, запуск и остановка программы, или сложные, как написание самой программы.
3 слайд
Описание слайда:
Интерфейс: Меню EV3 имеет меню, которое состоит из 4-ех частей: Недавние программы (Recent Programs) Менеджер файлов (File Navigation) Программы Блока Управления (Brick Applications) Настройки Блока Управления (Brick Settings)
4 слайд
Описание слайда:
Недавние программы Запускайте недавно загруженные с настольного ПК программы. Это окно будет оставаться пустым до тех пор, пока вы не начнете загружать и запускать программы. В этом окне будут отображаться программы, которые вы запускали недавно. Программа вверху списка, которая выбирается по умолчанию, - это программа, запускавшаяся последней.
5 слайд
Описание слайда:
Менеджер файлов Доступ и управление всеми файлами, хранящимися в памяти микрокомпьютера, а также на карте памяти. Из этого окна вы будете осуществлять доступ и управление всеми файлами в вашем модуле EV3, включая файлы, хранящиеся на SD-карте. Файлы организованы по папкам проектов, которые помимо собственно программных файлов также содержат звуки и изображения, используемые в каждом проекте. Файлы можно перемещать или удалять с помощью навигатора по файлам. Программы, созданные с использованием среды программирования модуля и приложений регистрации данных модуля, хранятся отдельно в папках BrkProg_SAVE и BrkDL_SAVE.
6 слайд
Описание слайда:
Приложения Блока Управления EV3 имеет 4 предустановленных приложений: А. Представление порта. Б. Управление моторами. В. ИК управление. Г. Среда программирования модуля.
7 слайд
Описание слайда:
А. Представление порта В первом окне приложения «Представление порта» вы можете быстро просмотреть, к каким портам подсоединены датчики или моторы. С помощью кнопок управления модулем EV3 перейдите к одному из занятых портов, и вы увидите текущие показания, полученные с датчика или мотора. Установите несколько датчиков и моторов и поэкспериментируйте с разными настройками. Для того чтобы посмотреть или изменить текущие настройки для установленных моторов и датчиков, нажмите центральную кнопку. Для возврата к основному окну приложений модуля нажмите кнопку «Назад».
8 слайд
Описание слайда:
Б. Управление мотором Управляйте прямым или обратным движением любого мотора, подключенного к одному из четырех портов вывода. Существует два различных режима. В одном режиме вы сможете управлять моторами, подключенными к порту А (с помощью кнопок «Вверх» и «Вниз») и к порту D (с помощью кнопок «Влево» и «Вправо»). В другом режиме вы управляете моторами, подключенными к порту B (с помощью кнопок «Вверх» и «Вниз») и к порту С (с помощью кнопок «Влево» и «Вправо»). Переключение между этими двумя режимами осуществляется с помощью центральной кнопки. Для возврата к основному окну приложений модуля нажмите кнопку «Назад».
9 слайд
Описание слайда:
ИК-управление Управляйте прямым или обратным движением любого мотора, подключенного к одному из четырех портов вывода, используя удаленный инфракрасный маяк в качестве дистанционного управления и инфракрасный датчик в качестве приемника (инфракрасный датчик должен быть подключен к порту 4 в модуле EV3). Существует два различных режима. В одном режиме вы будете использовать каналы 1 и 2 на удаленном инфракрасном маяке. На канале 1 вы сможете управлять моторами, подключенными к порту В (используя кнопки 1 и 2 на удаленном инфракрасном маяке) и к порту С (используя кнопки 3 и 4 на удаленном инфракрасном маяке). На канале 2 вы сможете управлять моторами, подключенными к порту А (используя кнопки 1 и 2) и к порту D (используя кнопки 3 и 4). В другом режиме вы можете управлять моторами точно так же, вместо этого используя каналы 3 и 4 на удаленном инфракрасном маяке. Переключение между этими двумя режимами осуществляется с помощью центральной кнопки. Для возврата к основному окну приложений модуля нажмите кнопку «Назад».
