В каком году компания lego разработала модель mindstorms ev3

Время на прочтение
8 мин

Количество просмотров 5.8K

В 1977 году LEGO выпускает наборы серии Expert Builder, которые включают в себя различные механические компоненты, такие как шкивы, зубчатые рейки и передачи, карданные валы, оси для их закрепления, а также батарейный блок и электродвигатель.

В 1982 году LEGO выпускает уже набор Technic I для детей в возрасте от 8 до 14 лет. В этих наборах использовались элементы Technic (такое название получили детали Expert Builder) и к ним были подготовлены иллюстрированные пособия, что ознаменовало собой старт программы LEGO Education в области инженерных наук. Также был расширен ассортимент деталей, например появилась пневматика. И это важное предисловие к нашей истории, в которой именно Technic и его элементы будут играть важную роль. Да, это был еще не тот Technic, к которому мы привыкли (его еще называют прото-Technic), те же балки были от System (по-другому, это «классические» Lego-кубики), но начало было положено.

LOGO и Черепашка

Осенью 1984 года Кьелль Кирк Кристиансен — генеральный директор LEGO в эти годы (и внук ее основателя) — случайно увидел телевизионное интервью с участием профессора Массачусетского технологического института Сеймура Пейперта. В нем Пейперт показал, как дети могут использовать разработанный им язык программирования LOGO для управления роботами-«черепахами». С помощью его команд можно было перемещать роботов вперед и назад на заданное расстояние, поворачивать вправо или влево на заданный градус, поднимать или опускать ручку и рисовать на бумаге.

Кристиансена заинтриговали возможности расширения возможностей LEGO для игры и обучения. Он говорил: «Дети должны иметь возможность создавать и контролировать — программировать — свои творения».

Генеральный директор LEGO самолично посетил Медиа-лабораторию Массачусетского технологического института (MIT Media Lab), где работал Пейперт, положив начало партнерству между LEGO и MIT. В это время там как раз начали изучать возможность совместить конструктор LEGO и язык Logo.

Появление персональных компьютеров переместило язык программирования Logo от физической робота-«черепахи» на экран. Совместный проект MIT и LEGO, над которым работали будущий изобретатель языка Scratch Митч Резник и Стивом Око, снова переместил программирование обратно в физический мир, позволив детям не просто использовать готовую «машину», а создавать собственных роботов и другие механизмы. Так появились наборы LEGO TC Logo, а чуть позднее Control Lab. Произошло это в 1986 году.

Эти комплекты предназначались только для учебных заведений, а Control Lab был, по сути, расширением языка Logo, где к командам «черепахи» добавили команды включения моторов и получения информации с сенсоров, таких как датчик освещенности, который вкупе со специальным полосатым диском можно было использовать как энкодер, а также датчик касания (он же кнопка).

Управлялось все с компьютеров Apple II или IBM-совместимых с MS-DOS с помощью специальной интерфейсной «коробочки» 9750 LEGO Interface.

Все управление шло по проводам и уже тогда LEGO начали использовать свои собственные разъемы для подключения моторов и датчиков.

Вы можете посмотреть (и даже попробовать собрать из современных деталей) инструкции к данным наборам и ПО к ним в Архиве Интернет. Особого внимания заслуживает «рабочая тетрадь» LEGO TC Logo Control 1 Resource Guide, где на более чем 1000 страницах приведено множество задач с моделями для конструирования, программным кодом, научной информацией и вставками заданий.

Основной минус этих наборов был в том, что кроме самих наборов LEGO необходимо было иметь компьютер, с которого они управлялись. А в то время компьютеры были достаточно дорогим удовольствием (Apple IIe стоил почти 1400 долларов США) и имелись они не во всех учебных заведениях. Поэтому Пейперт задался вопросом, можно ли создать «кубик» LEGO, который мог бы сам служить компьютером — полностью программируемым устройством, но несущем на себе соединительные элементы System и Technic. Он также должен был быть дешевым, небольшим и достаточно легким, чтобы его можно было установить на модели из LEGO.

Сказано – сделано. Рабочий прототип (под кодовым названием Grey Brick) был построен MIT в 1987 году и содержал внутри себя такой же процессор, как в Apple II и даже тестировался в школах. Всего было разработано три поколения тестовых «блоков», последний из которых, «Red Brick» и лег в основу будущих микрокомпьютеров LEGO.

RCX, NXT и EV3

LEGO Mindstorms первого поколения был официально представлен в 1998 году микрокомпьютером под именем RCX (Robotic Command eXplorers) перед прессой в Музее современного искусства в Лондоне по цене в 199 долларов США. Его можно было запрограммировать с помощью кода RCX или в среде программирования ROBOLAB, основанной на LabVIEW от National Instruments и разработанной Университетом Тафтса. В этот раз почти вся разработка была выполнена самостоятельно силами подразделения LEGO Dacta с использованием наработок от MIT.

RCX имел процессор с частотой 16 МГц и 32 КБ ОЗУ. Помимо самого микропроцессорного «кирпичика», в комплект также входили два мотора, два датчика касания и один датчик освещенности. Наборы на его основе получили название Robotics Invention System. После запуска в продажу 1 сентября, первая партия была разобрана за три месяца. Но было видно, что LEGO не были уверены в успехе набора, выпустив параллельно набор LEGO Cybermaster, предлагающий нам тоже собрать различные роботизированные модели и управлять ими с компьютера, передавая команды простейшей программы по радиоканалу.

К тому времени Technic детали стали приобретать свой современный вид, появились новые элементы (этот процесс начался в 1996 году и продолжается до сих пор), и робототехнические конструкторы от LEGO получили черты, остающиеся неизменными и сейчас. Тогда же LEGO зарегистрировала торговую марку Mindstorms, похоже намекая на книгу Пейперта 1980 года Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas.

В июле 2006 года LEGO выпускает комплект 8527 LEGO MINDSTORMS NXT. Он состоял из 577 деталей Technic, трех серводвигателей и четырех датчиков (света, звука, расстояния и касания) и подключался по USB только для программирования. Впоследствии модуль микрокомпьютера сам управлял моторами и взаимодействовал с датчиками, не требуя привязки проводом к ЭВМ. На борту модуля был 58 MГц процессор с 64 Кб ОЗУ. Для программирования применялся тот же ROBOLAB.

В августе 2009 года выходит обновленная версия: 8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. Набор состоял из еще большего количества частей: деталей стало 619, и добавился еще один датчик касания, а также новый датчик цвета. Интеллектуальный блок при этом остался старый. За счет использования достаточно мощного ARM-микропроцессора умельцы смогли найти способ заменять «прошивку» в NXT блоке. Например, установив в NXT операционную систему LeJOS, конструктор стало возможно программировать из основанной на Scratch среды Enchanting. На видео можно увидеть робота, запрограммированного из среды Enchanting ездить по программе из цветных блоков.

В 2013 году был представлен набор LEGO Mindstorms EV3. Он стал более продвинутой версией набора NXT и третьим поколением в линейке робототехники LEGO Mindstorms. Микрокомпьютер этого набора, получивший название Intelligent Brick, стал работать под управлением операционной системы Linux и мог похвастаться процессором с частотой 300 МГц, 64 МБ ОЗУ, а также 16 МБ флэш-памяти. Кроме того, он имел разъем USB и слот Micro SD для хранения программ, и поддерживал соединение по WiFi и Bluetooth.

Образовательная версия EV3 была запущена в августе 2013 года, а розничная версия (она же Домашняя) — через месяц после нее. Домашняя версия (31313 LEGO Mindstorms EV3 Home) отличается от образовательной (45544 LEGO Mindstorms EV3 Education) тем, что содержит большее количество деталей LEGO и позволяет собрать больше моделей.

EV3 стал поистине «народным» набором, используемым в обучении, робототехнических кружках и соревнованиях. Также он обзавелся множеством расширений как в части языков программирования (Java, Python, С#, RobotC, Scratch и другие) «из-коробки», так и некоторых аппаратных. Вокруг NXT и EV3 выросло целое сообщество фанатов и инструкций по сборке «всего-всего» из этих наборов очень много.

Для самых маленьких

Если наборы Mindstorms предназначались для детей ближе к средней школе (от 10 лет), то для дошкольников и младших школьников были разработаны наборы WeDo. Первая их версия (9580) была представлена в 2009 году и включала в себя «смарт-хаб», подключавшийся к компьютеру, и позволявший управлять одним мотором, а также двумя датчиками (поворота и движения). Вторая версия (45300) была представлена в 2016 году, соединялась с компьютером по Bluetooth и также содержала в себе один мотор и два обновленных датчика.

Mindstorms умер, да здравствует Mindstorms!

После выпуска EV3 компания на 7 лет «ушла в подполье» (обновление WeDo в 2016 году было не тем, чего ждали фанаты), и ходили только слухи, что придет на замену EV3 и придет ли.

В 2020 году LEGO анонсировала новый набор 51515 LEGO Mindstorms Robot Inventor, который включал в себя инструкции по сборке пяти роботов и поддерживал программирование как на Scratch, так и на Python.

Набор содержит 949 деталей, в его комплект входит новый микрокомпьютер Intelligent Hub, который хранит до 20 программ и имеет настраиваемую светодиодную матрицу 5×5, встроенный 6-осевой гироскоп/акселерометр, динамик и шесть портов с автоопределением ввода/вывода. Хаб (микроконтроллер) набора подключается по MicroUSB или Bluetooth. Также в наборе можно найти аккумуляторную батарею, четыре средних низкопрофильных двигателя с энкодерами, один датчик расстояния и один датчик цвета, способный различать восемь цветов и измерять отраженный и окружающий свет.

В этой версии LEGO отказались от ROBOLAB и предложили детям от 10 лет программировать в новом приложении LEGO Mindstorms Robot Inventor, доступном для Android, iOS, Windows 10/11 и macOS.

С одной стороны, у Intelligent Hub на два порта меньше, чем у Intelligent Brick, используемого в комплекте Mindstorms EV3, в котором их восемь. С другой стороны, датчик расстояния теперь оснащен шестиконтактным адаптером, который позволяет использовать сторонние компоненты, включая электронные платы, что расширяет возможности комплекта. К сожалению, в LEGO не указали тип используемого процессора в хабе (у EV3 это был процессор на архитектуре ARM9, у NXT – ARM7).

Параллельно с предыдущим, LEGO выпустили набор 45678 LEGO SPIKE Prime, по факту являющимся родным братом Robot Inventor по микрокомпьютеру и датчикам, но в более «веселом» оформлении и с позиционированием на детей 7-10 лет.

Не обошли стороной и младших и начинающих робототехников 7-12 лет, для которых был представлен упрощенный набор LEGO Boost Creative Toolbox. Набор на первый взгляд выглядит аналогично Robot Inventor. Однако модуль управления LEGO Boost гораздо менее мощный и он использует свой собственный упрощенный блочный язык программирования и не поддерживает ни Scratch, ни Python. Также набор был «урезан» по моторам с датчиками: он поставляется только с двумя двигателями (причем один встроен в его блок управления Move Hub) и одним комбинированным датчиком цвета и расстояния.

Увы, оба набора оказались не совсем тем, чего ожидали от компании и за два года присутствия на рынке такого же успеха, как их предшественники, пока что не сыскали.

Казалось бы, прогресс LEGO в этой области остановился, но … особенность робототехнических конструкторов LEGO в их универсальности и способности жить долго. Ноу-хау всех наборов не сами микроконтроллеры, а система Technic, благодаря которой стало возможно не использовать заранее созданных роботов, а создавать своих и изобретать новые интересные конструкции. А совместимость с обычным System позволяет делать их не только функциональными, но и красивыми, интегрируя робототехнику и микроэлектронику в «обычные» LEGO постройки.

Наработанный пласт конструкций и множество методик преподавания, возможность применения не только отличных от предлагаемых производителем языков программирования (и даже смены внутренней ОС микрокомпьютеров), но и других вычислительных блоков, позволяет LEGO (а сейчас и множеству его клонов) быть одной из популярнейших платформ как для энтузиастов, так и для обучения робототехнике. Поэтому мы на наших занятиях в RoboUniver используем проверенные временем решения на основе WeDo и EV3.

А если вы в Москве, то приглашаем вас с детьми от 5,5 до 14 лет на бесплатное пробное занятие. У нас 50 площадок по всему городу, так что кружок скорее всего будет у вас рядом с домом.

P.S. А у вас есть LEGO Mindstorm?

UPD. В комментариях подсказали, что в последних наборах LEGO стоит микропроцессор STM32F4 на 100 МГц.

UPD2. На замену EV3, а теперь и набора Robot Invertor, сама LEGO позиционирует наборы LEGO SPYKE, а именно вот такие наборы 10+: 45678 SPIKE PRIME и расширение для него 45681 SPIKE PRIME EXPANSION SET. Cреда программирования теперь содержит в себе как Scratch-подобный блочный язык, так и Python (см. для Prime). Scratch 3 SPIKE тоже поддерживает. А энтузиасты уже нашли способ добавить в SPIKE поддержку WIFI через ESP8266 и камеры OpenMV.

«Robolab» redirects here. For the inclusive festival in Cologne, see RoboLAB (festival).

Lego Mindstorms

Robot based on the NXT platform
Subject	Robotics
Licensed from	The Lego Group
Availability	1 September 1998–31 December 2022
Total sets	91[1]
[www.lego.com/mindstorms Official website]

Lego Mindstorms (sometimes stylized as LEGO MINDSTORMS) is a hardware and software structure which develops programmable robots based on Lego building blocks. Each version includes computer Lego bricks, a set of modular sensors and motors, and parts from the Lego Technic line to create the mechanical systems. The system is controlled by the Lego bricks.

While originally conceptualized and launched as a tool to support educational constructivism, Mindstorms has become the first home robotics kit available to a wide audience. It has developed a community of adult hobbyists and hackers following the product’s launch in 1998. In October 2022, The Lego Group announced Lego Mindstorms will be discontinued at the end of 2022.^[2]

Pre-Mindstorms[edit]

Background[edit]

In 1985, Seymour Papert, Mitchel Resnick and Stephen Ocko created a company called Microworlds with the intent of developing a construction kit that could be animated by computers for educational purposes.^[3]: 14 Papert had previously created the Logo programming language as a tool to «support the development of new ways of thinking and learning»,^[4]: xiv and employed «Turtle» robots to physically act out the programs in the real world.^{[4]: 55–56} As the types of programs created were limited by the shape of the Turtle, the idea came up to make a construction kit that could use Logo commands to animate a creation of the learner’s own design.^[5]: 3 Similar to the «floor turtle» robots used to demonstrate Logo commands in the real world, a construction system that ran Logo commands would also demonstrate them in the real world, but allowing the child to construct their own creations benefitted the learning experience by putting them in control ^[6] In considering which construction system to partner with, they wanted a «low floor high ceiling» approach, something that was easy to pick up but very powerful. To this end, they decided to use Lego bricks due to the system and diversity of pieces, and the Logo language due to the groups familiarity with the software and its ease of use.^[3]: 14 Lego was receptive to collaboration, particularly because its educational division had founding goals very similar to those of the Microworlds company. The collaboration very quickly moved to the newly minted MIT Media lab, where there was an open sharing of ideas.^[3]: 14 As a sponsor of the entire lab, Lego was allowed royalty free rights to mass-produce any technology produced by Papert, Resnick and Ocko’s group; and was also allowed to send an employee over to assist with research, so they sent engineer Alan Tofte (also spelled Toft) who helped with the design of the programmable brick.^{[3]: 35 [7]: 74} As another part of the MIT Media Lab was community outreach, so the bricks would be used working with children in schools for both research and educational purposes.

