Самый ожидаемый продукт года - Lego Mindstorms EV3

На прошлой неделе новость о новой версии LEGO Mindstorms EV3 облетела все сайты и все интернет конференции, которые так или иначе связаны с LEGO тематикой. За это время стали известны технические детали, как аппаратной, так и программной части этого проекта. Многие уже задумываются о приобретении нового конструктора. Поэтому настало время сформулировать основные новшества LEGO Mindstorms EV3, а также сравнить его с LEGO Mindstorms NXT.


Примечательно то, что EV3 является продуктом совместной работы инженеров компании с лучшими Lego экспертами из США и Европы. Взгляните на фото выше, там вы сможете узнать многих из известных Mindstorms-гуру - именно они получили возможность первыми "поиграться" с новым конструктором.

Есть мнение, что за названием EV3, помимо официального EVolution, скрывается закодированное имя EVE - робота из мультфильма WALL-E. Девушка-робот EVE тоже была значительно усовершенствована по сравнению с роботом-уборщиком WALL-E - таким образом создатели EV3 могут намекать, что владельцев данного набора ждут приятные неожиданные сюрпризы.

Retail и Educational версии наборов

EV3 будет доступен в магазинах во второй половине 2013 года. Как и предыдущая модель конструктора NXT, новый EV3 будет поставляться в 2 версиях: коробочная (retail version) и образовательная (educational version). Программируемый блок и 3 мотора будут одинаковыми в обоих наборах, но состав датчиков будет различаться:

Коробочная/Retail version	Образовательная/Educational version
1 датчик касания	2 датчика касания
1 датчик цвета	1 датчик цвета
1 датчик расстояния (инфракрасный)	1 датчик расстояния (ультразвуковой)
1 инфракрасный маячок / блок управления	1 гироскоп

Также в образовательный набор включили довольно полезную деталь - Ball Wheel. Это опорное колесо, которое позволяет поворачивать роботу в любых направлениях.

На данном фото еще не хватает металлического шара, который вставляется внутрь полости.

Датчики и моторы

Как уже было отмечено, в наборе также будет 3 мотора, но один из них будет отличаться от остальных, как по размерам так и по техническим характеристикам.

В коробочной версии набора ультразвуковой датчик расстояния заменен на многофункциональный инфракрасный. Этот инфракрасный датчик может не только измерять расстояние, но и принимать команды от блока управления.

Еще одной особенностью является авто-определение датчиков и моторов при их подключении к блоку - для чего это нужно, читайте ниже в разделе, описывающем новую среду программирования.

Характеристики датчиков и моторов представлены ниже.

Датчик касания

Очень похож на датчик предыдущей версии. Он определяет, когда кнопка нажата или отпущена, также он может подсчитывать одиночные или многократные нажатия.







Датчик цвета

Он различает 7 цветов и может определить отсутствие цвета. Как и в прошлой версии он может работать как датчик освещенности.

• Измеряет отраженный красный свет и окружающее освещение
• Способен определять различия между белым и черным или цветами: синим, зеленым, желтым, красным, белым и коричневым
• Частота работы: 1 кГц

Гироскоп

Он доступен в образовательной версии набора. Этот цифровой датчик измеряет вращательное движение робота и изменение его положения.

• Может использоваться для определения текущего направления вращения
• Точность: +/- 3 градуса на 90 градусов оборота (в режиме измерения наклона)
• Может определить максимум 440 градусов/c (в режиме гироскопа)
• Частота работы: 1 кГц

Ультразвуковой датчик расстояния

К основной функции данного сенсора - определения расстояния, добавилась еще одна - он также может слушать ультразвуковые колебания, испускаемые другими датчиками ультразвука.

• Может измерять расстояние в диапазоне 3 - 250 см.
• Точность измерений : +/- 1 см
• Дискретность результата измерений: 0.1 см.
• Может быть использован для поиска других активных ультразвуковых датчиков (режим прослушивания)
• Красная LED подсветка вокруг "глаз"

Инфракрасный датчик расстояния (IR Seeker)

Данный цифровой датчик измеряет расстояние и считывает сигналы, посылаемый инфракрасным маячком.

