أساسيات في برمجة روبوت EV3

ما هو روبوت ev3

تعني كلمة ev3 robot أنه الجيل الثالث من سلسلة إنتاج الروبوتات، التي تنتجها LEGO، وهو روبوت تفاعلي للأطفال موجود في بعض المدارس في جميع أنحاء العالم، وبناءً عليه، يلعب الأطفال والطلاب دور المهندسين الذين برمجة ألعابهم وفقًا لما يريدون.

أساسيات برمجة الروبوت ev3

تتكون بيئة برنامج EV3 من المجالات الرئيسية التالية

• لوحة وهي لوحة تم تصميم البرنامج عليها.
• لوحات قوالب البرمجة هذه هي اللبنات الأساسية التي يحتاجها البرنامج.
• صفحة الأجهزة يجب إنشاء اتصال بوحدة البناء EV3 وإدارته.
• محرر المحتوى تصنيف رقمي مدمج في البرنامج.
• شريط أدوات البرمجة لتحديد الأدوات الأساسية التي تحتاجها للعمل مع البرنامج.

أساسيات روبوتات LEGO EV3

تتكون سلسلة LEGO Mindstorms EV3 من مجموعة متنوعة من الأجزاء الميكانيكية والكهربائية التي يمكن من خلالها تجميع الروبوتات ذات الأشكال والأغراض المختلفة، ويحتاج الروبوت إلى أجهزة استشعار تجمع المعلومات من بيئتها (حواس الروبوت)، وهو معالج يحلل هذه المعلومات، أي أنه يعتقد (دماغ الروبوت)، والأجزاء الميكانيكية التي تتحرك، فهي تؤدي نشاطًا معينًا بالإضافة إلى مصدر الطاقة الذي يمد أجزاء معينة من الروبوت بالطاقة ويضخها فيه.

الأجزاء الرئيسية للروبوت

• وحدة التحكم

يشغل الجزء المركزي من الروبوت وحدة EV3 المربعة حيث يوجد المعالج. وهي متصلة بأجهزة الاستشعار التي تتلقى منها المعلومات وتعالجها من خلال الكابلات والمنافذ. من خلال المعلومات التي نحددها في البرنامج الذي نقوم بإنشائه، يمكنه إرسال التحكم إلى الأجزاء الميكانيكية (أي المحركات)، بالإضافة إلى إمكانية إصدار بعض التحذيرات الصوتية، ويتم إنشاء الاتصال بين وحدة التحكم ووحدة التحكم إما عن طريق البلوتوث أو كابل USB.

يتم التحكم في تشغيل الروبوت بواسطة جهازي تحكم AVR قابلين للبرمجة، يحتويان على معالج، بالإضافة إلى بعض الأجهزة الطرفية مثل الذاكرة، وأجهزة ضبط الوقت، ومحولات A / D، بحيث يمكن برمجتها عدة مرات، حتى تصبح وحدة البناء EV3. قيد التشغيل، يحتاج المستخدم إلى الضغط على الزر في المنتصف، عند الضغط على الزر، يتحول ضوء المكعب إلى اللون الأحمر، ثم ستظهر الشاشة الرئيسية.

عندما يتحول الضوء إلى اللون الأخضر، يكون لبنة EV3 جاهزة للعمل، ولإيقاف تشغيل مكعب EV3، تحتاج إلى الضغط على زر الرجوع حتى تظهر شاشة الإغلاق، وذلك بالضغط على علامة التأكيد والضغط على الزر الموجود في المنتصف سوف يقوم مكعب EV3 في حالة الخيار X، ستعود إلى شاشة “التشغيل الأخير”.

• مصدر الطاقة

يتطلب روبوت LEGO Mindstorms EV3 طاقة مثل أي بناء كهروميكانيكي، ويتكون مصدر طاقة LEGO القياسي من 6 بطاريات AA 1.5 فولت، ويتم تشغيل المحركات الكهربائية بجهد 9 فولت، ويتم تشغيل أحد المتحكمات الدقيقة وبعض الدوائر المتكاملة بجهد 5 فولت، والمصدر الرئيسي يتم تشغيل وحدة التحكم بواسطة 3.3 فولت، ويتم تشغيل منافذ الإخراج بـ 4.3 فولت وتتمتع بحماية ضد التيار الزائد.

تحتوي الإصدارات الأحدث من الروبوت على بطاريات قابلة لإعادة الشحن مثل الهواتف المحمولة، ويمكن الحصول على الطاقة من الخلايا الشمسية التي يمكن أن يحملها الروبوت، وكذلك من شبكة المدينة إذا كان الروبوت لا يتحرك.