Lego/Logo, lego tc Logo (1985)[edit]

The first experiments of combining Lego and the Logo programming language was called Lego/Logo and it started in 1985.^[6] Similar to the «floor turtles» used to demonstrate Logo commands in the real world, Lego/Logo used Logo commands to animate Lego creations. It is important that children could build their own machines to program, as they would then care more about their projects and be more willing to explore the mathematical concepts involved in making them move. The Lego/Logo system allowed children to create their own designs and experiments, offered multiple paths for learning and encouraged a sense of community. First, machines are built out Lego. The machines are then connected to a computer and programmed in a modified version of Logo. The Lego/Logo system introduced new types of parts for making creations such as: motors, sensors and lights. The motors and sensors are connected to an interface box which is communicates with a computer.^[6] Lego/Logo would later be commercialized by the Lego group Lego tc Logo.^[5]: 3 It was observed that using the Lego/Logo system, children developed a form of knowledge about the physical world that allowed those even without mathematics or verbal skills to solve problems effectively using the system.^[7]: 23

Logo Brick 1st Generation, «Grey Brick» (1986)[edit]

While Lego/Logo was powerful, it was restricted somewhat by the requirement to have the creations attached to a computer.^[5]: 3 The group began working on further iterations of the Lego/Logo environment to produce a robot that could interact not only with the environment but with other robots programmed in the same system.^[7]: 24
The experiments with an untethered brick (called the Logo Brick or «Grey Brick») began in the fall of 1986. To speed up the design process, the Logo Brick contained the processor chip from an Apple II computer. It ran an adapted version of Lego/Logo written for the Apple II computer.^[7]: 74 The Lego/Logo interface box, The previous development of the group, had only two sensor ports available, which the design team observed were not always enough. To address this, they gave the Logo Brick four sensor ports. The Logo Brick was made out of a modified Lego battery box and was about the size of a deck of cards.^{[7]: 74, 23} The Logo Brick was tested in schools.

Lego Mindstorms and RCX (1996)[edit]

Development[edit]

While Lego had been interested in mass-producing the programmable brick concept for a while, they had to wait until enough people owned personal computers and the components required to produce the intelligent brick went down in price.^[3]: 25 Development of what would later be known as Lego Mindstorms started in 1996 as the first product of the newly created home-learning division of Lego Education (Lego Dacta). The product’s name of «Mindstorms» was intended to express the user experience of the product, it is named after Papert’s book Mindstorms, as the user experience was similar to the educational constructivism concepts described in his book.^[8] The Lego home education team used the insights that MIT researchers discovered from testing the 3rd Generation Logo Brick («Red Brick») in schools as the basis for the development of the mass-produced programmable brick.^[5]: 5 The physical programmable brick was re-engineered from the ground up, as the experimental programmable bricks were not designed for robustness or cost-effective manufacturing.^{[3]: 19, 26} The programming language of the product was developed with help from members of the MIT Media lab. Lego decided to use a Visual programming language for Mindstorms, inspired by the LOGOBlocks language previously used with programmable brick experiments, in order to make the product accessible to children who might be unfamiliar with programming.^[3]: 29 While the technology that Mindstorms was based on was aimed towards «all children», the chosen target demographic of Lego Mindstorms was intentionally narrow, in order to garner positive press by outselling expectations. The decision was made to aim the product towards 10 to 14-year-old boys, partly because it was Lego’s main target demographic, and partly based on market research (not substantiated by the findings of the MIT Media Lab) which concluded that this demographic would be most attracted to computerized toys. This choice of target demographic directly informed the color of the RCX brick (which was made yellow and black to resemble construction equipment) and the sample uses for the Mindstorms kit (such as making autonomous robots).^[3]: 28

The project’s at-first low profile allowed the Mindstorms team the freedom to develop the product using operating procedures then-unorthodox to the Lego Group.^[9]: 1062 Unlike traditional Lego sets, the Mindstorms Robotics Invention System did not have a main model, nor was the play driven by storytelling.^{[citation needed]} To bridge the gap between this new play experience and pre-existing Lego ones, the Mindstorms team created a lot of opportunities for people interested in the product to engage with each other, such as the creation of Mindstorms.com, Mindstorms Discovery Centers, and the FIRST Lego League.^[8] The creation of these experiences was done through partnerships with a relatively large amount of external groups that the Mindstorms team interacted with as equal partners, something that was uncommon for the Lego group at the time.^[9]: 1063 To ease tensions between Mindstorms and more conventional products, the project team was given autonomy from Lego’s product development process and instead reported directly to the company’s senior management.^[9]: 1064

Promotion of the Lego Mindstorms Robotics Invention System began 6 months before the product was planned to launch.^[8] The product was first soft launched with the opening of the Mindstorms Discovery Center at the Museum of Science and Industry, where children could interact with the Mindstorms Robotics Invention System to complete set tasks, getting them familiar with the product.^[10] The Mindstorms product was launched concurrently with Lego Cybermaster, another Lego product spun off from the MIT programmable brick technology that was more in line with the traditional product philosophies of the Lego group.^[9]: 1067

Instead of being sold at toy stores, the product was sold at electronics stores like BestBuy and CompUSA, due to the relatively high cost of the set.^[8]

Launch[edit]

Lego Mindstorms was released on 1 September 1998^[11] at a retail price of $199. The entire production run (of between 60 and 100 thousand units^[12]) sold out within 3 months.^{[13]: 181 [3]: 30} Despite being aimed towards children, the kit quickly found an audience with adults and hackers of all ages; Lego company surveys had determined that seventy percent of Lego Mindstorms Hobbyists were adults. Shortly following the product’s launch, hobbyists began sharing reverse-engineered versions of the RCX brick’s Microcode and Firmware on the internet, leading to the development of alternative programming languages for the RCX such as «Not Quite C» (NQC) and alternative operating systems for the brick like legOS. The Lego Group was surprised by the products embrace by adult hobbyists, and was not sure how to respond to the sharing of proprietary code. The Mindstorms team would determine that the embrace of the product by the hacking community proved that the product was worth developing; In order to foster this burgeoning community, an official forum was established on the Lego website and a «right to hack» clause was added to end user license agreement of the Lego Mindstorms software.^{[13]: 181–184}

Robotics Discovery Set and Droid, Dark Side Developer Kit[edit]

The Robotics Discovery Set was a more affordable and simpler package than the Robotics Invention Set. Instead of being based on the RCX, it had its own programmable brick called the Scout. An even simpler version of the Scout would be featured in two Star-Wars-themed Mindstorm sets.

Scout[edit]

Lego also released a blue computer called the Scout, which has 2 sensor ports, 2 motor ports (plus one extra if linked with a Micro Scout using a fiber optic cable), and a built-in light sensor, but no PC interface. It comes with the Robotics Discovery Set. The Scout can be programmed from a collection of built-in program combinations. In order to program the Scout, a user must enable «power mode» on it. The Scout can store one program.

The Scout is based on a Toshiba microcontroller with 32 KB of ROM and 1 KB of RAM, where about 400 bytes are available for user programs. Due to the extremely limited amount of RAM, many predefined subroutines were provided in ROM. The Scout only supports passive external sensors, which means that only touch, temperature and other unpowered sensors can be used. The analog-to-digital converters used in the Scout only have a resolution of 8 bits, in contrast to the 10-bit converters of the RCX.^[14]

There was a plan for Lego to create a booster set that allows programming the Scout from a computer with software such as RCX code. However, due to the complexity of this project, it was abandoned.

The RCX can control the Scout brick using the «Send IR Message» program block. The RCX does all of the controlling, and therefore can be programmed with the PC, while the Scout accepts commands. The Scout brick must have all of its options set to «off» during this process.

Micro Scout[edit]

The Micro Scout was added as an entry-level to Lego robotics. It is a very limited Pbrick with a single built-in light sensor and a single built-in motor. It has seven built-in programs and can be controlled by a Scout, Spybotics or RCX unit using VLL. Like the Scout, the Micro Scout is also based on a microcontroller from Toshiba.

The unit was sold as part of the Droid Developer Kit (featuring R2-D2) and later the Dark Side Developer Kit (featuring an AT-AT Imperial Walker).

Robotics Invention System[edit]

The main core of the first generation of Mindstorms sets were the Robotics Invention System sets. These were based around the RCX (Robotic Command eXplorers) brick and the 9 V Lego Technic peripherals available at the time. It also includes three touch-sensors and an optical sensor, using the technology from the earlier 9 V sensors from the pre-Mindstorms sets.

RCX[edit]

The RCX is based on the 8-bit Renesas H8/300 microcontroller, including 32 KB of ROM for low-level IO functions, along with 32 KB of RAM to store high-level firmware and user programs. The RCX is programmed by uploading a program using a dedicated infrared interface. After the user uploads a program, the RCX can run it on its own without the need for computer access. Programs may make use of three sensor input ports and three 9 V output ports, in addition to the IR interface, enabling several RCX bricks to communicate. A built-in LCD can display the battery level, the status of the input/output ports, which program is selected or running, and other information.^[15]

Version 1.0 RCX bricks feature a power adapter jack in addition to batteries. In version 2.0 (as well as later 1.0s included in the RIS 1.5), the power adapter jack was removed. Power adapter-equipped RCX bricks were popular for stationary robotics projects (such as robot arms) or for controlling Lego model trains. In the latter context, the RCX might be programmed with Digital Command Control (DCC) software to operate multiple wired trains.

The IR interface on the RCX is able to communicate with Spybots, Scout Bricks, Lego Trains, and the NXT (using a third-party infrared link sensor). The RCX 1.0 IR receiver carrier frequency is 38.5 kHz, while the RCX 2.0 IR carrier frequency is 76 kHz. Both versions can transmit on either frequency. The RCX communicates with a computer using a Serial or USB IR tower. As the RCX is discontinued, support for the interface is limited on more recent operating systems than Windows XP.

All RCX versions have a unique number printed on them, which could be registered on the now-defunct Lego Mindstorms RCX website. This was necessary to obtain technical support. The first RCX produced is marked «000001,» and was on display at the Mindstorms 10th Anniversary event.^[16]

The Lego RCX was available in new sets from 1998 (Lego Set 9719: Robotics Invention System 1.0) through 2003 (Lego Set 9786: Robo Technology Set, with USB cable). The original RCX 1.0 worked with existing Lego power supply products from the Lego Train theme, Lego Product 70931: Electric Train Speed Regulator 9V Power Adaptor for 120v 60 Hz — US version (Years: 1991 thru 2004), Lego Product 70938: Electric Train Speed Regulator 9V Power Adaptor for 230v 50 Hz — European version (Years: 1991 thru 1996). Both of these products converted wall power to 12VAC, through a coaxial power connector (also called a «barrel connector»), 5.5 mm outside, 2.1 mm inside. These were sometimes sold alone and sometimes available as part of other sets such as Lego Set 4563: Load N’ Haul Railroad (Year: 1991) and Lego Set 10132: Motorized Hogwarts Express (Year: 2004).^{[17][18][19][20][21][22]}

Lego Mindstorms NXT[edit]

Lego Mindstorms NXT was a programmable robotics kit released by Lego in August 2006, replacing the first-generation Lego Mindstorms kit.^[23]
The kit consists of 577 pieces, including: 3 servo motors, 4 sensors (ultrasonic, sound, touch, and light), 7 connection cables, a USB interface cable, and the NXT Intelligent Brick. The Intelligent Brick is the «brain» of a Mindstorms machine. It lets the robot autonomously perform different operations. The kit also includes NXT-G, a graphical programming environment that enables the creation and downloading of programs to the NXT. The software also has instructions for 4 robots: Alpha-Rex (a humanoid), Tri-Bot (a car), Robo-Arm T-56 (a robotic arm), and Spike (a scorpion)

Lego Mindstorms NXT 2.0[edit]

The Lego Mindstorms NXT 2.0 was launched on 5 August 2009. It contains 619 pieces (includes sensors and motors), two Touch Sensors, an Ultrasonic Sensor, and introduced a new Color Sensor. The NXT 2.0 uses Floating Point operations whereas earlier versions use Integer operation.^[24] The kit costs around US$280.

Lego Mindstorms EV3[edit]

The Lego Mindstorms EV3 is the third generation Lego Mindstorms product. EV3 is a further development of the NXT.^[25][26] The system was released on 1 September 2013. The Lego Mindstorms EV3 set includes motors (2 large servo motor and 1 medium servo motor), sensors (2 touch sensors, ultrasonic sensor, color sensor, infrared sensor, and the new gyro sensor), the EV3 programmable brick, 550+ Lego Technic elements and a remote control (the Infrared Beacon, which is only on Home/Retail mode). The EV3 can be controlled by smart-devices. It can boot an alternative operating system from a microSD card, which makes it possible to run ev3dev, a Debian-based operating system.

Lego Education Spike Prime[edit]

Spike Prime was announced in April 2019.^[27] While not being part of the Mindstorms product line, the basic set includes three motors (1 large 2 medium) and sensors for distance, force and color^[28] a controller brick based on an STM32F413 microcontroller^[29] and 520+ Lego Technic elements.^[30]

Lego Mindstorms Robot Inventor[edit]

Lego Mindstorms Robot Inventor was announced in June 2020^[31] and released later in autumn. It has four medium motors from Spike Prime, two sensors (distance sensor and color/light sensor) also from Spike Prime, a Spike Prime hub with a six-axis gyroscope, an accelerometer, and support for controllers and phone control. It also has 902+ Lego Technic elements.