10 слайд
Описание слайда:
Среда программирования модуля Модуль EV3 поставляется с установленным на нем программным. Приложением аналогично программному обеспечению, установленному на вашем компьютере. Данные инструкции содержат основную информацию, которая понадобиться вам для начала работы.
11 слайд
Описание слайда:
Настройки Модуля EV3 Это окно позволяет просматривать и корректировать различные общие настройки в модуле EV3.
12 слайд
Описание слайда:
Настройка громкости Вы можете увеличивать и уменьшать Громкость (Volume) во вкладке Настройки (Settings) в EV3.
13 слайд
Если вам также как и нам не хватает возможностей стандартных датчиков EV3, не достаточно 4-х портов для датчиков в ваших роботах или вы хотите подключить к своему роботу какую-нибудь экзотическую периферию - эта статья для вас. Поверьте, самодельный датчик для EV3 - это проще чем кажется. "Крутилка громкости" из старого радиоприемника или пара гвоздей, воткнутых в землю в цветочном горшке в качестве датчика влажности почвы - отлично подойдут для эксперимента.
Удивительно, но каждый порт датчика EV3 скрывает в себе целый ряд различных протоколов, в основном это сделано для совместимости с датчиками NXT и датчиками сторонних производителей. Давайте рассмотрим как устроен кабель EV3
Странно, но красный провод - это земля (GND), зеленый - плюс питания 4,3В. Синий провод - одновременно SDA для шины I2C и TX для протокола UART. Кроме этого синий провод - вход аналогово-цифрового преобразователя для EV3. Желтый провод - одновременно SCL для шины I2C и RX для протокола UART. Белый провод - вход аналогово-цифрового преобразователя для датчиков NXT. Черный - цифровой вход, для датчиков, совместимых с NXT - он дублирует GND. Непросто, не так ли? Давайте по порядку.
Аналоговый вход EV3
В каждом порту датчика есть канал аналогово-цифрового преобразователя. Он используется для таких датчиков, как Touch Sensor (кнопка), датчиков NXT Light Sensor и Color Sensor в режиме измерения отраженного света и внешней освещенности, NXT датчика звука и NXT-термометра.
Сопротивление в 910 Ом, подключенное согласно схеме сообщает контроллеру, что данный порт необходимо переключить в режим аналогового входа. В таком режиме к EV3 можно подключить любой аналоговый датчик, например от Arduino. Скорость обмена с таким датчикаом при этом может достигать нескольких тысяч опросов в секунду, это самый быстродействующий тип датчиков.
Датчик освещенности
Термометр
Датчик влажности почвы
Также можно подключить: микрофон, кнопку, ИК дальномер и многие другие распространенные сенсоры. Если для датчика не достаточно питания в 4,3В, можно запитать его от 5В от разъема USB-порта, расположенного на боковой стороне контроллера EV3.
Упомянутая выше "крутилка громкости" (она же переменный резистор или потенциометр) является отличным примером аналогового датчика - ее можно подключить вот так:
Для чтения значений с такого датчика в стандартной среде программирования LEGO необходимо использовать синий блок RAW
Протокол I2C
Это цифровой протокол, по нему работает например ультразвуковой датчик NXT, многие датчики Hitechnic, такие как IR Seeker или Color Sensor V2. Для иных платформ, например для Arduino, есть масса i2c-датчиков их вы тоже сможете подключить. Схема следующая:
Сопротивление 82 Ом рекомендованы LEGO Group, однако в разных источниках встречаются упоминания о 43 Ом и менее. На самом деле мы попробовли вообще отказаться от этих сопротивлений и все работает, по крайней мере "на столе". В реальном роботе, работающем в условиях различного рода помех, линии SCL и SDA стоит все же притянуть к питанию через сопротивления, как это указано на схеме выше. Скорость работы i2c в EV3 довольно невелика, примерно 10000 кбит/с, именно поэтому всеми любимый Hitechnic Color Sensor V2 такой тормозной:)
К сожалению для стандартного EV3-G от LEGO не существует полноценного блока для двухсторонней связи с i2c датчиком, но используя сторонние среды программирования, такие как RobotC, LeJOS или EV3 Basic можно взаимодействовать практически с любыми i2c датчиками.