• الموانئ

وتجدر الإشارة إلى أن وحدة التحكم تستقبل البيانات من خلال أجهزة الاستشعار، وتقوم بمعالجتها، ثم تنقل إشارات التحكم المقابلة إلى المحركات، ويتم توصيل الأجهزة الطرفية عبر المنافذ كما ذكرنا سابقاً. وفقًا لاتجاه البيانات، يمكن تقسيم المنافذ إلى منافذ إدخال وإخراج، وهناك 4 منافذ لكل منها

تتكون وحدة الإخراج من محركات، وتتكون وحدة الإدخال من أجهزة استشعار. ما لم يغير المستخدم شيئًا ما أثناء كتابة البرنامج، يتم تقسيم منافذ الإخراج واستخدامها على النحو التالي

المنفذ A للمحركات المتوسطة.

المنفذان B و C لمحركين مدمجين كبيرين.

– المنفذ D لمحرك واحد كبير.

إذا لم يحدد المستخدم خلاف ذلك، يتم تعيين منافذ الإدخال افتراضيًا على النحو التالي

المنفذ 1 من المستشعر.

– المنفذ 2 لمستشعر درجة الحرارة أو مستشعر الجيروسكوب.

– المنفذ 3 لحساس الألوان (الإضاءة).

– المنفذ 4 للكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء أو مستشعر الموجات فوق الصوتية.

• أجهزة المحركات

لا يمكن تصور أي نوع من الحركة التي يقوم بها الروبوت بدون محركات، وفي معظم الأحيان تتوفر ثلاثة محركات مؤازرة، وتستقبل هذه المحركات إشارات كهربائية من خلال منافذها، مما يتيح لها العمل، وتُستخدم محركات مؤازرة بشكل شائع عند الحاجة إلى التغلب على قوى صغيرة، مثل فتح الأبواب الصغيرة، وحمل الأحمال ذات الأبعاد الصغيرة على مسافات قصيرة، وهذا هو السبب وراء استخدامها غالبًا في صنع الروبوتات الصغيرة والأذرع الروبوتية وغيرها من المتلاعبين.

لا تتطلب المحركات المؤازرة مصدر طاقة قوي، فهي سهلة التحكم وموثوق بها، وأساس المحرك المؤازر هو في الواقع محرك أحادي الاتجاه مع عدد معين من التروس، ويعتمد تشغيله على مبدأ تعديل عرض النبضة – PWM، يعالج الميكروكونترولر البيانات الخاصة بعامل تعبئة إشارة PWM (رقم من 0 إلى 100، ومن 0 إلى -100)، وبناءً على هذا الرقم، يتم تحديد النسبة المئوية لمدة إشارة PWM.

تشير الموجبة إلى التحرك للأمام والانحدار السلبي، بالإضافة إلى الاختلاف الواضح في الحجم، تختلف المحركات في الدورات في الدقيقة (rpm)، المحرك الأكبر يكون أبطأ ولكنه يوفر المزيد من الطاقة، المحرك المتوسط ​​أسرع وأكثر استقرارًا، به مقاييس التسارع، والتي توفر المعلومات حول عدد الدورات والعديد من البيانات المفيدة الأخرى.

مع تخطيط البناء المناسب وإمكانية استخدام البرنامج، يمكنك إنشاء آليات مختلفة للحركة، حيث يمكن للروبوت أن يتحرك باستخدام العجلات واليرقات، ويمكنه القفز والتحرك وكذلك مع الأشياء ودفعها، ووضعها في أماكن محددة أيضًا .

• مجسات

مثل الكائنات الحية، تحتاج الروبوتات إلى حواس لتحليل بيئتها، ويحتوي روبوت LEGO القياسي على أربعة أنواع من أجهزة الاستشعار

الموجات فوق الصوتية (التي تشبه العينين)، والتي تستخدم لتحديد المسافة بين الروبوت والعائق.

-Optical (مستشعر اللون) والذي كما يوحي الاسم يتفاعل مع مستوى الضوء في بيئته، أي يكتشف اللون كقيمة للطيف الكهرومغناطيسي.

– مستشعر صوت يتفاعل مع مستوى الصوت في بيئته، مستشعر اللمس الذي خمنته يتفاعل مع اللمس، أي بالضغط على الزر.

مستشعر الجيروسكوب هو مستشعر رقمي يكتشف الحركة والتغيرات في حركة الروبوت. يقيس حركة دوران كائن ما ويتغير في اتجاهه.

فوائد الروبوتات

• تشجيع التفكير الإبداعي.
• بناء مهارات العمل الجماعي.
• تعزيز مهارات حل المشكلات.
• تعلم كل شيء مفيد عن برامج الكمبيوتر.