Programming languages[edit]

Name	Device	Program type	Language type(s)	Notes	Links
RCX	NXT	EV3	Runs on Brick	Remote control
Actor-Lab						Custom flowchart-like language
Ada		Yes				Ada	Requires nxtOSEK
Ada Interface to Mindstorms						Ada
App Inventor		Yes				App Inventor	Specific support for Lego Mindstorms NXT sensors and motors
brickOS	Yes	No	No			C, C++		website
Ch						C, C++ interpreter	Control Lego Mindstorms in C/C++ interactively without compiling
clang						C, C++
CoderZ			Yes	Yes	No	Java	Works with Blockly or with Java (using LejOS). Also includes an online 3D simulator[32]	website
Cpp4Robots	No	No	Yes	Yes		C/C++	Cpp4Robots is extension (plug-in) for Microsoft Visual Studio environment; allows programming Lego EV3 in native C/C++ language and in Microsoft Visual Studio development environment; works with default firmware in EV3 Brick	website
DialogOS						Graphical flowchart for voice controlled robots	DialogOS combines speech recognition and speech synthesis with robotics, enabling building talking robots that react to voice commands
Enchanting		Yes				Drag and drop, similar to NXT-G	Program robots simply by dragging the line of functions
EV3Basic	No	No	Yes	Yes	Yes	Microsoft Small Basic		website
ev3_scratch			Yes	No	Yes	Scratch (programming language)	Code runs in the browser relaying commands to EV3 robot over Bluetooth
FLL NXT Navigation		Yes				Uses NXT-G and .txt files
GCC						C, C++, Objective-C, Fortran, Java, Ada, others
Gnikrap	No	No	Yes	Yes	Yes	JavaScript, Scratch like programming		website
GNU Toolchain for h8300						C/C++, Assembly language (ASM)
HVM			Yes			Development environment for the Java language for the Mindstorms EV3, Eclipse-based	Works with Java 1.7; works with standard Lego firmware; needs no microSD card; needs a wireless bluetooth dongle for the EV3	website
Interactive C						C-style language	Language developed for the MIT Lego Robot Design Contest
jaraco.nxt		Yes			Yes	Python	Python modules providing low-level interfaces for controlling a Lego NXT brick via Bluetooth; includes code to control motors with an Xbox 360 controller using pyglet
LabVIEW		Yes	Yes	Yes	Yes	National Instruments LabVIEW visual programming language (G code)	Core language used to develop Mindstorms NXT software. Can use available add-on kit to create and download programs to NXT, create original NXT blocks or control robot directly via USB or Bluetooth using NXT fantom.dll
Lego Mindstorms EV3 API for .NET	No	No	Yes	No	Yes	.NET, WinJS and C++	A .NET API for the Lego Mindstorms EV3 brick usable from desktop, Windows Phone, and WinRT; this API can connect, control, and read sensor data from Lego EV3 bricks over Bluetooth, WiFi, or USB	website
Lego.NET						Anything that can compile to CIL, works best with C#	Does not come with a compiler, converts CIL to machine code
Lego::NXT		Yes		No	Yes	Perl	Set of Perl modules providing real-time low-level control of a Lego NXT brick over Bluetooth.
LegoLog						Prolog	Uses an NQC program to interpret commands send from the PC running the Prolog code
LegoNXTRemote		Yes		No	Yes	Objective-C	Remote control program for remotely operating and programming a Lego NXT Brick. Supports NXT 2.0 and 1.0, sensors, all 3 motors, automatic «steering» control, and running preloaded programs.
leJOS	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Java	A java based system for advanced programmers can handle most sensors and things like GPS, speech recognition and mapping technology. Can be interfaced with the Eclipse IDE or run from the command line
Lestat						C++	Allows controlling the NXT directly from any C++ program in Linux
librcx						C/C++	A library for GCC
Logitech SDK						Visual Basic, Visual C++	Can be combined with an RCX control library such as spirit.ocx from the MindStorms SDK to make use of the Lego Cam
Microsoft Visual Programming Language (VPL)		Yes		No	Yes	Graphical flowchart, based on .NET	With the Microsoft Robotics Studio, it uses a native NXT program msrs to send and receive messages to and from a controlling program on a computer via Bluetooth
Mindstorms SDK						Visual Basic, Visual C++, MindScript, LASM	Does not need VB to use the VB features as MS Office comes with a cut down version of VB to make macros
Monobrick			Yes	Yes	Yes	C#	.NET 4.5. Firmware running from SD card.	website
NQC	Yes			Yes		NQC, a C-like language
NXT++						C++	Allows controlling the NXT directly from any C++ program, in Visual Studio, Windows.
NXT_Python		Yes		No	Yes	Python	Package to control a Lego NXT robot using Python language; can communicate via USB or Bluetooth
NXT-Python		Yes		No	Yes	Python	Based on NXT_Python, includes additional advanced features, support for around 30 sensors, and multiple brick connection backends. Works on Windows, Linux, Mac.
NXTGCC						Assembly, C, makefiles, Eclipse, etc.	The first GCC toolchain for programming the Lego Mindstorms NXT firmware.
nxtOSEK						C/C++
OCaml-mindstorm						OCaml	Module to control Lego NXT robots using OCaml through the Bluetooth and USB interfaces.
OnScreen						A custom language which can be programmed directly on the RCX
pbForth	Yes					Forth	No longer developed.
pbLua		Yes				API for the Lua programming language for the Mindstorms NXT, text-based	pBLua: … is written in portable C, with minimal runtime requirements; can be compiled on the fly on NXT; is a small, easy to read, and easy to write language; has extensive documentation available online and in dead-tree format, and a very friendly newsgroup	website
PBrickDev						PBrickDev, a flowchart based language.	Has more function than the RIS language, such as datalogs and subroutines, multithreading
PRO-BOT						A kind of Visual Basic/spirit.ocx-based language	Designed for robots which are in contact with the workstation at all times
Processing		Yes				Java (simplified, programmed C-style)	Processing (programming language) is an open source programming language and environment to program images, animation, and interactions. It is used by students, artists, designers, researchers, and hobbyists for learning, prototyping, and production; the NXTComm Processing library developed by Jorge Cardoso can control the NXT with Processing
QuiteC						C	A library for use with GCC and comes with GCC for Windows.
RCX Code	Yes					RCX Code, a custom flowchart-based language	Included in the Mindstorms consumer version sold at toystore
ROBOLAB	Yes					A flowchart language based on LabVIEW	This is the programming environment offered to schools who use MindStorms, supports the Lego Cam. The programming structure simulates a flowchart design structure almost icon by icon. Therefore, it helps users a great deal in terms of translating from a flowchart design to Robolab icons.
RoboMind						Simple educational scripting language available from Arabic to Ukrainian.	The RoboMind learning environment allows to quickly develop and test scripts for a virtual robot environment. The scripts can then directly be transferred to a Lego Mindstorms NXT robot. It works on the standard firmware.
RoboRealm						A multi-platform language that works with IRobot Roomba, NXT, RCX, VEX, and many other popular robotic sets; can also process video using a webcam, this gives a robot excellent vision since it can filter out certain colors, lock-on to a certain area of color, display variables from the robot or computer, and much more; software works with keyboard, joystick, mouse
Robot JavaScript		No	Yes	Yes	Yes	JavaScript	A compiler that compiles JavaScript code for EV3 robots. Includes syntax highlighting, code sharing, over 100 example programs, and verbose compiler messages. Object oriented language. Free.	website
ROBOTC	Yes	Yes	Yes	Yes		An integrated development environment targeted towards students that is used to program and control Lego NXT, VEX, RCX and Arduino robots using a programming language based on the language C.	ROBOTC gives the ability to use a text-based language based on the C language. It includes built-in debugger tools, (but not limited to) code templates, math/trigonometry operations (sin, cos, tan, asin, acos… etc.), user-friendly auto-complete function built into the interface, built-in sample programs. This deserves a special note for its debugging tool. Any developer will know how important it is to have a good debugging tool. Among all other robotics programming languages which support Mindstorms platform, RobotC’s debugging environment is noteworthy; but it is not free.
Robotics.NXT		Yes			Yes	Haskell	A Haskell interface over Bluetooth; it supports direct commands, messages and many sensors (also unofficial), and supports a simple message-based control of a NXT brick via remotely executed program (basic NXC code included)
Robot Operating System (ROS)						A Linux based library for writing robots; the stack «nxt» provides interface with the NXT
ruby-nxt		Yes			Yes	Ruby	Provides low-level access to the NXT via Bluetooth and some preliminary high-level function
RWTH – Mindstorms NXT Toolbox		Yes			Yes	MATLAB	Interface to control the NXT from MATLAB via Bluetooth or USB; open-source
Simulink (Lego Mindstorms NXT Support)		Yes				Simulink	Provides a one-click rapid programming tool for the NXT; C code is automatically generated from a graphical Simulink model; code is then deployed and downloaded onto the NXT, from where it can be run; the Mathworks provides an array of graphical blocks that represent various sensors and actuators that the NXT uses
SqLego						Squeak
Swift / Robotary			Yes	Yes		Swift (programming language)	Robotary is a Mac robotics studio that uses the Swift programming language	website
TclRCX	Yes					Tcl
Terrapin Logo						LOGO
TinySoar						Soar	An implementation of the Soar artificial intelligence architecture that runs on the RCX brick; Soar incorporates acting, planning, and learning in a rule-based framework
TinyVM	Yes					Java	A predecessor to the lejos language. An open source Java based replacement firmware for the Lego Mindstorms RCX microcontroller.
Transterpreter (The)						Occam
TuxMinds						(Linux) GUI for various distributions, an open source IDE based on Qt. Supports a lot of bots. RCX, NXT and Asuro are predefined.	With the XML-based configuration file almost any kind of bot (or microcontroller) can be added. Own equipment can be added in the same manner.
URBI by Gostai for Lego Mindstorms NXT						URBI, C++, Java, Matlab	Easy to use parallel and event-driven script language with a component architecture and opensource interfaces to many programming languages. It also offers voice/speech recognition/synthesis, face recognition/detection, Simultaneous localization and mapping, etc.
Vision Command	Yes					RCX Code	Official programming language for use with the Lego Cam, allows control of robots with color, motion, and light flashes
XS						Lisp

Use in education[edit]

Mindstorms kits are also sold and used as an educational tool, originally through a partnership between Lego and the MIT Media Laboratory.^[33][34] The educational version of the products is called Mindstorms for Schools or Mindstorms Education, and later versions come with the ROBOLAB GUI-based programming software, developed at Tufts University^[35] using the National Instruments LabVIEW as an engine.

See also[edit]

• FIRST Lego League
• World Robot Olympiad (WRO)
• Robofest
• FIRST Tech Challenge
• RoboCup Junior
• Lego Education (WeDo 2.0)
• Big Trak
• iRobot Create
• Robotis Bioloid
• The Robotic Workshop
• Robotics suite
• C-STEM Studio
• Botball

References[edit]

Further reading[edit]

• Bagnall, Brian. Maximum Lego NXT: Building Robots with Java Brains. Variant Press. 2007. ISBN 0-9738649-1-5.
• Bagnall, Brian. Core Lego Mindstorms. Prentice-Hall PTR. 2002. ISBN 0-13-009364-5.
• Baum, Dave. Definitive Guide to Lego Mindstorms, 2nd ed. Apress. 2002. ISBN 1-59059-063-5.
• Erwin, Benjamin. Creative Projects with Lego Mindstorms (book and CD-ROM). Addison-Wesley. 2001. ISBN 0-201-70895-7.
• Ferrari et al. Building Robots with Lego Mindstorms: The Ultimate Tool for Mindstorms Maniacs. Syngress. 2001. ISBN 1-928994-67-9.
• Gindling, J., A. Ioannidou, J. Loh, O. Lokkebo, and A. Repenning., «Legosheets: A Rule-Based Programming, Simulation and Manipulation Environment for the Lego Programmable Brick», Proceeding of Visual Languages, Darmstadt, Germany, IEEE Computer Society Press, 1995, pp. 172–179.
• Breña Moral, Juan Antonio. Develop LeJOS programs Step by Step.

External links[edit]

• Official website
• Lego Mindstorms at Curlie

LEGO Mindstorms — это набор механических деталей для создания настоящего программируемого робота и роботизированных устройств. В составе наборов — управляемый блок, различное количество деталей, соединяемых между собой, а также электронно-механических блоков, реле, сервоприводов, звеньев и цепей, с помощью которых можно сконструировать любую автоматизированную машину, конвеер, манипулятор или двигающегося робота и задать нужную программу действий для полноценной работы

История LEGO Mindstorms

Уже более 20 лет юные инженеры используют в своих навыках роботостроения конструкторские разработки из наборов LEGO Mindstorms. Интересно, что по статистике именно они являются наиболее продаваемым продуктом бренда. История их возникновения началась ещё в 1986 году, когда появился первый компьютер-контроллер LEGO. Чуть позже бренд начал сотрудничество с одним из ведущих институтов Америки и собрали команду талантливых программистов. Благодаря их стараниям уже в 1998 году на международной конвенции в Лондоне был представлен первый LEGO Mindstorms.

Хронология моделей:

I поколение RCX

LEGO Mindstorms, 1998 год

Первая модель конструктора LEGO Mindstorms, состоящего из набора стандартных деталей LEGO с чертежами по сборке собственного прототипа подвижного робота.

(Шагающий робот)

Немного позже были разработаны RoboSports и Extreme Creatures, которые представили потребителям Америки и Великобритании. В ноябре 1998 года была создана первая Лига LEGO, которую основали Дим Кармен и Кирк Кристиансен. Именно тогда и провели первые соревнования между учениками старшей школы по созданию роботов на основе набора LEGO MINDSTORMS.

II поколение NXT

LEGO Mindstorms NXT 1.0, 2006 год

Mindstorms NXT 1.0 версия, ставшая особенно популярной. Базовый набор выпускался в двух комплектациях:

8527 LEGO MINDSTORMS NXT — коммерческий набор из 577 деталей;

9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set — образовательный набор, предусмотренный для обучения робототехники, содержит 431 деталь.

(Гусеничный робот)

Версии объединяет наличие интеллектуального блока NXT («кирпичик») с прошивкой, которую можно обновить.

LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. 8547, 2009 год

8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0. — обновление версии коммерческого набора, дополненной новым функционалом с 619 деталями.

(Боевой робот)

LEGO MINDSTORMS Education Resource Set 9648/9695, 2010 год

LEGO MINDSTORMS Education Resource Set 9648 и 9695 — дополнение к конструктору в виде ресурсного набора, 817 деталей. Наборы допущены к участию во Всемирной олимпиаде роботов (World Robot Olympiad проводится с 2004 года, 54 страны участников).

Версии наборов позволяют строить различные модели роботов, создавать свои версии с функционалом по собственным проектам, например робот игрок в гольф, роботизированный манипулятор-рука, гусеничный робот, а также создавать сложную схему, соединенных между собой конвеерных роботов.

(Промышленно-конвеерный робот из наборов Лего)

III поколение EV3

LEGO MINDSTORMS EV3, 2013 год

Следующие годы LEGO MINDSTORMS активно развивались, в них внедряли инновационные технологии и решения. В результате выпущены целых три набора третьего поколения программируемых роботов — EV3.

LEGO MINDSTORMS EV3 — принципиально новое поколение конструктора с полной поддержкой функционала из предыдущих версий конструктора. Поставляется в трех версиях:

LEGO Mindstorms EV3 31313

LEGO Mindstorms EV3  31313 — это домашняя версия, которая состоит из 601 детали и отлично подойдёт для детей старше 6 лет.

LEGO Mindstorms EV3  45544

LEGO Mindstorms EV3  45544 — набор для школьников, а также кружков робототехники и электроники. Наборы состоят из 541 детали.

LEGO Mindstorms EV3  45560

LEGO Mindstorms EV3  45560 — это продуманный ресурсный набор, дополняющий школьную версию 45544, дает больше возможностей из 853 деталей.

База. Наборы и компоненты

Набор состоит из:

• — Управляющий блок
• — Комплект деталей и компонентов.

Все комплекты состоят из набора деталей, взаимоподключаемые между разными версиями.

(3 поколения управляющих блоков RCX/NXT/EV3)

Главная часть каждой версии из трех поколений LEGO MINDSTORMS центральный управляющий блок (также блоки имеют модификации 1.0; 2.0 и 3.0) с возможностью апгрейда внутри каждой версии.