• Может измерять расстояние приблизительно до 70 см.
• Может быть использован в качестве приемника сигналов от инфракрасного маячка
• Может измерять расстояние до маячка (до 2 метров)
• Может принимать команды от блока управления \ маячка
• Поддерживает 4 сигнальных канала

Инфракрасный маячок / блок управления

Был разработан для использования с инфракрасным датчиком расстояния IR Seeker. Маячок посылает инфракрасные сигналы, которые датчик может принимать. Маячок также может быть использован в качестве пульта управления EV3 блока. В этом случае команды также передаются инфракрасными сигналами и обрабатываются инфракрасным датчиком.

• Для работы требуется 2 батарейки типа AAA
• 4 индивидуальных канала
• Кнопка маяка позволяет включать и выключать его
• Автоматическое выключение, если маячок не использовался 1 час
• Рабочая дистанция - 2 метра
• Может использоваться в качестве маячка
• Может использоваться для управления роботом (для этого предусмотрены 2 синие и 2 красные кнопки)

Большой мотор

Мотор очень похож на предыдущую версию мотора NXT, однако корпус мотора стал чуть больше (виртуально он теперь занимает 14x7x5 отверстий против бывших 14x6x5). Также были изменены места крепления моторов и их тип.

• 160- 170 об\мин
• Заданный крутящий момент - 40 Н/см
• Реальный крутящий момент - 20 Н/см
• Датчик угла поворота мотора с точностью 1 градус

Средний мотор

Данный мотор основан на Power Function моторе аналогичного размера. Дополнительное место потребовали только датчик угла поворота и порт для подключения. Этот мотор отлично подойдет для работы под низкими нагрузками и высокими скоростями.

• 240- 250 об\мин
• Заданный крутящий момент - 12 Н/см
• Реальный крутящий момент - 8 Н/см
• Датчик угла поворота мотора с точностью 1 градус

Еще раз об изменившемся креплении моторов и датчиков: круглое отверстие посередине было заменено на крестообразное для фиксации осей. Также у больших моторов крепление было смещено на одно отверстие относительно оси.

NXT	EV3

NXT датчики, моторы и кабели совместимы с EV3, таким образом все ранее построенные роботы могут управляться новым блоком.

Программируемый блок EV3

Серьезные изменения произошли и с программируемым блоком.
По сравнению с NXT, EV3 имеет более быстрый процессор, больше памяти. Прошивка блока и программы сохраняются во флеш-памяти. Внутренне firmware EV3 базируется на свободно распространяемой ОС Linux, что позволит Lego-сообществу создавать свои прошивки для блока. Подключение с компьютером осталось практически прежним. Добавился еще один способ подключения: теперь кроме подключения блока к компьютеру (по USB или Bluetooth) возможно подключать блоки между собой (по USB). Также будет доступно подключение по WiFi c помощью USB-адаптера, подключаемого к блоку.

Следует отметить, что EV3 с NXT по BlueTooth связать не получится.

Ниже представлена сравнительная таблица характеристик NXT и EV3:

	NXT	EV3
Процессор	Atmel 32-Bit ARM AT91SAM7S256 48 MHz 256 KB FLASH-RAM 64 KB RAM	ARM9 300MHz 16 MB Flash 64 MB RAM
Со-процессор	Atmel 8-Bit AVR, ATmega48 8 MHz 4 KB FLASH-RAM 512 Byte RAM	-
Операционная система	Проприетарная	Linux
Порты ввода (для датчиков)	4 порта Поддерживают аналоговые, цифровые датчики Скорость передачи данных: 9600 бит/с (I2C)	4 порта Поддерживают аналоговые, цифровые датчики Скорость передачи данных: до 460.8 Кбит/с (UART)
Порты вывода (для моторов)	3 порта	4 порта
Передача данных по USB	Используется режим full speed: 12 Мбит/c	Используется режим high speed: 480 Мбит/с
Подключение USB устройств	-	Возможно последовательное подключение до 3 устройств, в том числе сетевых карт wi-fi и flash карт
Устройство для чтения SD карт	-	Поддерживает miniSD карты, максимальный объем - 32 Гб
Подключение к мобильным устройствам	к устройствам с ОС Android	к устройствам с ОС Android и iOS (iPhone, iPad)
Экран	LCD, монохромный 100 * 64 пикселей	LCD, монохромный 178 * 128 пикселей
Взаимодействие	Bluetooth USB 2.0	Bluetooth v2.1 DER USB 2.0 (при подключении к ПК) USB 1.1 (при последовательном подключении нескольких устройств)

