Анотація: Проводиться поверхневий огляд робототехнического комплексу, що включає конструктор Lego Mindstorms NXT 2.0 і середу програмування NXT-G. Мета: познайомитися з основними компонентами конструктора Lego Mindstorms NXT 2.0, інтерфейсом середовища NXT-G і навчитися створювати найпростішу програму "Hello, world!".
Підручник за цим курсом поширюється під ліцензією Creative Commons Attribution-Noncommercial: lego-nxt-g.pdf
Вивчення робототехніки сьогодні починається вже зі шкільної лави. Однак не всім школам так пощастило, і тому є ряд об'єктивних причин. По-перше, вартість одного робототехнического комплексу (тут і далі мається на увазі Lego Mindstorms NXT 2.0) перевищує вартість середньої комп'ютерної системи. По-друге, керувати заняттями робототехніки повинен висококваліфікований педагог, однаково добре розбирається і в технічному конструюванні, і в мікроелектроніці, і в програмуванні. Підготовка таких фахівців-педагогів сьогодні тільки починається. Ну і по-третє, російськомовні підручники, що вийшли друком на сьогоднішній день, можна перерахувати, по -видимому, на пальцях однієї руки.
Не так давно з'явилася новіша версія робототехнического комплексу LegoMindstorms EV3. Однак наявний в російських школах і центрах технічної творчості парк роботів Mindstorms NXT 2.0 такий великий, що було б неправильним скидати його з рахунків.
Програмування сьогодні вже не так привабливо для школярів як 15-20 років тому. Це помічають багато шкільні та вузівські викладачі інформатики. Потрібні нові засоби для мотивації учнів у цій галузі. На нашу думку, робототехніка сьогодні якраз і є таким засобом. Тому в посібнику наголос робиться на алгоритмічної складової робототехніки.
Звертаємо увагу студентів на те - і це дуже важливо! - що при роботі з посібником слід не тільки виконувати завдання, але і обов'язково набирати і перевіряти завдання із прикладів. Це допоможе краще зрозуміти мову і особливості програмування роботів.
Ми розглядаємо програмування роботів в англомовній версії середовища NXT-G, так як вона поширюється вільно.
Склад конструктора Lego Mindstorms NXT 2.0. технологія NXT
У цьому розділі наводяться короткі відомості про склад конструктора Lego Mindstorms NXT 2.0 і NXT-технології, засновані на керівництві користувача, що входить в комплект 8547. Якщо у Вас є вказане керівництво, і Ви вже ознайомилися з ним, то можна відразу перейти до розділу 1.2.
NXT є інтелектуальним, керованим комп'ютером роботом на базі елементів LEGO і системи MINDSTORMS.
Основа конструктора Lego Mindstorms NXT 2.0 - програмований блок NXT (його ще називають "цеглою"), інтерактивні сервомотори і декілька датчиків. До складу комплекту 8547 входять:
- два датчика натискання - кнопки;
- датчик кольору - RGB-датчик, що дозволяє роботу розрізняти кольори і вимірювати яскравість навколишнього світу;
- ультразвуковий датчик - "очі" робота, що дозволяють йому вимірювати відстань до об'єкта.
В освітній версії конструктора є також датчик звуку, який вимірює рівень гучності звуку, а замість RGB-датчика присутній датчик освітленості. Існують і інші датчики, які випускаються окремо від комплекту, наприклад, для вимірювання температури, pH середовища, гіроскопічний датчик, компас і ін.
Всі датчики і мотори приєднуються до NXT-блоку через порти входу і виходу за допомогою чорних шестіпроводних кабелів. Сенсори підключаються до вхідних портів під номерами 1 - 4, а мотори - до вихідних портів, які мають на блоці NXT назви A, B, C.
Виробник рекомендує для підключення сенсорів і моторів використовувати стандартні порти:
- Порт 1: Датчик дотику
- Порт 2: Датчик дотику
- Порт 3: Датчик кольору
- Порт 4: Ультразвуковий сенсор
- Порт A: Мотор для додаткових функцій
- Порт B: Мотор для руху
- Порт C: Мотор для руху
У нашому навчальному курсі ми дотримуємося цих рекомендацій. Насправді можна підключати сенсори в довільні порти. Дотримуватися стандартні порти обов'язково при роботі з меню Try Me (див. Нижче).