(Разновидности моделей из наборов LEGO Mindstorms)

Наборы могут быть базовыми и ресурсными. В составе базового набора — необходимое количество деталей для создания простых роботов. Ресурсные — состоят из большего разнообразия для более сложного построения и решения задач. Отдельные детали и сенсоры выпускает, как сама LEGO, так и сторонние производители HiTechnic, Mindsensors.

Аппаратно-программная платформа Lego

Lego Mindstorms

Робот на платформе NXT
Тема	Робототехника
Доступность	1998 (1998) —
Официальный веб-сайт

Lego Mindstorms — это аппаратная и программная структура, созданная Lego для разработки программируемых роботов на основе строительных блоков Lego. Каждая версия системы включает в себя компьютерный блок Lego, который управляет системой, набором модульных датчиков и двигателей, а также детали Lego из линии Technic для создания механических систем.

Исходная система Система изобретений робототехники, NXT, NXT 2.0 и EV3. С каждым выпуском платформы возможности двигателя и датчик расширялись. Последняя система, Lego Mindstorms EV3, была выпущена 1 сентября 2013 года. Некоторые соревнования роботов используют этот набор, например ПЕРВАЯ Лего Лига и Всемирная олимпиада роботов <349.>Содержание

• 1 История
• 2 Pre-Mindstorm
  • 2.1 Компьютерные интерфейсы
  • 2.2 Technic Control Center
  • 2.3 Cybermaster
  • 2.4 Codepilot
• 3 Robotics Discovery Set и Droid / Darkside Developer Kit
  • 3.1 Scout
  • 3.2 Micro Scout
• 4 Система изобретений робототехники
  • 4.1 RCX
  • 4.2 Пакеты расширения
• 5 Lego Mindstorms NXT
  • 5.1 Образовательная версия Lego Mindstorms NXT
• 6 Lego Mindstorms NXT 2.0
• 7 Lego Mindstorms EV3
• 8 Языки программирования
• 9 Использование в образовании
• 10 Сообщество
• 11 См. Также
• 12 Цитаты
• 13 Дополнительные ссылки
• 14 Внешние ссылки

История

Первоначальная система изобретений робототехники Lego Mindstorms родилась в результате сотрудничества Массачусетского технологического института (MIT) и группы компаний Lego. В 1985 году Кьельд Кирк Кристиансен, тогдашний главный исполнительный директор (генеральный директор) Lego Group, услышал о работе Сеймура Паперта из Массачусетского технологического института и был поражен тем, похожи его цели обучения через строительство на цели Новое образовательное предназначение Lego Группа. Lego Group начала сотрудничество с Media Lab Papert, финансируя их исследования и делясь идеями. В результате этого сотрудничества (а также работы группы «Эпистемология и обучение» Митчела Резника) возникла идея дать детям возможность использовать язык программирования LOGO для управления роботами из кубиков Lego собственной конструкции, подключенными к компьютеру.. В 1988 году в Media Lab был создан компьютер, совместимый с Lego Brick, который можно было использовать для управления роботом без подключения к настольному компьютеру. В компании Lego Group проявился интерес к коммерциализации этого Brick-совместимого компьютера, как только персональные компьютеры получили широкое распространение, и в 1996 году Lego Group начала развивать этот компьютер в то, что в конечном итоге стало известно как система изобретений робототехники.

В 1996 году недавно созданное подразделение Lego Education по домашнему обучению начало с помощью «Серого кирпича» от Media Lab в официальном продукте. В то же время Media Lab работала с группой эпистемологии и обучения над разработкой версии «Серого кирпича» специально для инструкций в классе. Команда eXplorer (RCX) и «Красный кирпич» от Media Lab. Жидкокристаллический диодный (ЖКД) дисплей, используемый совместно двумя блоками, был специально запрошен учителями, опрошенными группами эпистемологии и исследований, чтобы отображать двигатели или датчики в реальном времени. Оба модуля также запускали программы, созданные с помощью визуального программирования, RCX — с помощью программного обеспечения для кодирования, основанного на блоках LOGO Blocks MIT. Команда разработчиков проекта Mindstorms была вынуждена переработать язык после того, как обнаружила, что он слишком сложен для целевой аудитории (10-14-летние мальчики), из-за чего они пропустили первоначальную дату запуска в 1997 году. Роботизированная система изобретений Lego Mindstorms 1.0 была выпущена в сентябре 1998 года.

Pre-Mindstorm

Перед Mindstorms компания Lego ранее экспериментировала с роботизированными наборами. Одной основной из основ этих наборов была система Lego Technic и ее система на 4,5 В, а затем и на 9 в периферийных электрических устройствах, которые развивались на протяжении 1980-х годов.

Компьютерные интерфейсы

Одним из первых примеров программируемого Lego был адаптер LEGO Interface-A, который использовался только для образовательной системы Lego Dacta TC-Logo. Эти наборы середины-конца 1980-х годов предоставляют специальный аппаратный интерфейс для управления системой Lego Technic 4,5 В с помощью компьютера, впервые были представлены электрические датчики Lego. Управление этим интерфейсом осуществлялось на IBM-PC или Apple-IIe с помощью специальной версии Logo, простой язык программирования, разработанный для использования в образовании детей. В середине 1990-х Lego Dacta Control Lab выпустила в качестве продолжения системы Lego 9 V, используя стандартный последовательный порт, а не пользовательскую интерфейсную карту. Этот шаг также представил новые датчики 9, которые позже станут главными помощниками наборов Mindstorms первого поколения. Стоит отметить, что в контрольной лаборатории были порты для активных и пассивных датчиков, более поздние продукты, такие как Mindstorms первого поколения, выделенные типы типов на одних и тех же портах.

Technic Control Center

Центр управления (1990 г.) был первым программируемым автономным продуктом Lego в том смысле, что он имел возможность хранить программы на основе последовательностей и запускать их. Он имел три порта ввода и ручное управление, и он был снабжен только линейными вводом ручного ввода плюс информацию о времени. Он мог хранить до двух программ одновременно.

Ручное управление можно использовать для независимого управления тремя двигателями. Записать программу; контроллер нужно было перевести в режим программирования, и любое ручное управление записывалось в программу. Паузы также могут быть включены в программу. Когда запись была сделана, контроллер мог успешно вызвать и выполнить любое ручное действие, выполненное во время записи. Выполняющуюся программу можно настроить на бесконечный цикл.

Cybermaster

Lego Cybermaster

Cybermaster в основном продавался в Европе и Австралии / Новой Зеландии и в течение короткого времени был доступен в Штатах через журналы Lego Club. Он был ориентирован на более старшую аудиторию как ранняя попытка слияния с робототехникой и Lego.

Блок имеет много общих функций, особенно программного обеспечения, с RCX, но отличается по внешнему четырем техническим характеристикам: один выход (плюс два встроенных) и датчик.

• Он использует RF (диапазон 27 МГц R / C) вместо ИК для связи.
• Он имеет два встроенных двигателя со встроенными тахометрами и спидометры.
• Он ограничен пассивными датчиками (простой A / D с внутренними подтягивающими резисторами).
• Датчики, поставляемые с ним, имеют кодировку и имеют внутренние резисторы в разомкнутом состоянии (позволяет Pbrick определять, какой датчик подключен к какому порту).
• Он имеет фиксированную прошивку (поэтому его нельзя обновить или заменить).
• Он ограничен ОЗУ для программ (395 байт) и только один программный слот.

Несмотря на очевидные ограничения, он имеет преимущество по сравнению со своим «старшим братом», RCX.

• РЧ-канал имеет больший диапазон и является всенаправленным.
• Встроенные датчики тахометра и спидометра на внутренних двигателях обеспечивают ту же функцию, что и внешний датчик вращения для RCX, но без использования портов датчиков.

Это делает его очень полезным для различных мобильных платформ и выполнения сложных задач / позиционирования.

Он использует тот же протокол, что и RCX, но не может связываться напрямую с ним (из-за инфракрасного или радиочастотного), но с ретранслятором (компьютером с 2 последовательными портами и простой программой) они могут связываться косвенно.

Codepilot

Продается как часть набора Barcode Truck. Этот блок был первым программируемым кирпичом (или Pbrick). Он оснащен одним двигателем, одним сенсорным датчиком и датчиком освещенности. Его можно запрограммировать, настроив его на «обучение» и используя датчик освещенности для подачи команд со штрих-кодом. Набор команд очень ограничен. Временной штрих-код представляет собой всего лишь серию вариантов света, эта форма ввода команд была названа VLL (Visual Light Link) и использовалась в нескольких более поздних моделях Lego.

Набор Robotics Discovery и Комплект разработчика Droid / Darkside

Набор Robotics Discovery был более доступным и простым набором, чем набор Набор Robotics Invention Set. Вместо того, чтобы быть основанным на RCX, у него был собственный программируемый блок под названием Scout. Еще более простая версия Разведчика также представлена ​​в двух наборах Mindstorms, посвященных Звездным войнам.

Scout

Lego также выпустила синий компьютер под названием Scout, который имеет 2 порта для датчиков, 2 порта для двигателей (плюс один дополнительный, если он связан с Micro Scout с помощью оптоволоконного кабеля <183)>. ) и встроенный датчик освещенности, но без интерфейса ПК. Он поставляется с набором Robotics Discovery Set. Scout можно запрограммировать с помощью набора встроенных программных комбинаций. Чтобы запмировать Scout, пользователь должен включить на нем «режим питания». Скаут может хранить одну программу.

Scout основан на микроконтроллере Toshiba с 32 КБ ПЗУ и 1 КБ ОЗУ, из которых около 400 байт доступно для пользовательских программ. Из-за ограничения ограниченного объема ОЗУ многие предопределенные подпрограммы были предоставлены ПЗУ. Scout поддерживает только пассивные внешние датчики, что означает, что можно использовать только датчики прикосновения, температуры и другие отключенные от питания датчики. аналого-цифровые преобразователи, используемые в Scout, имеют разрешение только 8 бит, в отличие от 10-битных преобразователей RCX.

Lego планировала создать набор бустеров, позволяющий программировать Scout с помощью программного обеспечения, такого как код RCX. Однако из-за сложности этого проекта от него отказались.

RCX может управлять блоком Scout с помощью блока «Отправить ИК-сообщение». RCX выполняет все функции управления и, следовательно, может быть запрограммирован с помощью ПК, а Scout принимает команды. Все параметры блока Scout должны быть отключены.

Micro Scout

Micro Scout был добавлен в качестве начального уровня в робототехнику Lego. Это очень ограниченный Pbrick с одним встроенным датчиком освещенности и одним встроенным двигателем. Он имеет семь встроенных программ и может управляться Scout, Spybotics или RCX с помощью VLL. Как и Scout, Micro Scout основан на микроконтроллере от Toshiba.

. Устройство было продано как часть Droid Developer Kit (с R2-D2 ), а позже — Darkside Developer Kit. (с изображением AT-AT Imperial Walker ).

Система изобретений робототехники

Основным ядром наборов Mindstorms первого поколения были наборы изобретений робототехники. Они были основаны на кирпичике RCX (Robotic Command eXplorers) и периферийных устройств LEGO Technic 9 В, доступных в то время. Он также включает в себя три сенсорных датчика и оптический датчик, использующий систему более ранних датчиков 9 В наборов перед Mindstorms.

RCX

Программируемый блок RCX первого поколения

RCX основан на однобитном Renesas H8/300 микроконтроллере, включая 32 КБ ПЗУ для низкоуровневых функций ввода программ, вывода, а также 32 КБ ОЗУ для хранения высокоуровневого микропрограммного обеспечения и пользовательских. RCX программируется путем загрузки программы с использованием выделенного инфракрасного интерфейса. После, как пользователь загружает программу, RCX может запускать ее самостоятельно без необходимости доступа к компьютеру. Программы могут использовать три входных порта и три выходных порта 9 В дополнение к ИК-интерфейсу, что позволяет нескольким модулям RCX обмениваться данными. Встроенный ЖК-дисплей может отображать уровень заряда батареи, состояние портов ввода / вывода, выбранную или запущенную программу и другую информацию.

Модули RCX версии 1.0 имеют питание разъем адаптера, а не только батареи. В версии 2.0 (а также более поздних версиях 1.0, включенных в RIS 1.5) разъем адаптера питания был удален. Блоки RCX с адаптером питания были популярны для проектов стационарной робототехники (например, манипуляторов) или для управления моделями поездов Lego. В последнем контексте RCX может быть запрограммирован с помощью программного обеспечения Digital Command Control (DCC) для управления территориями проводными поездами.

ИК-интерфейс на RCX может взаимодействовать с Spybots, Scout Bricks, Lego Trains и NXT (используя третий -партийный инфракрасный датчик связи). Несущая частота ИК-приемника RCX 1.0 составляет 38,5 кГц, а несущая частота ИК-приемника RCX 2.0 — 76 кГц. Обе версии могут передаваться на любую част. RCX обменивается данными с компьютером через последовательный или USB ИК-порт. RCX больше не выпускается, поддержка интерфейса ограничена более свежими операционными системами, чем Windows XP.

На всех версиях RCX напечатан уникальный номер, который можно зарегистрировать на ныне несуществующем веб-сайте Lego Mindstorms RCX. Это было необходимо для технической поддержки поддержки. Первый выпущенный RCX имеет маркировку «000001» и демонстрировался на мероприятии к 10-летию Mindstorms.

Пакеты расширения

Для системы изобретений робототехники было сделано шесть пакетов расширения. Большинство наборов расширений содержит больше деталей и инструкций. Эти наборы включают:

• RoboSports
• Extreme Creatures
• Ultimate Accessory Set
• Vision Command
• Exploration Mars
• Ultimate Builders Set

Среди известных наборов — Ultimate Accessory Set, допуск больше датчиков и ИК-пульт дистанционного управления для отправки команд на RCX. Другой примечательный набор, Vision Command, поставлялся с камерой Lego и специальным программным продуктом. Это программное обеспечение могло обнаруживать различное освещение, движение и цвета.

Lego Mindstorms NXT

Lego Mindstorms NXT — это программируемый робототехнический комплект, выпущенный Lego в июле 2006 года, заменивший LEGO Mindstorms первого поколения.. В комплект входит 577 деталей, в том числе: 3 серводвигателя, 4 датчика (ультразвуковой, звуковой, сенсорный и световой ), 7 соединительных кабелей, интерфейсный кабель USB и интеллектуальный модуль NXT. Intelligent Brick — это «мозг» машины Mindstorms. Это позволяет роботу автономно выполнять различные операции. В комплект также входит NXT-G, графическая среда программирования, которая позволяет создавать и загружать программы в NXT. В программе также есть инструкции для 4 роботов; Alpha-Rex (гуманоид), Tri-Bot (машина), Robo-Arm T-56 (роботизированная рука) и Spike (скорпион)

Lego Mindstorms NXT Educational Version

Это образовательная версия набора NXT от Lego Education, предназначенного для использования в школе. Программное обеспечение продавалось отдельно (но сейчас его можно загрузить бесплатно ), а также набор учебных материалов для наилучшего. В его состав входят датчик освещенности, ультразвуковой датчик, датчик звука, три лампы и пара сенсорных датчиков. Первый набор состоит примерно из 400 штук, дополнительный — из примерно 600 штук. Версия для учебных заведений больше всего подходит для тех, у кого есть старые версии наборов Mindstorms, в основном благодаря трем кабелям конвертера.