Среда программирования

С EV3 в комплекте поставляется новая среда разработки на базе LabView, похожая на NXT-G. Работать она будет, как и NXT-G, на ОС Windows и Mac.

Но есть и множество различий. Появилось такое понятие как проект, который содержит программу для робота, документацию и результаты экспериментов. В проект можно добавлять новый и уже существующие программы. Также был добавлен инструмент zoom, который позволяет масштабировать программу, чтобы, например, увидеть всю программу целиком.
Можно программировать NXT блок с помощью новой среды EV3, однако он поддерживает не все особенности нового языка программирования.

С точки зрения программирования, вкратце, можно отметить следующие новшества:

Тесная интеграция между P-блоком (новое название, вместо NXT блока) и средой программирования:

• Специальная страница с подключенным оборудованием позволяет отслеживать его статус и получать значения на датчиках в реальном времени
• Причем оборудование автоматически распознается при подключении, благодаря функции auto-id (автоматическое определение оборудования). Т.е. не надо указывать, что к такому-то порту подключен такой-то датчик или мотор

Новый режим отладки:

• Подсветка места исполнения позволит определить в каком конкретном месте алгоритма исполняется сейчас программа
• Специальный символ будет отображаться на соответствующем программном блоке, если с заданным портом используется не тот датчик или мотор. Это опять же достигнуто с помощью auto-id функциональности
• Есть возможность просматривать значения, передаваемые через каналы данных (data wires)

Новые возможности программных блоков:

• Сцепление блоков друг с другом позволило отказаться от "балки исполнения", на которой располагались блоки в среде NXT-G
• У блоков нет такого понятия, как панель настройки, - поведение теперь настраивается непосредственно на блоке, что привело к увеличению их размера. Удобство заключается в том, что программу теперь становиться легче читать - видно сразу на что датчик реагирует или как ведет себя мотор
• Появились блоки "ждать изменения", которые позволяют реагировать просто на изменение, а не на изменение до определенного значения (обычные блоки Ожидания/Wait в NXT-G)
• Улучшения в передачи данных от блока к блоку позволяют упростить преобразование типов (помните, блок "Число в Строку" в NXT-G?)
• Есть возможность работать с массивами
• Стал возможен досрочный выход из цикла

Кроме нового языка программирования появились программы под Android и iPhone\iPad для управления роботом. Также на базе программы Autodesk Invertor Publisher создана программа для создания и просмотра пошаговых 3D инструкций. В этой программе можно масштабировать и вращать модель на каждом этапе сборки, что позволяет строить более сложных роботов по инструкциям.

Памятуя различия между коробочной и образовательной версией NXT-G, можно предположить, что также будут ограничения и между образовательной и коробочной версией среды программирования EV3.

Базовые роботы

В коробочную версию набора будут включены инструкции для сборки 5 роботов:

EV3RSTORM

• Старший брат Alpha Rex
• Передвигается более плавно
• В руку можно вложить переносимую базуку или измельчитель
• Стреляет по вражескому роботу с инфракрасным маячком

TRACK3R

• Старший брат Shooter Bot
• Гусеничный робот
• К роботу можно подключить разное оружие: молоток, базуку, клешни, измельчитель

GRIPP3R

• Гусеничный робот
• Может поднимать предметы специальным захватом

SPIK3R

• Робот-скорпион
• Передвигается с помощью 6 лап
• Определяет жертву с помощью инфракрасного датчика
• Выстреливает из хвоста по жертве
• Впереди есть клещи для захвата жертвы

R3PTAR

• Робот-змея
• Движения робота подобны змее
• Во время движения воспроизводит звук гремучей змеи
• Определяет жертву с помощью инфракрасного датчика и кусает ее
• Аналогичного робота можно построить из NXT 2.0 набора.