Блок NXT працює від шести батарей типу AA. В освітню версію набору входить акумуляторна батарея.
Робота з меню NXT відбувається за допомогою чотирьох кнопок (Рис. 1.1):
Завдання 1.1. Навчіться включати і вимикати свій NXT. Спробуйте вимкнути NXT двома способами, описаними вище.
Вся інформація на дисплеї NXT відображається на англійській мові. При включенні екран NXT виглядає як на Рис. 1.3:
Якщо NXT працює нормально, то іконка робочого стану крутиться. Якщо обертання іконки припинилося, значить NXT завис і вимагає перезавантаження.
За замовчуванням роботу присвоєно ім'я NXT. Ім'я можна змінити. Як це зробити см. В п. 1.2.
Завдання 1.2. Увімкніть NXT. Вивчіть інформацію, яка відображається на екрані NXT. Прокрутіть головному меню NXT за допомогою стрілок. Вимкніть NXT.
Розглянемо структуру меню NXT.
- My Files (Мої Файли). Тут зберігаються всі файли NXT.
- Software files (Файли програм). Тут зберігаються скомпільовані файли програм, завантажених користувачем. Звідси походить запуск програм на виконання.
- NXT files (Файли NXT). Службові файли NXT.
- Sound files (Звукові файли). Тут містяться різні звукові файли, як вбудовані, так і записані користувачем. Ви можете записати власні звуки, щоб потім використовувати їх в програмах.
- Datalog files (Файли даних). Містить дані, зібрані NXT за допомогою меню NXT Datalog. Дані можна зчитувати під час роботи програми або передавати по Bluetooth інших пристроїв.
- Try Me (Спробуй). Підключивши датчики і мотори до відповідних портів, можна виконати кілька готових програм і познайомитися з можливостями конструктора.
Приклад 1.1. Налаштуємо NXT так, щоб він автоматично вимикався через дві хвилини простою. Для цього виберемо з головного меню Settings \ Sleep. Потім за допомогою стрілок вибираємо потрібне значення (поточне значення відображається на екрані) і натискаємо на купівлю (продаж помаранчева кнопка). Якщо тепер не працювати з NXT протягом двох хвилин, то він вимкнеться сам. Зверніть увагу на варіант Never (Ніколи): в цьому режимі NXT не буде вимкнено, поки Ви самі цього не зробите. Але це може привести до більш швидкого розряду батарей.
Приклад 1.2. Спробуємо програти звукові файли на блоці NXT. Головне меню \ My Files \ Sound files \ Good Job. У вікні відображається ім'я обраного файлу і варіанти роботи з ним, які можна перегорнути за допомогою стрілок:
- Run - запустити обраний файл на виконання (іконка робочого стану). Якщо вибрати цей варіант, звуковий файл буде відтворено. В процесі роботи файлу на екран буде виведено повідомлення Running. а по завершенню - Done.
- Delete - видалити вибраний файл (іконка кошика). Якщо вибрати цей варіант, з'явиться повідомлення Are you sure? (Ви впевнені?). Варіант за замовчуванням - іконка в формі хреста (Ні). У разі, якщо обраний файл все ж потрібно видалити, то за допомогою стрілки слід вибрати іконку з галочкою (Так).
- Send - переслати (іконка листи). Для того, щоб переслати файл інших пристроїв, слід спочатку налаштувати канал зв'язку Bluetooth.
Завдання 1.3. Настройки максимальної гучності динаміків. Перевірте гучність, програвши довільний звуковий файл NXT. Встановіть комфортну для себе гучність.
Завдання 1.4. Вивчіть різні варіанти автоотключения NXT. Встановіть таймер автовідключення на 10 хвилин.
Завдання 1.5. Протестуйте датчики дотику, ультразвуку, мотор за допомогою меню Try Me (не забудьте про стандартні порти підключення сенсорів).
Роботу з іншими пунктами меню будемо розглядати в міру необхідності.