Lego Mindstorms NXT 2.0

Модель Lego Mindstorms NXT 2.0 была выпущена 5 августа 2009 года. Она включает в себя 619 деталей (включая датчики и двигатели), двух сенсоров касания и Ультразвуковой датчик и представил новый датчик цвета. NXT 2.0 использует операции с плавающей точкой, тогда как более ранние версии используют целочисленные операции. Набор стоит около 280 долларов США.

Датчик цвета Mindstorms

Lego Mindstorms EV3

Блок Lego Mindstorms EV3

Lego Mindstorms EV3 — это продукт Lego Mindstorms третьего поколения. EV3 — это дальнейшее развитие NXT. Система была выпущена 1 сентября 2013 года. В набор LEGO MINDSTORMS EV3 входят двигатели, датчики, программируемый блок EV3, 550+ элементов LEGO Technic и пульт дистанционного управления. EV3 можно управлять с помощью смарт-устройств. Он может использовать альтернативную операционную систему с карты microSD, что позволяет запускать ev3dev, операционную систему на основе Debian.

Языки программирования

Имя	Устройство	Тип программы	Тип (ы) языка	Примечания	Links
RCX	NXT	EV3	Runs On Brick	Remote Control
Actor-Lab						в виде пользовательского блока -схемы язык
Ada		Да				Ada	Требуется nxtOSEK
Интерфейс Ada для MindStorms						Ada
App Inventor		Да				App Inventor	Специальная поддержка LEGO ™ MINDSTORMS ™ Датчики и двигатели NXT
brickOS	Да	Нет	Нет			C /C ++		сайт
Ch						Интерпретатор C / C ++	Управляйте Lego Mindstorms на C / C ++ в интерактивном режиме без компиляции
clang						C, C ++
CoderZ			Да	Да	Нет	Java	Работает с Blockly или с Java (с использованием LejOS). Также включает в себя онлайн-симулятор 3D	веб-сайт
Cpp4Robots	Нет	Нет	Да	Да		C / C ++	Cpp4Robots — расширение (плагин) для среды Microsoft Visual Studio. Это расширение позволяет программировать Lego EV3 на родном языке C / C ++ и в среде разработки Microsoft Visual Studio. Это расширение Cpp4Robots работает со встроенным ПО по умолчанию в модуле EV3.	веб-сайт
DialogOS						Графическая блок-схема для роботов с голосовым управлением	DialogOS сочетает в себе распознавание речи и синтез речи с робототехникой, позволяя создавать говорящих роботов, которые реагируют на ваши голосовые команды.
Зачарование						Перетаскивание, аналогично NXT-G	Программируйте своих роботов, просто перетаскивая строку функций.
EV3Basic	Нет	Нет	Да	Да	Да	Microsoft Small Basic		веб-сайт
ev3_scratch			Да	Нет	Да	Scratch (язык программирования)	Скретч-код запускается в браузере, передавая команды роботу EV3 через Bluetooth.
FLL NXT Navigation		Да				Использует файлы NXT-G и.txt
GCC						C /C ++, Objective-C, Fortran, Java, Ada и другие
Gnikrap	Нет	Нет	Да	Да	Да	JavaScript / Программирование с нуля		веб-сайт
GNU Toolchain для h8300						C / C ++, ASM
HVM			Да			Среда разработки для Java язык программирования для Mindstorms EV3, на основе Eclipse	Работает с Java 1.7. Работает со стандартной прошивкой Lego. Не требует карты microSD. Требуется беспроводной Bluetooth-ключ для веб-сайта EV3
Интерактивный C						язык в стиле C.	Язык, разработанный для конкурса MIT Lego Robot Design Contest
jaraco.nxt		Да			Да	Python	Модули Python, обеспечивающие низкоуровневые интерфейсы для управления блоком Lego NXTчерез Блютус. Также включает код для управления двигателями с помощью контроллера Xbox 360 с помощью пиглета.
LabVIEW		Да	Да	Да	Да	National Instruments LabVIEW язык визуального программирования (код G)	Основной язык, использование для разработки программного обеспечения Mindstorms NXT. Можно использовать доступный дополнительный комплект для создания и загрузки программ в NXT, создания оригинальных блоков NXT или управления роботом напрямую через USB или Bluetooth с помощью NXT fantom.dll
LEGO MINDSTORMS EV3 API для.NET	Нет	Нет	Да	Нет	Да	.NET, WinJS и C ++	.NET API для блока LEGO MINDSTORMS EV3, который можно использовать с настольных компьютеров, Windows Phone и WinRT. С помощью этого API вы можете подключаться, контролировать и считывать данные датчиков с вашего кирпичика LEGO EV3 через Bluetooth, Wi-Fi или USB.	веб-сайт
Lego.NET						Все, что может компилироваться в CIL, лучше всего работает с C#	Не поставляется с компилятором, преобразует CIL в машинный код
Lego :: NXT		Да		Нет	Да	Perl	Набор модулей Perl, обеспечивающих низкоуровневое управление блоком Lego NXT в режиме реального времени через Bluetooth.
LegoLog						Пролог	Использует программу NQC для интерпретации команд, отправляемых с ПК, на котором запущен код Пролога
LegoNXTRemote		Да		Нет	Да	Objective-C	Программа дистанционного управления для дистанционного управления и программирования блока Lego NXT. Поддерживает NXT 2.0 и 1.0, датчики, все 3 двигателя, автоматическое «рулевое» управление и запуск загруженных программ.
leJOS	Да	Да	Да	Да	Да	Java	Система на основе Java для продвинутых программистов может работать с большинством датчиков и таких вещей, как GPS, распознавание речи и картографические технологии. Может взаимодействовать с Eclipse IDE или запускаться из системы строки.
Lestat						C ++	Позволяет вам управлять NXT напрямую из любого C ++ в Linux.
librcx						C / C ++	Библиотека для GCC
Logitech SDK						Visual Basic, Visual C ++	Может быть объединена с библиотекой управления RCX например spirit.ocx из MindStorms SDK, чтобы использовать Lego Cam
Microsoft Visual Programming Language (VPL)		Да		Нет	Да	Графическая блок-схема, на основе.NET	В Microsoft Robotics Studio используется встроенная программа NXT msrs для отправки и получения сообщений в управляющую программу на компьютере и от нее через Bluetooth
Mindstorms SDK						Visual Basic, Visual C ++, MindScript, LASM	Вам не нужен VB для использования функций VB, поскольку MS Office поставляется с урезанной версией VB для создания макросов
Monobrick			Да	Да	Да	C #	.NET 4.5. Прошивка запускается с SD карты.	веб-сайт
NQC	Да			Да		NQC, C-подобный язык
NXT ++						C ++	Позволяет управлять NXT прямо из любой программы на C ++ в Visual Studio, Windows.
NXT_Python		Да		Нет	Да	Python	NXT_Python — это пакет для управления роботом LEGO NXT с помощью языка Python. Он может общаться через USB или Bluetooth.
NXT-Python		Да		Нет	Да	Python	На основе NXT_Python, включает дополнительные расширенные функции, поддержку около 30 датчиков и несколько бэкэндов подключения кирпича. Работает на Windows, Linux, Mac.
NXTGCC						Сборка, C, make-файлы, Eclipse и т. Д.	Первый набор инструментов GCC для программирования прошивки Lego Mindstorms NXT.
nxtOSEK						C /C ++
OCaml-mindstorm						OCaml	Модуль для управления роботами LEGO NXT с помощью OCaml через интерфейсы Bluetooth и USB.
OnScreen						Пользовательский язык, который можно непосредственно запрограммировать на RCX
pbForth	Да					Forth	Больше не разработан.
pbLua		Да				API для языка программирования Lua для Mindstorms NXT, текстовый	pBLua:… написан на переносимом C, с минимальными требованиями к среде выполнения; можно компилировать на лету на NXT; это небольшой, легко читаемый и легкий для написания язык; имеет обширную документацию, доступную в Интернете и в формате мертвого дерева, и очень удобный веб-сайт группы новостей
PBrickDev						PBrickDev, язык, основанный на блок-схемах.	Имеет больше возможностей, чем язык RIS, например, журналы данных и подпрограммы / многопоточность.
PRO-BOT						Разновидность языка Visual Basic / spirit.ocx	Разработан для роботов, которые постоянно контактируют с рабочей станцией
Обработка		Да				Java (упрощенный / программируемый стиль C)	Обработка (язык программирования) — это язык программирования и среда с открытым исходным кодом для людей, которые хотят программировать изображения, анимацию и взаимодействие. Он используется студентами, художниками, дизайнерами, исследователями и любителями для обучения, прототипов и производства. Для управления NXT с помощью Processing вы можете использовать библиотеку NXTComm Processing, разработанную Хорхе Кардосо.
QuiteC						C	Библиотека для использования с GCC и поставляется с GCC для Windows.
Код RCX	Да					Код RCX, настраиваемый язык на основе блок-схемы	Включен в потребительскую версию Mindstorms, продаваемую в магазине игрушек
ROBOLAB						На основе языка блок-схем в LabVIEW	Это среда программирования, предлагаемая школам, использующим MindStorms, поддерживает Lego Cam. Структура программирования имитирует структуру блок-схемы почти значок за значком. Таким образом, он очень помогает пользователям в переводе дизайна блок-схем на значки Robolab.
RoboMind						Простой образовательный язык сценариев с арабского на украинском.	Обучающая среда RoboMind позволяет быстро разрабатывать и тестировать сценарии для виртуальной среды роботов. Затем сценарии можно напрямую передать роботу Lego Mindstorms NXT. Работает на стандартной прошивке.
RoboRealm						Многоплатформенный язык, работающий с IRobot Roomba, NXT, RCX, VEX и другими популярными роботизированными наборами. Этот язык также поддерживает обработку с помощью веб-камеры, это дает вашему роботу отличное зрение видео, поскольку он может фильтровать край цвета, фиксировать определенную область цвета, отображать переменные с робота или компьютер и многое другое. Программа работает с клавиатурой, джойстиком и мышью.
ROBOTC	Да	Да	Да	Да		Интегрированная среда разработки, ориентированная на студентов, которая используется для программирования и управлять роботами LEGO NXT, RCX и Arduino с помощью языка программирования на основе языка программирования C.	ROBOTC дает возможность использовать текстовый язык на основе языка C. Он включает в себя в сами встроенные инструменты отладчика, а также (но не ограничиваясь ими) шаблоны кода, математические / триггерные операции (sin, cos, tan, asin, acos… и т. Д.), Удобную для пользователя функцию автозаполнения, встроенную в интерфейс, встроенные примеры программ. Это заслуживает особого упоминания за его инструмент отладки. Для любого разработчика вы знаете, насколько важно иметь хороший инструмент для отладки. Среди всех других языков программирования робототехники, которые включают платформу Mindstorms, среду отладки RobotC заслуживает особого упоминания; хотя это не бесплатно.
Robotics.NXT		Да			Да	Haskell	Интерфейс Haskell через Bluetooth. Он поддерживает прямые команды, сообщения и множество датчиков (также неофициальных). Он также поддерживает простое управление блоком NXT на основе сообщений через удаленно выполняемую программу (включая базовый код NXC).
ROS						A Библиотека на базе Linux для написания роботов. Стек «nxt» интерфейс с NXT.
ruby-nxt		Да			Да	Ruby	Обеспечивает низкоуровневый доступ к NXT через Bluetooth, а также некоторые предварительные функции высокого уровня.
RWTH — Mindstorms NXT Toolbox		Да			Да	MATLAB	Интерфейс для управления NXT из MATLAB через Bluetooth или USB (с открытым исходным кодом).
Simulink (поддержка LEGO MINDSTORMS NXT)		Да				Simulink	Предоставляет инструмент быстрого программирования для NXT одним щелчком мыши. Код C автоматически генерируется из графической модели Simulink. Затем код запускается и загружается на NXT, откуда его можно запускать. Mathworks предоставляет набор графических блоков, которые предоставляют различные датчики и исполнительные механизмы, которые использует NXT.
SqLego						Squeak
Swift / Robotary			Да	Да		Swift (язык программирования)	Robotary — это студия робототехники Mac, которая использует язык программирования Swift.	веб-сайт
TclRCX	Да					Tcl
Логотип Terrapin						ЛОГОТИП
TinySoar						Soar	Реализация архитектуры искусственного интеллекта Soar, которая работает на кирпич RCX. Soar объединяет действия, планирование и обучение в правилах.
TinyVM	Да					Java	Предшественник языка lejos. Сменная прошивка на основе Java с открытым исходным кодом для микроконтроллера Lego Mindstorms RCX.
Transterpreter (The)						Occam
TuxMinds						(Linux) GUI для различных дистрибутивов, IDE с открытым исходным кодом на основе Qt. Поддерживает множество ботов. RCX, NXT и Asuro предопределены.	С помощью файла конфигурации на основе XML можно добавить почти любой бот (или микроконтроллер). Таким же образом можно добавить собственное оборудование.
URBI от Gostai для Lego Mindstorms NXT						URBI, C ++, Java, Matlab	Простой в использовании параллельный язык сценариев, управляемый событиями, с компонентной архитектурой и интерфейсы с открытым исходным кодом для многих языков программирования. Он также предлагает распознавание / синтез голоса / речи, распознавание / обнаружение лиц, одновременную локализацию и отображение и т. Д.
Vision Command	Да					Код RCX	Официальный язык программирования для Lego Cam, позволяющий управлять роботом с помощью цвета, движения и вспышек света.
XS						Lisp

Использование в образовании

Наборы Mindstorms также продаются и используются в качестве образовательных инструментов, используемых в рамках партнерства между Lego и Медиа-лабораторией MIT. Образовательная версия продуктов называется Mindstorms для школ или Mindstorms Education, более поздние версии поставляются с программным использованием на основе ROBOLAB GUI, разработанным в Университете Тафтса с Национальные инструменты LabVIEW как движок. Кроме того, программное обеспечение может быть заменено одними сторонними разработчиками, включая из самых популярных языков, используемыми в индустрии встроенными системами, например Java и C <219.>. Одно из различных между образовательным серией, известное как «Набор задач», и серией для потребителей, известный как «Набор изобретателя», состоит в том, что она включает в себя еще один сенсорный датчик и несколько дополнительных вариантов переключения передач. Однако между двумя версиями есть несколько других отличий, которые нельзя распознать, если не провести параллельный анализ того, что предлагает каждую из них. Версия, продаваемая через LEGO Education, это для более глубокого обучения или преподавания, которое происходит в классе или школе. Версия LEGO Education поставляется с поддержкой под названием Robot Educator. Сюда входят 48 руководств, которые помогают учащемуся от основ кодирования до более сложных и сложных концепций, таких как регистрация данных. Этот ресурс для поддержки учащихся включен в розничную версию Mindstorms. Всегда полезно обратиться к консультанту LEGO Education, чтобы узнать о других отличиях, поскольку их еще несколько. Розничная версия была предоставлена ​​для использования дома / в качестве дополнительных ресурсов игрушек, а модель для преподавателей была предоставлена ​​для поддержки более глубокого обучения с дополнительными ресурсами игрушек. Вот почему LEGO Education Mindstorms содержит больше датчиков и деталей, чем розничная версия.

