Robotika az oktatásbanLego Mindstorms

Robotika az oktatásban (?)

“Egy kép többet mond ezer szónál“

Robotika az oktatásban?

•Learning by doing – csinálva tanulás

•Interdiszciplináris tanulás – stem (science – technology – engineering – mathematics

•Konstruktivista megközelítés

•Motiváló tanulási környezet

•Interakció a fizikai környezettel, fizikai eszközökkel

Robotika az oktatásban?

Megvalósítása az iskolákban: Lego Mindstroms robotkészlet

Egy kis LEGO „történelem”

•1934 Ole Kirk Christiansen dán asztalos – Leg Godt (jót játszani) fa építőkockák

•1949 LEGO cég elkezd műanyag kockákat gyártani

•1954 kialakul a kreatív építőjáték koncepció

•1958 elkészül a mai értelemben vett LEGO kocka

•1966 LEGO vonat 4.5V majd 12V-s motorral

•1975 Expert Series fogaskerekek, fogaslécek, tengelyek

•1980 LEGO Educational Products Department

Egy kis LEGO „történelem”

•1982 Expert Builder-ből kialakul a TECHNIC

•1989 Megalakul a LEGO DACTA, bekapcsolódik a fejlesztésbe Dr. Seymour Papert a MIT professzora (logo)

•1998 Elkészül a LEGO Mindstorms Invention System (RIS)

Egy kis LEGO „történelem”

•2001 Megjelenik a továbbfejlesztett RIS 2.0

•2006 megjelenik a LEGO MINDSTORMS NXT

Egyéb cégek robotika készletei

Robovie-i

Robovie-M

Humanoid robot kits

A Lego Mindstorms előnyei

Minden tanulónak vannak korábbi „LEGO-s élményei”

Nagyon megbízható hardver és szoftver

Optimum a komplexitás és a lehetőségek között

Sokféle különböző szoftveres megoldás, harmadik gyártók hardveres kiegészítői (szenzorok)

A készletek ára lehetővé teszi az otthoni használatot is

Teljesen „kompatibilis” minden korábbi LEGO elemmel

Széles körben használt platform(rengeteg forrás a web-en)

Kidolgozott tantervek, óratervek, tapasztalatok megosztása a weben

A Mindstorm NXT-G grafikus programozói felület a LabView ipari szoftverre épül, így a diákok játszva tanulhatják meg egy „komoly” vezérlő program alapjait.

A Lego Mindstorm előnyeitanári szemszögből

LEGO© Mindstorms Oktatási Készlet

Mit találunk a dobozban:

Több száz LEGO alkatrész

5 különböző érzékelő

3 motor

Programozható LEGO kocka a motorok, szenzorok kezelésére

Programozási lehetőség:

Mindstorm NXT-G grafikus környezet

A Mindstorm NXT oktatási készlet

.......

A MINDSTORMS robotok központi eleme, „agya” az NXT. Ez egy intelligens, számítógép vezérelt LEGO kocka, amivel programozhatóvá válnak a TECHNIC elemekből felépített mobil robotok.

360 deg. unwrapped image

32-bit ARM7 mikrokontroller 256 Kbytes FLASH, 64 Kbytes RAM 8-bit AVR mikrokontroller 4 Kbytes FLASH, 512 Byte RAM Bluetooth wireless communication USB full speed port (12 Mbit/s) 4 input ports, 6-wire cable digital platform 3 output ports, 6-wire cable digital platform 100 x 64 pixel LCD graphical display Loudspeaker - 8 kHz sound quality. Power source: 6 AA batteries

NXT: az „agy”

• A robot tárgyakkal való ütközését érzékeli.

• Külön érzékelhető a gomb lenyomás, felengedése vagy dupla megnyomása.

• A szenzort használhatjuk pl. a robotkar esetén a tárgyak megfogásának érzékelésére is.