Способность EV3 работать по i2c протоколу открывает интересную возможность для подключения нескольких датчиков к одному порту. I2C протокол позволяет поключить к одной шине до 127 подчиненных устройств. Представляете? По 127 датчиков к каждому из портов EV3:) Более того, часто кучу i2c датчиков совмещают в одном устройстве, например на фото ниже датчик 10 в 1 (содержит компас, гироскоп, акселерометр, барометр и т.д.)
UART
Почти все стандартыне EV3-датчики, за исключением Touch Sensor, работают по протоколу UART и именно поэтому они не совместимы с контроллером NXT, который хоть и имеет такие же разъемы, но на портах датчиков у него UART не реализован. Взгляните на схему, она немного проще, чем в предыдущих случаях:
UART-датчики автоматически согласовывают с EV3 скорость своей работы. Первоначально соединившись на скорости 2400 кбит/с они договариваются о режимах работы и скорости обмена, переходя затем на повышенную скорость. Типичные скорости обмена для разных датчиков 38400 и 115200 кбит/с.
LEGO реализовала в своих UART-датчиках довольно замысловатый протокол, поэтому сторонних датчиков, предназначенных изначально не для этой платформы, но совместимых с ней, не существует. Тем не менее этот протокол очень удобен для подключения "самодельных"
датчиков, на базе микроконтроллеров.
Для Arduino существует замечательная библиотека EV3UARTEmulation , написанная известным LeJOS-разработчиком Lawrie Griffiths, которая позволяет этой плате притвориться UART-LEGO-совместимым датчиком. В его блоге LeJOS News есть масса примеров подключения датчиков газа, IMU-сенсора и цифрового компаса с использованием данной библиотеки.
Ниже на видео - пример использования самодельного датчика. У нас нет достаточного числа оригинальных датчиков расстояния LEGO, поэтому один из датчиков на роботе мы используем самодельный:
Задача робота - стартовать с зеленой клетки, найти выход из лабиринта (красная клетка) и вернуться на место старта кратчайшим путем, не заезжая в тупики.
Если у вас возникнут какие-то вопросы, какие бы вы хотели узнать о новом конструкторе (как что-то конкретное работает, провести эксперимент с датчиками или моторами) - пишите нам - мы попробуем опробовать ваши предложения. Таким образом вы сможете узнать о EV3 гораздо больше еще до начала его продаж.
Сейчас же начнется все с обзора программного обеспечения EV3 блока (EV3 firmware).
Одна из особенностей нового блока - его долгое включение и выключение. По времени процесс соизмерим с включением сотового телефона или домашнего маршрутизатора, т.е. секунд 20-30. После включения, появляется следующее меню:
Как видно, по сравнению с NXT блоком, многое изменилось: улучшилось качество шрифтов, более прорисованные графические элементы, оконный интерфейс. В первую очередь, это из-за того, что размер экрана теперь увеличился - он стал 178 на 128 точек, вместо 100 на 64, как у NXT блока. По наличию оконного интерфейса с неотъемлемыми для него кнопками и полосами прокрутки можно предположить, что такие устройства, как внешняя сенсорная панель теперь даже будет иметь больший смысл.
Из первого окна есть возможность вызывать загруженные на блок программы, так и программы созданные прямо на блоке. Т.е. для того, чтобы запустить программу теперь нужно выполнять меньше нажатий, чем было на NXT блоке.
Перемещение по загруженным программам, а также ко второму и последующим экранам (пунктам меню) осуществляется посредством кнопок управления, коих теперь 4.
Второй экран - позволяет перемещаться по объектам файловой системы на блоке. Файловая система теперь поддерживает традиционную иерархию: файлы и каталоги.