Сообщество

Существует сильное сообщество профессионалов и любителей всех возрастов, которые делятся проектами, методами программирования, создают стороннее программное обеспечение и оборудование, а также внесение других идей, связанных с Lego Mindstorms. Система / веб-сайт Lego Mindstorms устроена так же, как вики, и позволяет использовать творческий потенциал и совместные усилия участников. Lego также поощряет совместное использование и пиринг, делая программный код доступным для загрузки и проводя различные конкурсы и мероприятия.

См. Также

• FIRST Lego League
• WRO (World Robot Olympiad )
• Robofest
• FIRST Tech Challenge
• RoboCup Junior
• Big Trak
• iRobot Create
• Robotis Bioloid
• The Robotic Workshop
• Набор робототехники
• C-STEM Studio

Цитаты

Дополнительные ссылки

• Багналл, Брайан. Максимум LEGO NXT: создание роботов с Java Brains. Variant Press. 2007. ISBN 0-9738649-1-5 .
• Бэгнолл, Брайан. Ядро LEGO Mindstorms. Prentice-Hall PTR. 2002. ISBN 0-13-009364-5 .
• Баум, Дэйв. Полное руководство по LEGO MINDSTORMS, 2-е изд. Apress. 2002. ISBN 1- 59059-063-5 .
• Эрвин, Бенджамин. Творческие проекты с LEGO Mindstorms (книга и компакт-диск). Аддисон-Уэсли. 2001. ISBN 0-201-70895- 7 .
• Феррари и др. Создание роботов с помощью LEGO Mindstorms: The Ultimate Tool for Mindstorms Maniacs. Syngress. 2001. ISBN 1-928994-67-9 .
• Gindling, Дж., А. Иоанниду, Дж. Ло, О. Локкебо и А. Репеннинг. «LEGOsheets: среда программирования, моделирования и управления на основе правил для LEGO Programmable Brick «, Proceeding of Visual Languages, Дармштадт, Германия, IEEE Computer Society Press, 1995, стр. 172–179.
• Бренья Мораль, Хуан Антонио. Разрабатывайте программы LeJOS шаг за шагом », http://www.juanantonio.info/lejos-ebook/ «.

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Lego Mindstorms .

• Официальные LEGO Mindstorms
• Lego Mindstorms в Curlie

Лего Mindstorms

Робот на платформе NXT
Тема	Робототехника
Доступность	1998 —
Официальный веб-сайт

Lego Mindstorms — это аппаратная и программная структура, созданная Lego для разработки программируемых роботов на основе строительных блоков Lego . Каждая версия системы включает в себя компьютерный блок Lego, который управляет системой, набор модульных датчиков и двигателей, а также детали Lego из линии Technic для создания механических систем.

Было пять поколений платформы Mindstorms: оригинальная система Robotics Invention System, NXT, NXT 2.0, EV3 и набор Robot Inventor. С каждым выпуском платформы возможности двигателя и датчика расширялись. Предпоследняя система, Lego Mindstorms EV3 , была выпущена 1 сентября 2013 года. Некоторые соревнования роботов используют этот набор, например FIRST Lego League и Всемирная олимпиада роботов .

История

Фон

В 1985 году Сеймур Паперт , Митчел Резник и Стивен Око создали компанию под названием Microworlds с целью разработки конструктора, который можно было бы анимировать с помощью компьютеров в образовательных целях. Паперт ранее создал язык программирования Logo как инструмент для «поддержки разработки новых способов мышления и обучения» и использовал роботов «Черепахи» для физического выполнения программ в реальном мире. Поскольку типы создаваемых программ были ограничены формой Черепахи, возникла идея создать конструктор, который мог бы использовать команды логотипа для анимации создания собственного дизайна учащегося. Подобно роботам «напольная черепаха», используемым для демонстрации команд логотипа в реальном мире, система конструирования, которая запускала команды логотипа, также демонстрировала их в реальном мире, но позволяя ребенку создавать свои собственные творения, улучшала учебный опыт, помещая их Все под контролем При выборе строительной системы они хотели использовать подход «низкий пол и высокий потолок», то, что было бы легко освоить, но очень мощно. С этой целью они решили использовать кубики LEGO из-за системы и разнообразия деталей, а также языка логотипа из-за того, что группы знакомы с программным обеспечением и простотой его использования. LEGO была восприимчива к сотрудничеству, особенно потому, что ее образовательное подразделение преследовало основополагающие цели, очень похожие на цели компании Microworlds. Сотрудничество очень быстро перешло в недавно созданную лабораторию MIT Media, где происходил открытый обмен идеями. Как спонсор всей лаборатории, LEGO получила право без лицензионных отчислений на серийное производство любой технологии, произведенной группой Паперта, Резника и Окко; им также разрешили отправить сотрудника для помощи в исследованиях, поэтому они отправили инженера Алана Тофте (также пишется Тофт), который помог с дизайном программируемого блока. Другой частью медиа-лаборатории Массачусетского технологического института была работа с населением, поэтому кубики будут использоваться при работе с детьми в школах как в исследовательских, так и в образовательных целях.

LEGO / Логотип, логотип lego tc (1985)

Первые эксперименты по объединению LEGO и языка программирования Logo назывались LEGO / Logo, и они начались в 1985 году. Подобно «напольным черепахам», используемым для демонстрации команд логотипа в реальном мире, LEGO / Logo использовали команды Logo для анимации творений Lego. Важно, чтобы дети могли создавать свои собственные машины для программирования, так как в этом случае они будут больше заботиться о своих проектах и ​​с большей охотой изучать математические концепции, связанные с их движением. Система LEGO / Logo позволяла детям создавать свои собственные проекты и эксперименты, предлагала несколько способов обучения и поощряла чувство общности. Сначала машины собираются из LEGO. Затем машины подключаются к компьютеру и программируются в модифицированной версии логотипа. Система LEGO / Logo представила новые типы деталей для создания творений, такие как двигатели, датчики и фонари. Двигатели и датчики подключены к интерфейсному блоку, который связан с компьютером. Позже LEGO / Logo будет коммерциализировать LEGO group LEGO tc Logo. Было замечено, что, используя систему LEGO / Logo, дети развивали такую форму знаний о физическом мире, которая позволяла тем, кто даже не имеет математических или словесных навыков, эффективно решать задачи, используя систему.

Кирпич с логотипом 1-го поколения, «Серый кирпич» (1986)

Хотя LEGO / Logo был мощным инструментом, он был несколько ограничен требованием прикреплять творения к компьютеру. Группа начала работать над дальнейшими итерациями среды LEGO / LOGO, чтобы создать робота, который мог бы взаимодействовать не только с окружающей средой, но и с другими роботами, запрограммированными в той же системе. Эксперименты с непривязанным кирпичом (так называемый Logo Brick или «Серый кирпич») начались осенью 1986 года. Чтобы ускорить процесс проектирования, Logo Brick содержал процессорную микросхему от компьютера Apple II. Он запускал адаптированную версию LEGO / Logo, написанную для компьютера Apple II. Интерфейсный блок LEGO / Logo, предыдущая разработка группы, имел только два доступных порта для датчиков, которых, по мнению команды разработчиков, не всегда было достаточно. Чтобы решить эту проблему, они предоставили Logo Brick четыре порта для датчиков. Кирпич с логотипом был сделан из модифицированного батарейного отсека LEGO и был размером с колоду карт. Logo Brick был протестирован в школах.

LEGO Mindstorms и RCX (1996)

В то время как LEGO какое-то время была заинтересована в массовом производстве концепции программируемого блока, им пришлось подождать, пока достаточное количество людей будет владеть персональными компьютерами, а компоненты, необходимые для производства интеллектуального блока, подешевеют. Разработка того, что позже будет известно как LEGO Mindstorms, началась в 1996 году как первый продукт недавно созданного подразделения домашнего обучения LEGO Education (LEGO Dacta). Название продукта «Mindstorms» было предназначено для выражения пользовательского опыта продукта, оно названо в честь книги Паперта « Mindstorms» , поскольку пользовательский опыт был подобен концепциям образовательного конструктивизма, описанным в его книге. Команда домашнего обучения LEGO использовала идеи, полученные исследователями Массачусетского технологического института при тестировании кирпича с логотипом 3-го поколения («красный кирпич») в школах, в качестве основы для разработки серийного программируемого кирпича. Физический программируемый блок был переработан с нуля, поскольку экспериментальные программируемые блоки не были предназначены для обеспечения надежности или рентабельности производства. Язык программирования продукта был разработан при участии сотрудников лаборатории MIT Media. LEGO решила использовать визуальный язык программирования для Mindstorms, вдохновленный языком LOGOBlocks, который ранее использовался в экспериментах с программируемыми кирпичиками, чтобы сделать продукт доступным для детей, которые могут быть незнакомы с программированием. Выбранная целевая аудитория LEGO Mindstorms была намеренно узкой, чтобы собрать положительную прессу, превзойдя ожидания. Было принято решение направить продукт на мальчиков в возрасте от 10 до 14 лет, частично потому, что это была демографическая группа LEGO, а частично на основании исследования рынка (не подтвержденного выводами MIT Media Lab), которые пришли к выводу: что эту демографическую группу больше всего привлекают компьютеризированные игрушки. Этот выбор целевой демографической группы напрямую повлиял на цвет кубика RCX (который был сделан желто-черным, чтобы напоминать строительное оборудование) и образцы использования набора Mindstorms (например, создание автономных роботов).

Поначалу скромный статус проекта позволил команде Mindstorms свободно разрабатывать продукт, используя рабочие процедуры, которые тогда не были ортодоксальными для LEGO Group. В отличие от традиционных наборов LEGO, система изобретений робототехники Mindstorms не имела основной модели, и игра не была основана на повествовании. Чтобы преодолеть разрыв между этим новым игровым опытом и уже существующими LEGO, команда Mindstorms создала множество возможностей для взаимодействия людей, заинтересованных в продукте, таких как создание Mindstorms.com, Центров обнаружения Mindstorms и FIRST Lego League . Создание этого опыта происходило в партнерстве с относительно большим количеством внешних групп, с которыми команда Mindstorms взаимодействовала как равноправные партнеры, что было необычно для группы LEGO в то время. Чтобы ослабить напряженность между Mindstorms и более традиционными продуктами, команде проекта была предоставлена ​​автономия от процесса разработки продукта LEGO, и вместо этого она отчитывалась непосредственно перед высшим руководством компании.

Продвижение системы изобретений робототехники LEGO Mindstorms началось за 6 месяцев до запланированного выпуска продукта. Первый программный запуск продукта был начат с открытием Центра Mindstorms Discovery в Музее науки и промышленности , где дети могли взаимодействовать с системой Mindstorms Robotics Invention System для выполнения поставленных задач, знакомя их с продуктом. Продукт Mindstorms был запущен одновременно с LEGO Cybermaster, еще одним продуктом LEGO, созданным на основе технологии программируемых блоков Массачусетского технологического института, которая больше соответствовала традиционной философии продуктов группы LEGO.

Вместо того, чтобы продаваться в магазинах игрушек, продукт продавался в магазинах электроники, таких как BestBuy и CompUSA , из-за относительно высокой стоимости набора. Mindstorms особенно отличался от других продуктов LEGO того времени.

Набор Robotics Discovery и комплект разработчика Droid / Darkside

Набор Robotics Discovery Set был более доступным и простым пакетом, чем набор Robotics Invention Set. Вместо того, чтобы основываться на RCX, у него был собственный программируемый блок под названием Scout. Еще более простая версия Разведчика будет представлена ​​в двух наборах Mindstorm на тему «Звездных войн».

Разведчик

Lego также выпустила синий компьютер под названием Scout , который имеет 2 порта для датчиков, 2 порта для двигателей (плюс один дополнительный, если он связан с Micro Scout с помощью оптоволоконного кабеля ) и встроенный датчик освещенности, но без интерфейса для ПК. Он поставляется с набором Robotics Discovery Set. Scout можно запрограммировать из набора встроенных программных комбинаций. Чтобы запрограммировать Scout, пользователь должен включить на нем «режим питания». Скаут может хранить одну программу.

Scout основан на микроконтроллере Toshiba с 32 КБ ПЗУ и 1 КБ ОЗУ, из которых около 400 байт доступно для пользовательских программ. Из-за чрезвычайно ограниченного объема ОЗУ многие предопределенные подпрограммы были предоставлены в ПЗУ. Scout поддерживает только пассивные внешние датчики, что означает, что можно использовать только сенсорные датчики, датчики температуры и другие отключенные от питания датчики. Эти преобразователи аналого-цифровые , используемые в Scout только разрешение 8 бит, в отличие от 10-битных преобразователей RCX.

У компании Lego был план создать набор бустеров, который позволит вам программировать Scout с компьютера с помощью программного обеспечения, такого как код RCX. Однако из-за сложности этого проекта от него отказались.

RCX может управлять блоком Scout с помощью программного блока «Отправить ИК-сообщение». RCX выполняет все функции управления и, следовательно, может быть запрограммирован с помощью ПК, в то время как Scout принимает команды. Во время этого процесса все параметры блока Scout должны быть отключены.

Микро-разведчик

Micro Scout был добавлен в робототехнику Lego начального уровня. Это очень ограниченный Pbrick с одним встроенным датчиком освещенности и одним встроенным двигателем. Он имеет семь встроенных программ и может управляться блоком Scout, Spybotics или RCX с помощью VLL. Как и Scout, Micro Scout также основан на микроконтроллере от Toshiba .

Устройство было продано как часть Droid Developer Kit (с R2-D2 ), а затем Darkside Developer Kit (с AT-AT Imperial Walker ).

Система изобретений робототехники

Основным ядром наборов Mindstorms первого поколения были наборы Robotics Invention System. Они были основаны на кирпичике RCX (Robotic Command eXplorers) и периферийных устройствах 9 В LEGO Technic, доступных в то время. Он также включает в себя три сенсорных датчика и оптический датчик, использующий технологию более ранних датчиков 9 В из наборов перед Mindstorms.

RCX

RCX основан на 8-битном микроконтроллере Renesas H8 / 300 , включая 32 КБ ПЗУ для низкоуровневых функций ввода-вывода, а также 32 КБ ОЗУ для хранения высокоуровневого микропрограммного обеспечения и пользовательских программ. RCX программируется путем загрузки программы через специальный инфракрасный интерфейс. После того, как пользователь загрузит программу, RCX может запустить ее самостоятельно без необходимости доступа к компьютеру. Программы могут использовать три входных порта датчика и три выходных порта 9 В в дополнение к ИК-интерфейсу, что позволяет нескольким модулям RCX обмениваться данными. Встроенный ЖК — дисплей может отображать уровень заряда батареи, состояние портов ввода / вывода, выбранную или запущенную программу и другую информацию.

В модулях RCX версии 1.0 помимо батарей есть гнездо для адаптера питания. В версии 2.0 (а также в более поздних версиях 1.0, включенных в RIS 1.5) разъем адаптера питания был удален. Блоки RCX с адаптером питания были популярны для проектов стационарной робототехники (например, манипуляторов) или для управления поездами моделей Lego . В последнем контексте RCX может быть запрограммирован с помощью программного обеспечения Digital Command Control (DCC) для управления несколькими проводными поездами.

