Слайд 1Раздел: Введение
Знакомство с конструкторами LEGO Mindstorms EV3
Слайд 2Назначение устройств
В зависимости от назначения, выделяют три основных вида устройств.
Устройства ввода информации, исполняющие устройства и контроллер. Рассмотрим эти устройства.
Слайд 3Контроллер
Контроллер – это электронный мозг робота. Контроллер позволяет правильно опознать
подключенные к нему устройства, а также отвечает за корректную передачу
информации между устройствами. Важнейшей способностью контроллера является обеспечение связи между устройствами и программой, которая вводится на самом контроллере или же передается на него с компьютера, планшета, смартфона или другого контроллера. Программа руководит действиями всех устройств, путем передачи информации на них через контроллер.
Слайд 4Передача информации
Каким же образом передается информация? Чтобы разобраться в этом
вопросе, обратимся за примерами к нашему собственному телу.
На рисунке представлена
кисть человека с проходящими через неё нервами. Нервы – это тончайшие отростки – волокна, служащие для проведения сигналов от органов и конечностей человека к его мозгу. Весь организм человека пронизан сетью нервов, доставляющей информацию в мозг.
Подобным образом мы сами выстраиваем «нервную» систему робота, путем соединения устройств, входящих в состав робота, с контроллером при помощи проводов.
Слайд 5Питание
Работа контроллера, как и прочих устройств, невозможна без поступления энергии,
которая будет питать эти устройства. За хранение энергии питания, распределяемой
контроллером между собой и устройствами, служат аккумуляторы и батарейки.
Слайд 6Устройства ввода информации
Устройства ввода информации служат для получения роботом различных
видов информации из окружающей среды, а также дальнейшей передачи этой
информации к контролерам, для последующей обработки.
Чтобы разобраться, о чем идем речь, обратимся к нашем собственным «устройствам» ввода информации. Человек использует уши, чтобы получать информацию в виде звуков. Руки, чтобы получать информацию в виде тактильных ощущений (жесткий предмет или мягкий, холодный или горячий, шершавый или гладкий). Глаза, чтобы получать зрительную информацию. Нос, чтобы получать информацию о запахах, окружающих нас и тому подобное.
Слайд 7Исполняющие устройства
Исполняющие устройства – это устройства основной функцией которых является
исполнение какой -либо возложенной на них задачи. Исполняющие устройства принимают
информацию в виде электрических сигналов и, приходя в действие, выполняют возложенную на них задачу.
Например, если мы рассмотрим модель робота манипулятора, то исполняющим устройство в данном случае можно назвать «клешню» данного робота, а также механизм перемещения «клешни». Благодаря работе механизма перемещения «клешню» робота можно сориентировать над объектом, который необходимо захватить, а с помощью механизма «клешни» можно захватить объект для дальней шей транспортировки.
В основе исполняющих механизмов данного робота, сконструированного из LEGO Mindstorms EV 3, лежат следующие устройства.
Слайд 8Исполняющие устройства
Большой мотор представляет собой устройство, предназначенное для приведения в
движение различных передач, механизмов и узлов. Следуя командам, поступающим от
контроллера, мотор способен двигаться с различной мощностью как в прямом, так и в обратном направлении.
Средний мотор по принципу действия идентичен своему большому «собрату». Различаются они лишь конструктивно (расположением вращающейся части мотора – ротора) и по мощности. Большой мотор способен развивать гораздо большую мощность. Однако уступает среднему мотору в моментах, когда необходима точность позиционирования (в данном случае вращения) так как средний мотор способен более чувствительно реагировать на приходящие сигналы, обеспечивая плавные и аккуратные повороты в тех механизмах, где это необходимо.
Слайд 9Датчики
Точно так же любой робот, для выполнения поставленных задач, нуждается
в воде информации. Каким же образом робот может видеть, чувствовать
и слушать окружающую среду? И может ли он получать информацию так, как это недоступно человеку?
За решение данной задачи отвечают устройства, называемые датчиками.
Датчик – это средство измерения, которое предназначено для выработки сигнала о измерении информации, для дальнейшей передачи данного сигнала и его обработки.
Рассмотрим, какие виды датчиков доступны нам в базовом наборе конструкторов LEGO Mindstorms EV3
Слайд 10Датчики
Датчик касания – это устройство, которое по принципу действия представляет
собой обычную кнопку. Если кнопка нажата – датчик передает одну
информацию о своем состоянии. Если кнопка отпущена – другую.
Датчик наклона так же иногда называют гироскопическим датчиком. В зависимости от своего положения в пространстве, данный датчик передает информацию насколько он наклонен относительно поверхности, на которой находится. Рассмотрим принцип работы данного датчика на примере мотоциклиста.
На рисунке видно, как мотоциклист (входя в поворот) все больше отклоняется от своего изначально положения, представленного (под номером 1.). Таким образом, если бы на мотоцикле был установлен датчик наклона, он бы передал нам информацию о угле наклона мотоцикла относительно поверхности. Датчик угла наклона передает информацию в градусах.
Слайд 11Датчики
В основе принципа работы ультразвукового датчика положен принцип, которым в
природе пользуются летучие мыши. Так как данные млекопитающие обладают достаточно
слабым зрением (поскольку живут в темноте пещер), отправляясь на охоту они ориентируются в пространстве издавая налету звуки с определенной, не слышимой для человека, частотой. Звуки, издаваемые мышью, отражаются от различных поверхностей (деревьев, насекомых, скал, прочих препятствий). Отражаясь, звуки возвращаются обратно к мыши. Летучая мышь своим чутким слухом улавливает отраженные звуки и, основываясь на том, как быстро звук вернулся с той или иной стороны, определяет не только местоположение, но и расстояние до окружающих её объектов.
Таким образом, ультразвуковой датчик совершает ту же работу, что и летучая мышь. Издавая звук определенной частоты, он принимает отражения этого звука и вычисляет расстояние до ближайшего предмета в зависимости от того, как быстро звук вернулся назад. Чем ближе предмет, тем быстрее отраженный звук достигнет датчика и наоборот.
Слайд 12Датчики
Датчик света служит для передачи информации о цветах и свете,
окружающем робота. Датчик различает несколько цветов, а также способен различать
яркость окружающего освещения. В комнате без освещения (полностью темной комнате) датчик покажет ноль процентов. В то время как в потоке яркого света данный датчик покажет сто процентов.
0% 30% 50% 80% 100%
Интересным режимом работы данного датчика является режим измерения отраженного света. Принципиально данный режим схож с работой ультразвукового датчика, но в качестве информации применяется свет, а не звук. Излучая свет с помощью светодиода, датчик проводит замер вернувшегося светового потока. Чем светлее поверхность – тем большая часть светового потока отразиться на датчик. Чем темнее – тем меньше света вернется к нему. Таким образом, в зависимости от показаний датчика можно судить о виде поверхности, которая находилась перед ним в момент проведения измерений.
Слайд 13Датчики
Кнопки, расположенные на модуле контроллере, также могут служить для ввода
информации путем нажатия на них. Принцип действия этого датчика схож
с принципом действия датчика касания.
Датчик вращения мотора располагается внутри устройств большой мотор и средний мотор. Данный датчик в зависимости от режима работы измеряет количество градусов, количество оборотов или мощность, с которой был повернут данный мотор.