Третий экран содержит подменю - приложения, позволяющие выполнять с блоком разные действия:
В текущей версии ПО блока таких приложений четыре:
- Просмотр датчиков
- Управление моторами
- Удаленное управление
- Программирование на блоке
Выбор какого-то конкретного пункта меню/приложения происходит средней кнопкой на клавиатуре. А чтобы выйти из любого пункта меню или приложения нужно нажать кнопку "Выход", которая теперь находится отдельно от основных кнопок - с левой стороны под экраном.
Теперь же следует вернуться обратно на третий экран и начать знакомиться с приложениями. Итак, приложение "Просмотр датчиков" (Port View).
В отличие от подобного режима на NXT блоке, теперь можно видеть информацию сразу о всех 8 устройствах, подключенных к блоку. Причем заявленная функциональность автоматического определения датчиков позволяет не указывать руками какой датчик, куда подключен.
Сверху отображается информация с енкодеров моторов, снизу - информация с датчиков. По центру экрана - информация о конкретном устройстве (в конкретном порту), выбрать которое можно нажимая кнопки управления на клавиатуре. Информация включает в себя графическое представление датчика, его название и текущие показания:
Датчик касания:
Гироскопический датчик:
Датчик цвета в режиме замера отраженного света:
Ультразвуковой датчик расстояния: 
Здесь, кстати, видно, что датчик теперь заявляет, что может измерять расстояние с точностью до миллиметров, а минимальное измеряемое расстояние теперь от 3 см.
Информация с енкодера левого мотора.
Следующее приложение - управление моторами. По сути позволяет кнопками вращать двигатели. Центральной кнопкой нужно выбрать, какие двигатели вращать. А потом парами кнопок вверх-вниз или влево-вправо вращать конкретные моторы.
Третье приложение попробовать не удалось, поскольку в стандартную поставку образовательной версии набора EV3 не входит инфракрасный датчик расстояния и инфракрасный маяк. Но судя по всему, на данном экране можно настроить какими моторами будет вестись управление с инфракрасного маяка.
Конечно же, самым интересным приложением является - программирование на блоке. Оно было значительно переработано: программа теперь может содержать до 16 программных элементов (блоков), и созданные программы можно сохранять и, естественно, открывать заново для изменения.
Когда открывается приложение написания программы - отображается пустой цикл выполнения (будет выполняться только одна итерация) и предложение вставить первый блок. Вставить блок можно кнопкой "Вверх".
В появившемся окне выбора блока доступно 17 блоков (6 блоков действия и 11 блоков ожидания) плюс действие удаления текущего блока.
Порядок выбора и следования блоков определяется программистом. Он не подразумевает, что за каждым блоком действия должен быть блок ожидания, как это было раньше на NXT блоке.
Выбранный блок в программе выглядит следующим образом:
Поведение блока можно уточнить, если нажать центральную кнопку. У данного блока, например, можно поменять угло направление поворота робота или же вообще остановить моторы (например, после предыдущего блока ожидания).
Переместив "курсор" влево или вправо можно вставить еще один блок:
Например, блок ожидания события на датчике расстояния:
И изменить его поведение (событие наступит, если расстояние стало больше 60 см.):
Блоки можно вставлять между уже существующими блоками или даже в начале программы.
Вот еще примеры блоков ожидания:
Блок ожидания по времени (можно задавать сколько именно ждать):
Или блок ожидания события от гироскопического датчика (можно задать угол поворота датчика).
Следует опять же отметить, что функциональность автоопределения датчиков упрощает процесс программирования на блоке. Теперь нет необходимости соблюдать правило, что определенные датчики должны быть подключены к определенным портам.
Если программа должна выполняться несколько раз, то количество итераций управляющего цикла может быть изменено:
Запуск программы осуществляется путем выбора самого первого блока:
При запуске программы на экране будет отображаться следующее:
Программу можно сохранить, причем можно задать имя файла, для ее последующего поиска:
Буквы выбираются с помощью клавиатуры (привет, тачпад!)