Инфракрасный интерфейс RCX может связываться с роботами-шпионами , Scout Bricks , Lego Trains и NXT (с помощью стороннего инфракрасного датчика связи). Несущая частота ИК-приемника RCX 1.0 составляет 38,5 кГц, а несущая частота ИК-приемника RCX 2.0 — 76 кГц. Обе версии могут передавать на любой частоте. RCX обменивается данными с компьютером с помощью последовательной или USB- ИК-башни. Поскольку RCX больше не выпускается, поддержка интерфейса ограничена более свежими операционными системами, чем Windows XP.

На всех версиях RCX напечатан уникальный номер, который можно зарегистрировать на ныне несуществующем веб-сайте Lego Mindstorms RCX. Это было необходимо для получения технической поддержки. Первый выпущенный RCX имеет маркировку «000001» и демонстрировался на мероприятии Mindstorms 10th Anniversary.

Lego RCX был доступен в новых наборах с 1998 года (Lego Set 9719: Robotics Invention System 1.0) по 2003 год (Lego Set 9786: Robo Technology Set, с USB-кабелем). Оригинальный RCX 1.0 работал с существующими продуктами питания Lego из темы Lego Train, Lego Product 70931: Адаптер питания 9 В для регулятора скорости электрического поезда для 120 В 60 Гц — версия для США (годы: с 1991 по 2004), Lego Product 70938: Регулятор скорости электрического поезда Адаптер питания 9 В для 230 В 50 Гц — европейская версия (годы: с 1991 по 1996). Оба этих продукта преобразуют настенное питание в 12 В переменного тока через коаксиальный разъем питания (также называемый «цилиндрическим разъемом») , 5,5 мм снаружи и 2,1 мм внутри. Иногда они продавались отдельно, а иногда были доступны в составе других наборов, таких как Lego Set 4563: Load N ‘Haul Railroad (год: 1991) и Lego Set 10132: Motorized Hogwarts Express (год: 2004).

Лего Mindstorms NXT

Lego Mindstorms NXT — это программируемый комплект робототехники , выпущенный Lego в июле 2006 года, заменивший комплект LEGO Mindstorms первого поколения. Набор состоит из 577 деталей, в том числе: 3 серводвигателя, 4 датчика ( ультразвуковой , звуковой, сенсорный и световой ), 7 соединительных кабелей, интерфейсный кабель USB и интеллектуальный модуль NXT. Intelligent Brick — это «мозг» машины Mindstorms. Это позволяет роботу автономно выполнять различные операции. В комплект также входит NXT-G, графическая среда программирования, которая позволяет создавать и загружать программы в NXT. В программе также есть инструкции для 4 роботов: Alpha-Rex (гуманоид), Tri-Bot (автомобиль), Robo-Arm T-56 (роботизированная рука) и Spike (скорпион).

Лего Mindstorms NXT 2.0

Lego Mindstorms NXT 2.0 был запущен 5 августа 2009 г. Она содержит 619 штук (включает в себя датчики и двигатели), два сенсорных датчиков, в ультразвуковой датчик, и ввел новый датчик цвета. NXT 2.0 использует операции с плавающей запятой, тогда как более ранние версии используют целочисленные операции. Комплект стоит около 280 долларов США.

Лего Mindstorms EV3

Lego Mindstorms EV3 — это продукт Lego Mindstorms третьего поколения. EV3 — это дальнейшее развитие NXT. Система была выпущена 1 сентября 2013 года. В набор LEGO MINDSTORMS EV3 входят двигатели (2 больших серводвигателя и 1 средний серводвигатель), датчики (2 датчика касания, ультразвуковой датчик, датчик цвета, инфракрасный датчик и новый гироскопический датчик), программируемый блок EV3, 550+ элементов LEGO Technic и пульт дистанционного управления (инфракрасный маяк, который работает только в режиме Home / Retail). EV3 можно управлять с помощью смарт-устройств. Он может загружать альтернативную операционную систему с карты microSD, что позволяет запускать ev3dev , операционную систему на основе Debian .

Лего Образование Спайк Прайм

Spike Prime был анонсирован в апреле 2019 года. Базовый набор не входит в линейку продуктов Mindstorms, но включает в себя три двигателя (1 большой и 2 средних) и датчики расстояния, силы и цвета блока контроллера на базе микроконтроллера STM32F413 и 520+ LEGO. Технические элементы.

Изобретатель робота Lego Mindstorms

Lego Mindstorms Robot Inventor был анонсирован в июне 2020 года и выпущен осенью. Он имеет четыре средних двигателя от Spike Prime, два датчика (датчик расстояния и датчик цвета / света) также от Spike Prime, концентратор Spike Prime с шестиосевым гироскопом, акселерометр и поддержку контроллеров и управления телефоном. Он также содержит более 902 элементов LEGO Technic.

Языки программирования

Имя	Устройство	Тип программы	Тип (ы) языка	Примечания	Ссылки
RCX	NXT	EV3	Бегает по кирпичу	Дистанционное управление
Актерская лаборатория						Пользовательский язык, похожий на блок-схему
Ада		да				Ада	Требуется nxtOSEK
Интерфейс Ada для MindStorms						Ада
App Inventor		да				App Inventor	Специальная поддержка датчиков и двигателей LEGO ™ MINDSTORMS ™ NXT
brickOS	да	Нет	Нет			C / C ++		Веб-сайт
Ch						Интерпретатор C / C ++	Управляйте Lego Mindstorms на C / C ++ в интерактивном режиме без компиляции
лязгать						C, C ++
CoderZ			да	да	Нет	Джава	Работает с Blockly или с Java (с использованием LejOS). Также включает онлайн-симулятор 3D.	Веб-сайт
Cpp4Роботы	Нет	Нет	да	да		C / C ++	Cpp4Robots — расширение (плагин) для среды Microsoft Visual Studio. Это расширение позволяет программировать Lego EV3 на родном языке C / C ++ и в среде разработки Microsoft Visual Studio. Это расширение Cpp4Robots работает со встроенным ПО по умолчанию в модуле EV3.	Веб-сайт
DialogOS						Графическая блок-схема для роботов с голосовым управлением	DialogOS сочетает в себе распознавание речи и синтез речи с робототехникой, позволяя создавать говорящих роботов, которые реагируют на ваши голосовые команды.
Очаровательный						Перетаскивание, аналогично NXT-G	Программируйте своих роботов, просто перетаскивая строку функций.
EV3Basic	Нет	Нет	да	да	да	Microsoft Small Basic		Веб-сайт
ev3_scratch			да	Нет	да	Scratch (язык программирования)	Скретч-код запускается в браузере, передавая команды роботу EV3 по Bluetooth .
FLL NXT Навигация		да				Использует файлы NXT-G и .txt
GCC						C / C ++ , Objective-C , Fortran , Java, Ada и другие
Гникрап	Нет	Нет	да	да	да	JavaScript / Scratch like программирование		Веб-сайт
GNU Toolchain для h8300						C / C ++, ASM
HVM			да			Среда разработки для языка программирования Java для Mindstorms EV3, на основе Eclipse	Работает с Java 1.7. Работает со стандартной прошивкой Lego. Не требует карты microSD. Требуется беспроводной Bluetooth-ключ для EV3	Веб-сайт
Интерактивный C						Язык Си-стиля.	Язык, разработанный для конкурса MIT Lego Robot Design Contest
jaraco.nxt		да			да	Python	Модули Python, обеспечивающие низкоуровневые интерфейсы для управления кирпичом Lego NXT через Bluetooth. Также включает код для управления двигателями с помощью контроллера Xbox 360 с помощью пиглета.
LabVIEW		да	да	да	да	Язык визуального программирования National Instruments LabVIEW (G-код)	Основной язык, используемый для разработки программного обеспечения Mindstorms NXT. Можно использовать доступный дополнительный комплект для создания и загрузки программ в NXT, создания оригинальных блоков NXT или управления роботом напрямую через USB или Bluetooth с помощью NXT fantom.dll
LEGO MINDSTORMS EV3 API для .NET	Нет	Нет	да	Нет	да	.NET, WinJS и C ++	.NET API для кубика LEGO MINDSTORMS EV3, который можно использовать с настольных компьютеров, Windows Phone и WinRT. С помощью этого API вы можете подключаться, контролировать и считывать данные датчиков с вашего кирпичика LEGO EV3 через Bluetooth, Wi-Fi или USB.	Веб-сайт
Лего.НЕТ						Все, что можно скомпилировать в CIL , лучше всего работает с C #.	Без компилятора, преобразует CIL в машинный код
Лего :: NXT		да		Нет	да	Perl	Набор модулей Perl, обеспечивающих низкоуровневое управление кирпичом Lego NXT через Bluetooth в режиме реального времени.
ЛегоЛог						Пролог	Использует программу NQC для интерпретации команд, отправляемых с ПК, на котором запущен код Prolog.
LegoNXTRemote		да		Нет	да	Цель-C	Программа дистанционного управления для дистанционного управления и программирования Lego NXT Brick. Поддерживает NXT 2.0 и 1.0, датчики, все 3 двигателя, автоматическое «рулевое» управление и запуск предварительно загруженных программ.
leJOS	да	да	да	да	да	Джава	Система на основе Java для продвинутых программистов может работать с большинством датчиков и такими вещами, как GPS, распознавание речи и картографические технологии. Может взаимодействовать с Eclipse IDE или запускаться из командной строки
Лестат						C ++	Позволяет управлять NXT напрямую из любой программы на C ++ в Linux.
librcx						C / C ++	Библиотека для GCC
Logitech SDK						Visual Basic , Visual C ++	Может быть объединен с контрольной библиотекой RCX, такой как spirit.ocx из MindStorms SDK, чтобы использовать Lego Cam
Язык визуального программирования Microsoft (VPL)		да		Нет	да	Графическая блок-схема, основанная на .NET	С Microsoft Robotics Studio он использует встроенную программу NXT msrs для отправки и получения сообщений от управляющей программы на компьютере через Bluetooth.
SDK Mindstorms						Visual Basic, Visual C ++, MindScript, LASM	Вам не нужен VB для использования функций VB, поскольку MS Office поставляется с урезанной версией VB для создания макросов.
Монобрик			да	да	да	C #	.NET 4.5. Прошивка запускается с SD карты.	Веб-сайт
NQC	да			да		NQC , C-подобный язык
NXT ++						C ++	Позволяет управлять NXT напрямую из любой программы на C ++ в Visual Studio, Windows.
NXT_Python		да		Нет	да	Python	NXT_Python — это пакет для управления роботом LEGO NXT с использованием языка Python. Он может общаться через USB или Bluetooth.
NXT-Python		да		Нет	да	Python	Основан на NXT_Python, включает дополнительные расширенные функции, поддержку около 30 датчиков и несколько серверных модулей для подключения модулей. Работает на Windows, Linux, Mac.
NXTGCC						Assembly, C , make-файлы, Eclipse и т. Д.	Первый набор инструментов GCC для программирования прошивки Lego Mindstorms NXT.
nxtOSEK						C / C ++
OCaml-mindstorm						OCaml	Модуль для управления роботами LEGO NXT с помощью OCaml через интерфейсы Bluetooth и USB.
На экране						Пользовательский язык, который можно запрограммировать прямо на RCX.
pbForth	да					Четвертый	Больше не разрабатывается.
pbLua		да				API для языка программирования Lua для Mindstorms NXT, текстовый	pBLua: … написан на переносимом C с минимальными требованиями к времени выполнения; может быть скомпилирован на лету на NXT; это небольшой, легко читаемый и легкий для написания язык; имеет обширную документацию, доступную в Интернете и в формате мертвого дерева, и очень дружелюбную группу новостей	Веб-сайт
PBrickDev						PBrickDev, язык на основе блок-схем.	Имеет больше функциональных возможностей, чем язык RIS, например, журналы данных и подпрограммы / многопоточность.
ПРО-БОТ						Своеобразный язык на основе Visual Basic / spirit.ocx	Разработан для роботов, которые постоянно находятся в контакте с рабочей станцией.
Обработка		да				Java (упрощенный / запрограммированный стиль C)	Обработка (язык программирования) — это язык программирования и среда с открытым исходным кодом для людей, которые хотят программировать изображения, анимацию и взаимодействия. Он используется студентами, художниками, дизайнерами, исследователями и любителями для обучения, создания прототипов и производства. Для управления NXT с помощью Processing вы можете использовать библиотеку NXTComm Processing, разработанную Хорхе Кардосо.
QuiteC						C	Библиотека для использования с GCC и поставляется с GCC для Windows.
Код RCX	да					Код RCX, настраиваемый язык на основе блок-схем	Включен в потребительскую версию Mindstorms, продаваемую в магазине игрушек
ROBOLAB	да					Язык блок-схем на основе LabVIEW	Это среда программирования, предлагаемая школам, использующим MindStorms, поддерживает Lego Cam. Структура программирования имитирует структуру дизайна блок-схемы почти значок за значком. Таким образом, он очень помогает пользователям в переводе дизайна блок-схемы на значки Robolab.
RoboMind						Простой образовательный язык сценариев доступен с арабского на украинский.	Обучающая среда RoboMind позволяет быстро разрабатывать и тестировать сценарии для виртуальной среды роботов. Затем сценарии можно напрямую передать роботу Lego Mindstorms NXT. Работает на стандартной прошивке.
РобоРеалм						Мультиплатформенный язык, который работает с IRobot Roomba, NXT, RCX, VEX и многими другими популярными роботизированными наборами. Этот язык также поддерживает обработку видео с помощью веб-камеры, что дает вашему роботу отличное зрение, поскольку он может фильтровать определенные цвета, фиксировать определенную область цвета, отображать переменные с робота или компьютера и многое другое. Программа работает с клавиатурой, джойстиком и мышью.
Робот JavaScript		Нет	да	да	да	JavaScript	Компилятор, который компилирует код JavaScript для роботов EV3. Включает подсветку синтаксиса, совместное использование кода, более 100 примеров программ и подробные сообщения компилятора. Объектно-ориентированный язык. Бесплатно.	Веб-сайт
ROBOTC	да	да	да	да		Интегрированная среда разработки ориентированы на студентов , которые используются для программирования и управления LEGO NXT , досадить , RCX и Arduino роботов , используя язык программирования , основанный на языке программирования Си .	ROBOTC дает возможность использовать текстовый язык на основе языка C. Он включает в себя встроенные инструменты отладчика, а также (но не ограничиваясь ими) шаблоны кода, математические / триггерные операции (sin, cos, tan, asin, acos … и т. Д.), Удобную для пользователя функцию автозаполнения, встроенную в интерфейс, встроенные примеры программ. Это заслуживает особого упоминания за его инструмент для отладки. Для любого разработчика вы будете знать, насколько важно иметь хороший инструмент для отладки. Среди всех других языков программирования робототехники, которые поддерживают платформу Mindstorms, среда отладки RobotC заслуживает особого упоминания; хотя это не бесплатно.
Робототехника.NXT		да			да	Haskell	Интерфейс Haskell через Bluetooth. Он поддерживает прямые команды, сообщения и множество датчиков (также неофициальных). Он также поддерживает простое управление блоком NXT на основе сообщений через удаленно выполняемую программу (включая базовый код NXC).
ROS						Linux библиотека на основе написания роботов. Стек «nxt» обеспечивает интерфейс с NXT.
рубин-nxt		да			да	Рубин	Обеспечивает низкоуровневый доступ к NXT через Bluetooth, а также некоторые предварительные высокоуровневые функции.
RWTH — Набор инструментов Mindstorms NXT		да			да	MATLAB	Интерфейс для управления NXT из MATLAB через Bluetooth или USB (с открытым исходным кодом).
Simulink (поддержка LEGO MINDSTORMS NXT)		да				Simulink	Предоставляет инструмент быстрого программирования для NXT одним щелчком мыши. Код C автоматически генерируется из графической модели Simulink. Затем код развертывается и загружается на NXT, откуда его можно запускать. Mathworks предоставляет набор графических блоков, которые представляют различные датчики и исполнительные механизмы, которые использует NXT.
SqLego						Писк
Свифт / Робототехника			да	да		Swift (язык программирования)	Robotary — это студия робототехники для Mac, использующая язык программирования Swift.	Веб-сайт
TclRCX	да					Tcl
Логотип Terrapin						ЛОГОТИП
TinySoar						Взлететь	Реализация архитектуры искусственного интеллекта Soar, работающая на блоке RCX. Soar объединяет действия, планирование и обучение в систему, основанную на правилах.
TinyVM	да					Джава	Предшественник языка lejos. Сменная прошивка на основе Java с открытым исходным кодом для микроконтроллера Lego Mindstorms RCX.
Переводчик (The)						Оккам
TuxMinds						(Linux) Графический интерфейс для различных дистрибутивов, IDE с открытым исходным кодом на основе Qt. Поддерживает множество ботов. RCX, NXT и Asuro предопределены.	С помощью файла конфигурации на основе XML можно добавить практически любой бот (или микроконтроллер). Таким же образом можно добавить собственное оборудование.
URBI от Gostai для Lego Mindstorms NXT						URBI , C ++, Java, Matlab	Простой в использовании параллельный и управляемый событиями язык сценариев с компонентной архитектурой и интерфейсами с открытым исходным кодом для многих языков программирования. Он также предлагает распознавание / синтез голоса / речи, распознавание / обнаружение лиц, одновременную локализацию и отображение и т. Д.
Команда видения	да					Код RCX	Официальный язык программирования для Lego Cam, который позволяет вам управлять своим роботом с помощью цвета, движения и вспышек света.
XS						Лисп