Поскольку образовательный набор будет отличаться по деталям от коробочной версии, то и набор механизмов, которые будут предлагаться для сборки, тоже будет отличаться.

Color Sorter

Классическая задача по сортировке предметов (в данном случае - Lego деталей) по цвету.

Gyro Boy

Робот-сигвей, использующий гироскоп для балансировки.

Puppy Робот-собачка, которую можно гладить, кормить. Спать и справлять нужду она также умеет :) Напоминает тамагочи.

Робо-рука

Позволяет перемещать предметы

Аналогично NXT Resource Set, отдельно будет продаваться ресурсный набор Education Kit Expansion Set, позволяющий собирать другие модели, используя новые детали.

An Elephant (Слон)

A Tankbot (Танк)

Znapp

Stair Climber (Лестничный подъемщик)

Spinning Line

Remote Control (Пульт управления)

Цена и сроки

В магазинах коробочная версия набора EV3 появится летом этого года по цене $349.99 в США, и €349.99 в Европе. Для образовательных наборов уже сейчас доступен предзаказ. Набор без программного обеспечения стоит $339.95, а вместе с ним - $433.95.

Дилемма: покупать сейчас NXT или ждать EV3?

Многие, кто увлечен LEGO-робототехникой, сейчас задаются вопросом: что же делать: купить сейчас NXT или подождать EV3 или, если уже есть NXT набор, стоит ли покупать EV3. Ответ, как ни странно: все зависит от потребностей. Следует вспомнить, что на самом деле конструктор LEGO Mindstorms - не совсем игрушка - он преследует вполне определенные образовательные цели, и не важно, на чем конкретно происходит обучение, а важно на самом деле - чему в итоге нужно научиться. До сих пор существует множество кружков не только в России, но и по всему миру, где робототехнику эффективно изучают с использованием RCX - а ведь этому конструктору уже 15 лет. Появление нового набора не значит, что NXT и RCХ устарели. Да, с точки зрения оборудования, конструктор изменился - новый компьютерный блок (P-блок или, если угодно, EV3 блок) и новые датчики: гироскоп в образовательной версии и инфракрасный в Retail. Но ведь остальные детали все-еще LEGO - методы их сопряжения и соединения не изменились. И, наверное, следует признать что EV3 набор - эволюционное развитие конструктора, а не революционное нововведение. И с точки зрения программного обеспечения есть новшества и довольно удобные, но как уже было сказано, в новом ПО можно также продолжать программировать NXT блоки. Но даже сейчас стандартным ПО NXT-G пользуются далеко не все - многие предпочитают использовать Robolab, RobotC, NXC и LabView. Так что и переход на новую среду программирования не следует рассматривать как веский аргумент. Давайте рассуждать, новый набор появится только во второй половине года, а знания уже сейчас можно приобретать с помощью NXT наборов и даже RCX. К тому же цена наборов, вероятно, будет выше, чем у NXT. С другой стороны, если в школе или кружке есть планы по приобретению нового оборудования - то стоит подождать доступности в продаже EV3 - и FLL и WRO уже объявили в своих регламентах о возможности использования этого конструктора. Опять же можно провести модернизацию существующего оборудования. Пусть существующие RCX и NXT наборы останутся для тех, кто только начал изучать робототехнику, а новые наборы будут доступны для "старичков" - а начинающие будут видеть, к чему им надо стремиться. Но не стоит это возводить в культ: лучше отлично изучить один набор, чем "нахвататься по верхушкам" у разных. Причем, это касается как учеников, так и преподавателей. Подводя итог, можно сказать, что здесь нет абсолютно правильного совета - нужно просто сесть и взвесить все за и против. Не следует поддаваться на "вау-фактор" от новой яркой коробки или оригинальных роликов на YouTube - пусть трезвый расчет позволит сделать правильный выбор.