Если попытаться закрыть несохраненную программу, будет выдаваться следующее не очень понятное сообщение и выдаваться противный звук:
В дальнейшем созданную программу можно открыть и внести в нее изменения.
Естественно, открываются только программы, созданные на блоке.
В заключение, хочется показать, как выглядит выключение блока:
Традиционно роботы, построенные на платформе Lego Mindstorms EV3 , программируются с использованием графической среды LabVIEW. В этом случае программы запускаются на контроллере EV3 и робот работает автономно. Здесь я расскажу про альтернативный способ управления роботом - использование платформы.NET, запущенной на компьютере.
Но прежде чем мы перейдем непосредственно к программированию, давайте рассмотрим случаи, когда это может быть полезно:
- Требуется удаленное управление роботом с ноутбука (например, по нажатию кнопок)
- Требуется собирать данные с контроллера EV3 и обрабатывать их на внешней системе (например, для IoT-систем)
- Любые другие ситуации, когда хочется написать алгоритм управления на.NET и запускать его с компьютера, подключенного к контроллеру EV3
LEGO MINDSTORMS EV3 API for .NET
Управление контроллером EV3 из внешней системы осуществляется путем отправки команд в последовательный порт. Сам формат команд описан в Communication Developer Kit .
Но реализация этого протокола вручную - дело скучное. Поэтому можно воспользоваться готовой.NET-оберткой , которую заботливо написал Brian Peek. Исходные коды этой библиотеки размещены на Github , а готовый к использованию пакет можно найти в Nuget .
Подключение к контроллеру EV3
Для связи с контроллером EV3 используется класс Brick . При создании этого объекта в конструктор требуется передать реализацию интерфейса ICommunication - объект, описывающий способ подключения к контроллеру EV3. Доступны реализации UsbCommunication , BluetoothCommunication и NetworkCommunication (подключение через WiFi).
Наиболее популярный способ подключения - через Bluetooth. Рассмотрим поподробнее этот способ подключения.
Прежде чем мы сможем программно подключиться к контроллеру через Bluetooth, контроллер необходимо подключить к компьютеру, используя настройки операционной системы.
После того, как контроллер подключен, идём в настройки Bluetooth и выбираем вкладку COM-порты. Находим наш контроллер, нам нужен исходящий порт. Его и будем указывать при создании объекта BluetoothCommunication .
Код для подключения к контроллеру будет выглядеть так:
Public async Task Connect(ICommunication communication) { var communication = new BluetoothCommunication("COM9"); var brick = _brick = new Brick(communication); await _brick.ConnectAsync(); }
Опционально можно указать таймаут подключения к контроллеру:
Await _brick.ConnectAsync(TimeSpan.FromSeconds(5));
Подключение к блоку через USB или WiFi осуществляется аналогично, за тем исключением, что используются объекты UsbCommunication и NetworkCommunication .
Все дальнейшие действия, выполняемые с контроллером, осуществляются через объект Brick .
Покрутим моторами
Для выполнения команд на контроллере EV3 обратимся к свойству DirectCommand объекта Brick . Для начала попробуем запустить моторы.
Предположим, что наш мотор подключен к порту A контроллера, тогда запуск этого мотора на мощности 50% будет выглядеть так:
Await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.A, 50);
Есть и другие методы для управления мотором. Например, можно повернуть мотор на заданный угол, используя методы StepMotorAtPowerAsync() и StepMotorAtSpeedAsync() . Всего доступно несколько методов, которые являются вариациями на режимы включения моторов - по времени, скорости, мощности и т.д.
Принудительная остановка осуществляется методом StopMotorAsync() :
Await _brick.DirectCommand.StopMotorAsync(OutputPort.A, true);
Второй параметр указывает на использование тормоза. Если его установить в false , то мотор будет останавливаться «накатом».
Чтение значений с датчиков
Контроллер EV3 имеет четыре порта для подключения сенсоров. Дополнительно к этому, моторы также имеют встроеные энкодеры, что позволяет использовать их как сенсоры. В итоге мы имеем 8 портов, с которых можно считывать значения.