Использование в образовании

Наборы Mindstorms также продаются и используются в качестве образовательного инструмента, первоначально в рамках партнерства между Lego и Медиа-лабораторией Массачусетского технологического института . Образовательная версия продуктов называется Mindstorms for Schools или Mindstorms Education , а более поздние версии поставляются с программным обеспечением на основе графического интерфейса пользователя ROBOLAB , разработанным в Университете Тафтса с использованием National Instruments LabVIEW в качестве движка.

Смотрите также

• ПЕРВАЯ ЛЕГО ЛИГА
• WRO ( Всемирная олимпиада роботов )
• Робофест
• FIRST Tech Challenge
• РобоКубок Юниор
• WeDo 2.0
• Большой трак
• iRobot Create
• Роботис Биолоид
• Роботизированная мастерская
• Набор робототехники
• Студия C-STEM
• Ботбол

использованная литература

Дополнительные ссылки

• Багналл, Брайан. Максимум LEGO NXT: создание роботов с мозгами Java . Вариант Пресс. 2007. ISBN  0-9738649-1-5 .
• Багналл, Брайан. Ядро LEGO Mindstorms . Prentice-Hall PTR. 2002. ISBN  0-13-009364-5 .
• Баум, Дэйв. Полное руководство по LEGO MINDSTORMS , 2-е изд. Апресс. 2002. ISBN  1-59059-063-5 .
• Эрвин, Бенджамин. Творческие проекты с LEGO Mindstorms (книга и компакт-диск). Эддисон-Уэсли. 2001. ISBN  0-201-70895-7 .
• Феррари и др. Создание роботов с помощью LEGO Mindstorms: идеальный инструмент для маньяков Mindstorms . Syngress. 2001. ISBN  1-928994-67-9 .
• Джиндлинг, Дж., А. Иоанниду, Дж. Ло, О. Локкебо и А. Репеннинг, « LEGOsheets: среда программирования, моделирования и управления на основе правил для программируемого блока LEGO », Proceeding of Visual Languages , Дармштадт, Германия, IEEE Computer Society Press, 1995, стр. 172–179.
• Бренья Мораль, Хуан Антонио. Разрабатывайте программы LeJOS Шаг за шагом , » http://www.juanantonio.info/lejos-ebook/ «.

внешние ссылки

• Официальный LEGO Mindstorms
• Lego Mindstorms в Керли

ВОЗМОЖНОСТИ КОНСТРУКТОРА LEGO MINDSTORMS EV3 НА ПРИМЕРЕ СОЗДАНИЯ РОБОПСА

Аннотация. В статье рассматриваются основные возможности конструктора LEGO
Mindstorms EV3 и его среды программирования. Изучение данного набора поможет
сконструировать робопса таким образом, что поведение робота будет таким же как
и у настоящей собаки.

Ключевые
слова: конструктор,
программирование, программное обеспечение.

Робототехника
в современной среде набирает большие обороты. Каждый день появляются новые
технологичные роботы и новые решения разных проблем в обществе. Все больше
ребят знакомятся с этой наукой. Увеличивается количество кружков, где можно
заниматься конструированием и программированием роботов. Существует огромное
количество робототехнических конструкторов. Компания LEGO имеет свое решение в
данной образовательной сфере. Это набор LEGO Mindstorms EV3.

Стоит
отметить, что в наше время роботы могут не только заменять физический
монотонный труд, но и быть полезными друзьями или даже питомцами. В детских
магазинах часто можно встретить разные интерактивные игрушки, а также роботов
питомцев. Например, робокошки, робособаки, роботы птицы и многое другое. Это удачное
решение для тех людей, у которых есть аллергия на шерсть, но они очень хотят
себе питомца. Так же такие животные не требуют питания, кроме как
электричества.

Детям важно
научится собирать роботов своими руками, уметь их программировать. Ведь
робототехника может помочь нам в решении реальных проблем. Она учит
анализировать природные процессы, визуализировать полезные навыки из жизни,
которые можно применять в решении своих насущных вопросов.

LEGO Mindstorms —
образовательный конструктор, предназначенный для разработки робота, и его
программирования. LEGO Mindstorms EV3 была представлена в 2013 году.

Состав данного конструктора содержит в себе достаточное количество
различных деталей. Поэтому их можно мысленно распределить по категориям. На
рисунке 1 изображены разнообразные планки, служащие для конструкции своего рода
скелетом или основой.

Рис 1. Балки

Для того, чтобы наши планки могли присоединяться друг к другу или
к контроллеру и датчикам, используются соединительные элементы. Они тоже
разные, например вытянутые детали с крестообразным сечением называют осями или
штифтами. Они выполняют следующую роль: передают вращение от моторов к колесам
и шестерням. Цилиндрические элементы с окружным сечением называются пинами.
Также в группу к соединительным элементам можно отнести коннекторы. Они
отвечают за объединение планок в различных плоскостях, изменение угла
соединения деталей и подсоединение датчиков к роботу. (См. Рис. 2 и 3).

Рис 2. Соединительные элементы

Рис 3. Коннекторы

Следующая группа деталей — это шестерни, которые предназначены для
передачи вращения от моторов к другим элементам конструкции робота. Эти круглые
детали с зубчатыми концами применяются в самых разных конструкциях роботов,
помогают двигаться механизмам, но могут быть использованы не только для
вращения.

Рис 4. Шестерни

Так же конструктор содержит различные колеса и гусеницы служащие
для движения робота в пространстве.

Рис 5. Колеса, гусеницы

От основных деталей перейдем к следующей группе, это различные
моторы и датчики. В набор входят два больших сервомотора, которые выполняют роль
мышц или силовых элементов нашего робота. Чаще всего данные моторы служат для
передачи вращения на колеса, что обеспечивает движение робота. Для сравнения,
моторы выполняют такую же функцию, как и человеческие ноги.

Рис 6. Большой сервомотор

В набор так же входит один средний мотор. Он легче, в нем чуть
меньше мощности. Данный мотор нужен в качестве движущей силы. Его используют
для навесного оборудования робота. Это могут быть разные клешни, модули захвата
и манипуляторы. Можно сказать, что средний мотор выполняет те же функции, что и
руки человека.

Рис 7. Средний сервомотор

Перейдем к датчикам. К ним относятся:

·        
Ультразвуковой датчик;

·        
Датчика касания;

·        
Датчик цвета.

Эти датчики позволяют роботу анализировать информацию с
окружающего мира. По аналогии с человеком, эти приборы можно сравнить со
зрением. Правда роботы видят мир иначе, чем мы, поэтому главной задачей программиста
становится извлечение и анализ информации, которая поступает с датчиков.
Следующая не менее важная задача-это подача верных команд на моторы, чтобы
робот мог выполнить определенные действия, которые мы ему запрограммируем.
Рассмотрим функции наших датчиков. Ультразвуковой датчик позволяет измерять
расстояние до объектов. Его работу можно сравнить с эхолокацией летучей мыши,
ведь датчик также подает ультразвуковые волны. Потом они возвращаются,
отражаются от объектов. Это помогает измерить точное расстояние. Датчик видит
предметы в пределах 2,5 метров. Следующий датчик касания позволяет роботу
реагировать на касания. Он распознает три ситуации: кнопка нажата, опущена и
щелчок. Датчик способен определять количество нажатий, как одиночных, так и
множественных. Датчик цвета дает возможность роботу определять цвет
поднесенного к нему предмета, измеряет степень освещенности, рассеянный свет и
отраженный свет.

Рис 8. Датчики

Самым важным элементом конструктора является контроллер. Именно к
нему подсоединяются моторы и датчики при помощи кабелей. Контроллер- это, по
сути, мозг нашего робота. Это командный центр, здесь выполняется программа,
анализируется вся информация с датчиков, передается информация и дальнейшее
указание моторам.

Рис 9. Микроконтроллер

Также в набор входят соединительные кабели и USB провод.

Изучив детали конструктора, мы понимаем, что для создания робота и
его программы, необходимо хорошо понимать суть работы каждого датчика. Все эти знания
дадут нам возможность правильно рассчитывать траекторию движения робота, его
функциональные особенности.

Разобравшись с деталями набора, рассмотрим его программное
обеспечение. Мы будем использовать LEGO MINDSTORMS Education EV3. Это
графический язык программирования. Программирование осуществляется путем
перетаскивания разноцветных командных блоков.

Рис 10. Среда программирования

Таким образом, чтобы писать программы, следует размещать блоки функциональности
на схеме. В зависимости от типа блока, каждый блок может быть сконфигурирован.
Например, «Средний Мотор» имеет 5 режимов работы:

1. выключить,

2. включить и вращать,

3. включить в течение определенного количества секунд,

4. включить и повернуть на определенный градус,

5. включить и повернуть фиксированное число раз.

Есть широкий спектр программных блоков на выбор. Они сгруппированы
в шесть категорий:

1. действие (зеленый),

2. управление потоком (оранжевый),

3. датчики (желтый),

4. операции над данными (красный),

5. дополнительные (синий),

6. мои Блоки (циановый).

Интуитивно понятный интерфейс позволяет сначала создавать простые
программы, а затем продуктивно развивать свои навыки программирования, делая
возможным создание сложных многоуровневых программ и проведения различной
экспериментальной работы.

Перед тем, как начать создавать робота пса на основе
конструктора Mindstorms EV3, разделим свою работу на несколько этапов:

Ø    составление задачи: какие действия должен выполнить робот;

Ø    самостоятельная сборка робота;

Ø    программирование робота на ПК согласно условиям задачи;

Ø    выгрузка материала непосредственно в робота;

Ø    тестирование.

Задача робота показать максимальное поведение настоящей собаки,
он должен поднимать голову, вставать на лапы, издавать характерные звуки,
показывать анимацию.

Следующий этап работы — это сборка робота. На сайте LEGO в свободном доступе есть множество инструкций. На рисунке
вы можете увидеть собранную модель робопса. В его конструкцию входят 2 больших
сервомотора, которые берут на себя функцию ног. Средний сервомотор поднимает
его голову. В этом помогает зубчатая передача и червячная передача. Так же к
контроллеру подсоединен датчик цвета, который будем использовать, чтобы дать
ему косточку. Датчик касания располагается на спине, чтобы пес чувствовал,
когда мы будем его касаться.

Рис 11. Робопес

Следующий этап-это программирования робота в среде Lego Mindstorms EV3 на ПК. Чтобы
осуществить поставленную задачу, необходимо прибегнуть к методу исследования
под названием «эксперимент». Чтобы робот был способен выполнить весь комплекс
действий, согласно поставленной задаче, нужно прописать в программе всю цепочку
действий, каждый шаг, каждое движение. Иллюстрация полученной программы
представлена в приложении.

Выгрузка материала непосредственно в робота. Подключение робота к ПК осуществляется нескольким способами:
через порт USB, Bluetooth соединение или Wi-Fi соединение. Используем порт USB
, т.к. в этом случае робот привязан к компьютеру и программу на выполнение
можно запускать прямо из среды программирования. Кроме того, во время
выполнения программы появляется возможность визуально контролировать ход её
выполнения (заголовки выполняющихся в данный момент программных блоков будут
мерцать), можем отслеживать на компьютере. Также можно наблюдать текущие
показания датчиков всё время, пока робот остается подключенным к среде
программирования.

Таким образом, благодаря выбранной технологии передачи данных,
готовая программа загрузилась просто и очень быстро.

Проверка проделанной работы.

Органично сконструированная роботизированная собака, после
загруженной в неё программы, выполнила все действия, согласно изложенным
условиям.

Литература

1.     
Клаузен, П. Компьютеры и
роботы [Текст] / Пер. с нем. С.И. Деркунской. – Москва: Мир книги, 2019. – 48
с.

2.     
Копосов, Д.Г. Первый шаг в
робототехнику: практикум для 5-6-го классов [Текст]: учеб. пособие / Д.Г.
Копосов. — Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2018. – 286 с.

3.     
Овсяницкая, Л.Ю. Курс
программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3 [Текст]: учеб. пособие
/ Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий — 2-е изд., перераб. и доп.
– Москва.: Изд-во «Перо», 2016. – 300 с.

4.     
Промышленная робототехника
[Текст]: учеб. пособие / А.В. Бабич [и др.]. – Москва: Машиностроение, 1982. –
415 с.

5.     
Русецкий, А.Ю. В мире
роботов [Текст]: Кн. для учащихся / А.Ю. Русецкий – Москва: Просвещение, 1990.
– 160 с.

6.     
Филиппов, С.А. Робототехника
для детей и родителей [Текст]: научное издание / С.А. Филиппов – 3-е изд.,
перераб. и испр. — СПб.: Наука, 2010. – 319 с.

7.     
Знакомство с конструктором [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: https://robot-help.ru/lessons/lesson-1.html

Приложение

Приложение
1

Программа
робопса