• A szenzort nyomógombként alkalmazva a robot vezérlésére is használhatjuk.

Érintés szenzor

A szenzor segítségével a robot érzékeli a környezet hangjait.

A hang szenzor decibel értéket szolgáltat

A hangszenzor érzékenysége az emberi fül érzékenységével azonos karakterisztikájú.

A szenzor érzékeli azokat a frekvenciákat is, amik az emberi fül számára túl alacsonyak, vagy túl magasak.

Hang szenzor

A fény szenzor a robot környezetének fényerősség értékeit képes érzékelni.

A szenzor segítségével a robot meg tudja különböztetni a sötét és világos részeket, a tárgyakról visszaverődő fény intenzitását.

A szenzor segítségével akár lakásriasztót is készíthetünk.

Segítségével nyomkövető vagy válogató robot készíthető.

Fény szenzor

Az ultrahang szenzor segítségével a robot képes érzékelni a környezetében lévő tárgyakat.

Segítségével olyan robotot építhetünk, ami kikerüli a tárgyakat, érzékeli és méri azok távolságát, érzékeli a mozgást.

Az ultrahang szenzor cm-ben vagy inch-ben képes mérni, adott távolságon belül +/- 3 cm pontossággal.

A szenzor a tárgyakról visszaverődő ultrahang érzékelésével mér, hasonló elven, ahogy a denevérek érzékelik a tárgyak távolságát.

Ultrahang szenzor

SzervómotorA szervómotorok segítségével mozognak a megépített robotok.

A motorok mozgása szinkronizálható. Így ha alkalmazzuk ezt a lehetőséget, robotunk teljesen egyenes vonalon képes mozogni.

A szervómotorokba 1 fok pontosságú szögjeladó van beépítve.

A megfelelő vezérlés segítségével a motorok sebessége könnyen beállítható.

Mindstorms NXT-G programkörnyezet

A program a National Instruments LabView szoftverének LEGO NXT-re optimalizált változata.

Mindstorms NXT-G programkörnyezet

Ez a programozási környezet elsősorban nem programozóknak készült, akik grafikus építőkockákból a robot építéséhez hasonlóan viszonylag gyorsan állíthatják össze és konfigurálhatják az irányító programot.

Egyéb programozási környezetek

NBC / NXCA két nyelv közül az NXC a magasabb szintű, C programozási nyelvhez való hasonlóságát és különbözőségét neve is mutatja: Not eXactly C. Az NBC (Next Byte Codes) az NXT egység bájtkódjának felel meg, az NXC programok is elsőre erre a nyelvre fordulnak le. Ez a két programozási nyelv gyakorlott programozók számára készült, mélyebb szintű betekintést enged az NXT világába. Az eredményül kapott kód gyorsabb, kisebb méretű, mint a LEGO MindStorms NXT Software-rel előállított.

Egyéb programozási környezetek

A RobotC

Érdekes lehet még a robotikában komoly hírnévnek örvendő Carnegie Mellon egyetem robotakadémiája által fejlesztett RobotC nyelv, mely többek között a Mindstorms készlettel is használható. Bár ez a környezet nem ingyenes, van egy egyhónapos próbaváltozata is. A nyelv C-re épül, de az NXC-vel ellentétben a C teljes funkcionalitását biztosítja és ehhez ad ipari szabványokban megszokott C támogatást.

Egyéb programozási környezetek

A LeJOS

A LeJOS programozási környezet az eddigi megoldásokon túlmegy abban az értelemben, hogy az NXT operációs rendszerét is lecseréli. Ennek hatására egy kicsi Java virtuális gép jelenik meg a roboton. Ez NXJ API-nak megfelelő egyszerűsített, ugyanakkor NXT-vel kapcsolatos lehetőségekkel bővített Java nyelvű programok futtatását teszi lehetõvé. Ez a megoldás sem tekinthető még igazán kiforrottnak, de néhány havonta új verzió készül el.