Доступ к портам для считывания значений можно получить через свойство Ports объекта Brick . Ports - это коллекция портов, доступных на контроллере. Поэтому для работы с конкретным портом нужно его выбрать. InputPort.One ... InputPort.Four - это порты для датчиков, а InputPort.A ... InputPort.D - это энкодеры моторов.
Var port1 = _brick.Ports;
Датчики в EV3 могут работать в разных режимах. Например, датчик цвета EV3 можно использовать для измерения внешнего освещения, измерения отраженного света или для определения цвета. Поэтому, чтобы «сообщить» сенсору о том, как именно мы хотим его использовать, нужно задать его режим:
Brick.Ports.SetMode(ColorMode.Reflective);
Теперь, когда датчик подключен и режим его работы задан, можно считать из него данные. Получить можно «сырые» данные, обработанное значение и значение в процентах.
Float si = _brick.Ports.SIValue; int raw = _brick.Ports.RawValue; byte percent = _brick.Ports.PercentValue;
Свойство SIValue возвращает обработанные данные. Здесь все зависит от того, какой именно датчик используется и в каком режиме. Например, при измерении отраженного света мы получим значения от 0 до 100 в зависимости от интенсивности отраженного света (черный/белый).
Свойство RawValue возвращает «сырое» значение, полученное с АЦП. Иногда удобнее использовать именно его для последующей обработки и использования. Кстати, в среде разработки EV3 тоже есть возможность получения «сырых» значений - для этого нужно воспользоваться блоком из синей панели.
Если используемый датчик предполагает получение значений в процентах, то можно также воспользоваться свойством PercentValue .
Выполнение команд «пачкой»
Предположим, в нашем распоряжении есть робот-тележка с двумя колесами и мы хотим развернуть его на месте. В этом случае два колеса должны вращаться в противоположном направлении. Если мы воспользуемся DirectCommand и последовательно отправим две команды контроллеру, между их выполнением может пройти некоторое время:
Await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.A, 50); await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.B, -50);
В этом примере мы отправляем команду для вращения мотора A на скорости 50, после успешного окончания отправки этой команды, повторяем то же самое с мотором, подключенным к порту B. Проблема в том, что отправка команд происходит не моментально, поэтому моторы могут начать крутиться в разное время - пока передается команда для порта B, мотора A уже начнет крутиться.
Если для нас критически важно заставить крутится моторы одновременно, можно отправлять команды контроллеру «пачкой». В этом случае следует воспользоваться свойством BatchCommand вместо DirectCommand:
Brick.BatchCommand.TurnMotorAtPower(OutputPort.A, 50); _brick.BatchCommand.TurnMotorAtPower(OutputPort.B, -50); await _brick.BatchCommand.SendCommandAsync();
Теперь подготавливается сразу две команды, после чего они отправляются на контроллер одним пакетом. Контроллер, получив эти команды, начнет вращение моторов одновременно.
Что ещё можно сделать
Кроме вращения моторов и считывания значений сенсоров, можно выполнять ещё ряд действий на контроллере EV3. Не буду подробно останаливаться на кадом из них, перечислю только список того, что можно сделать:
- CleanUIAsync() , DrawTextAsync() , DrawLineAsync() и др. - манипуляция встроенным экраном контроллера EV3
- PlayToneAsync() и PlaySoundAsync() - использование встроенного динамика для воспроизведения звуков
- WriteFileAsync() , CopyFileAsync() , DeleteFileAsync() (из SystemCommand) - работа с файлами
Заключение
Использование.NET для управления роботами Mindstorms EV3 хорошо демонстрирует как технологии «из разных миров» могут работать совместно. В качестве результата исследования EV3 API для.NET было создано небольшое приложение, которое позволяет управлять роботом EV3 с компьютера. К сожалению, аналогичные приложения существуют для NXT, а EV3 они обошли стороной. В то же время они полезны на сорвнованиях управляемых роботов, например в футболе роботов.
Приложение можно загрузить и установить по этой ссылке:
