Zestawy LEGO Mindstorms to jedne z najbardziej znanych narzędzi dydaktycznych do nauczania robotyki i programowania. Trzecia generacja jest obecnie dostęna na rynku w dwóch wersjach: Education, polecana głównie szkołom, oraz Home, dla użytkowników indywidualnych.

Czym różnią się oba zestawy? Czy wersja Education jest lepsza? Czym różnią się aplikacje dedykowane zestawom? O tym wszystkim opowiemy w tym artykule.

A jeśli chcesz dowiedzieć się jak wykorzystać te zestawy w nauczaniu robotyki, zapisz się na nasze najbliższe szkolenie.

Seria LEGO Mindstorms to weteran na rynku narzędzi do nauczania robotyki. Pierwszy zestaw RCX został wydany w 1998 roku, więc niedługo będziemy mogli świętować dwie dekady edukacji pod szyldem LEGO Mindstorms. Jednak nad prototypem programowalnej kostki, wokół której zbudowano całą serię, pracowano już w roku 1987. Prace na MIT Media Lab prowadził zespół pod kierunkiem Seymoura Paperta, pioniera konstruktywizmu w edukacji (czyli uczenia przez tworzenie) i twórcy pierwszego edukacyjnego języka programowania – Logo. Wyraźnie widać, że za sukcesem serii stoją dekady badań i rozwoju.

Co ciekawe, idea stojąca za serią jest niezmienna. Popularne klocki LEGO Technic, które świetnie sprawdzają się przy budowie różnorodnych mechanizmów, są mieszane ze specjalnie dopasowanymi częściami elektronicznymi, takimi jak silniki, czujniki oraz sterujący nimi mikrokontroler (czyli wspomniana programowalna kostka). Roboty stworzone z tych elementów można programować w prostym i przyjaznym dzieciom graficznym środowisku programistycznym.

Ogromne możliwości zestawu połączone z prostym systemem budowy sprawiają, że zestaw jako jeden z nielicznych pozwala na przeprowadzenie pełnej lekcji robotyki w zaskakująco krótkim czasie. Wystarczy nawet 90 minut. W porównaniu z innymi zestawami do robotyki na rynku, jest to zdecydowanie unikalna właściwość. Zapewniło to serii zasłużone miejsce w czołówce najlepszych narzędzi do nauczania robotyki dostępnych na rynku.

Jeśli masz tylko 5 minut na lekturę, przejdź do Podsumowania. A jeżeli interesuje Cię konkretny aspekt tego zestawu, skocz prosto do konkretnej sekcji:

Wersja domowa LEGO Mindstorms EV3 Home (31313) i edukacyjna LEGO Mindstorms EV3 Education Core Set (45544), mimo myląco podobnej nazwy, różnią się między sobą dość znacznie. Różnice pojawiają się wszędzie. Począwszy od opakowania, przez ilość i rodzaje klocków konstrukcyjnych, elektronikę (inne czujniki oraz dostępność pilota), na aplikacjach do programowania i dołączonych do zestawu materiałach kończąc. Nawet dostępność zestawów jest różna. Zestaw domowy kupimy w zwykłych sklepach, stacjonarnych lub internetowych, natomiast wersja edukacyjna jest dostępna jedynie u dystrybutorów LEGO Education.

Zestaw LEGO Mindstorms EV3 Education Core Set zapakowany jest w wygodne, szerokie pudełko z trwałego plastiku pozwalające na bezpieczne przechowywanie. Wkładka z 13 przegródkami pozwala na łatwe sortowanie klocków według ich rozmiaru i przeznaczenia. Pod wkładką znajduje się miejsce na przechowywanie większych elementów konstrukcyjnych, takich jak koła i gąsienice, oraz elektroniki i kabli. Sortowanie umożliwia wygodne i szybkie budowanie bez konieczności wysypywania klocków na stół czy podłogę. Proces budowy jest też cichszy, co docenią zwłaszcza nauczyciele korzystający z zestawów na co dzień w ramach zajęć.

Wewnątrz pudełka, poza 541 elementami konstrukcyjnymi i elektronicznymi znajdziemy kartonową listę klocków, która ułatwia sortowanie elementów, oraz papierową instrukcję budowy prostej konstrukcji jeżdżącej.

Zestaw do użytku domowego (LEGO Mindstorms EV3 Home) zapakowano podobnie jak większość tradycyjnych zestawów LEGO – w jednorazowe, kartonowe pudełko. Opakowanie ma atrakcyjną grafikę, która bez wątpienia przyczynia się do poprawy wyników sprzedaży, niestety nie nadaje się do przechowywania klocków.

O ile w przypadku większości produktów LEGO osobne pudełko nie jest potrzebne (bo wszystkie klocki i tak lądują we wspólnym pojemniku), to w przypadku zestawu do robotyki, który zawiera unikalne elementy elektroniczne i konstrukcyjne, warto zadbać o odpowiednie opakowanie. W przypadku zakupienia tej wersji zestawu, takie pudełko trzeba będzie dokupić, niezależnie od tego czy planujemy korzystać z niego w domu czy szkole. Warto rozważyć zakup oryginalnego opakowania LEGO, dokładnie takiego, w jakie wyposażono wersję edukacyjną. Zarówno pudełko jak i tackę do sortowania można nabyć na stronie LEGO Education.

Opakowanie zestawu domowego wsunięto dodatkowo w kartonową obwolutę. Po rozcięciu jej wzdłuż zaznaczonej linii, na odwrocie znajdziemy prostą matę testową, przydatną do pracy z czujnikiem koloru. Poza elektroniką i klockami konstrukcyjnymi, w pudełku znajdziemy arkusz naklejek, którymi można ozdobić niektóre z elementów zestawu, oraz papierową instrukcję budowy przykładowego robota.

Części konstrukcyjne¶

Obie wersje zestawu LEGO Mindstorms EV3 zawierają pokaźny zbiór klocków konstrukcyjnych typu Technic. Różnią się za to ilością, rodzajem, a nawet kolorystyką klocków.

Zacznijmy od wersji Education. Wśród 541 klocków zestawu edukacyjnego dominuje biel i szarość, z drobnymi domieszkami czerwieni, czerni i innych kolorów.

Znajdziemy tu klasyczne, proste belki Technic w 8 różnych długościach, 7 rodzajów belek zagiętych i dwa rodzaje ramek konstrukcyjnych. Belki Technic o długości 3 modułów występują w zestawie aż w 5 bazowych kolorach (czerwone, zielone, niebieskie, żółte i czarne), dzięki czemu wspaniale nadają się do pracy z czujnikiem koloru. W zestawie znajdziemy także osie w 10 różnych długościach i dodatkowe 3 rodzaje osi z blokadą.

Do łączenia osi, belek i ramek możemy wykorzystać 7 rodzaju pinów, m.in. piny gładkie i z wypustkami, pozwalające uzyskać różną siłę połączenia, oraz 18 rodzajów ciekawych łączników, w tym różne łączniki pin-oś. Do blokowania lub rozdzielania klocków wzdłuż osi mogą posłużyć dwa rodzaje dystansów lub tuleje.

Co więcej, w wersji edukacyjnej zestawu znajdziemy aż 10 rodzajów zębatek (prostych i kątowych) oraz 2 małe obrotnice. W sumie mamy aż 30 klocków, z których można skorzystać do tworzenia przekładni zębatych, co pozwala na uzyskanie różnorodnych przełożeń.

Do tworzenia pojazdów można użyć dwóch dużych kół z szerokimi oponami, małych kół pasowych oraz bardzo przydatnej stalowej kulki w oprawie. Stanowi ona świetne koło podporowe dla dwukołowych pojazdów z napędem burtowym. Dostępne w zestawie gąsienice składają się z plastikowych ogniw i wraz z dopasowanymi kołami łańcuchowymi mogą stworzyć doskonale działającą przekładnię łańcuchową.

Pojazdy poruszające się na napędzie gąsienicowym tego typu posuwają się sprawnie, ale ze względu na gładką powierzchnię plastiku, mogą się czasem ślizgać. Rozwiązaniem tego problemu może być dokupienie gumowych wkładek. Umieszczenie ich w otworach w ogniwach gąsienic znacząco zwiększy przyczepność pojazdów. Takie gumki są dostępne w zestawie rozszerzeniowym LEGO Education, kupowanym oddzielnie. Można je też kupić na sztuki w sklepie LEGO.

Elementów dodatkowych i ozdobnych nie znajdziemy w tym zestawie zbyt wiele. Lista mniej użytecznych klocków ogranicza się tu do czterech czarnych paneli przydatnych do obudowania gotowych konstrukcji i 4 dekoracyjnych kłów.

Wersja domowa zestawu to nieco więcej, bo aż 601 klocków. Najbardziej rzuca się w oczy zmiana w kolorystyce. Zestaw do użytku domowego zdominowany jest przez czarne klocki, z domieszką czerwieni i szarości. Białe są jedynie elementy dekoracyjne, takie jak części obudowy i ozdobne ostrza. Niestety taka kolorystyka znacząco utrudnia budowę. W czarnej masie klocków elementy zlewają się ze sobą i trudno odnaleźć ten właściwy, zwłaszcza przy braku pudełka umożliwiającego sortowanie klocków. Przygotowane przez producenta instrukcje budowy są dla czarnych klocków także mniej czytelne.

Pomijając nietrafioną kolorystykę, zawartość zestawu jest zbliżona do edukacyjnego odpowiednika. Znajdziemy tu zatem proste belki w 8 różnych długościach, 6 rodzajów belek zagiętych i dwa rodzaje ramek konstrukcyjnych. W zestawie domowym dominują jednak belki krótkie. Belek długich, pozwalających na łatwe tworzenie szkieletów konstrukcji, jest tu mniej. Brakuje też kolorowych klocków, które można by było wykorzystać do pracy z czujnikiem koloru. Zwykłe osie występują tylko w 6 długościach, mamy jednak do dyspozycji aż 5 rodzajów osi z blokadą.

Do łączenia elementów producent proponuje tu 6 rodzajów pinów i 21 rodzajów łączników. Zasób dystansów i tulei jest niemal taki sam jak w wersji edukacyjnej. Unikalnymi elementami dla tego zestawu są piny i osie z kulką oraz pasujące do nich cięgna w dwóch długościach.

Koła zębate występują w zestawie w 8 rodzajach, co w sumie daje 21 elementów, które możemy wykorzystać do przenoszenia napędu. Większość stanowią zębatki kątowe. W tej kategorii zabrakło obrotnic, dostęnych w wersji edukacyjnej.

Do tworzenia pojazdów możemy wykorzystać cztery czarne felgi z pasującymi oponami. Napęd gąsienicowy można uzyskać stosując gumowe gąsienice o dobrej przyczepności. Gąsienice te są niestety nietrwałe. Przy intensywnym użytkowaniu rozciągają się i spadają z kół napędowych.

W wersji domowej zestawu dużo miejsca poświęcono na gadżety i niezbyt praktyczne zdobienia. Dlatego znajdziemy tu aż 14 paneli wykończeniowych (to właśnie do nich przygotowano naklejki), 10 dekoracyjnych kłów w dwóch różnych kolorach, 4 ozdobne ostrza, czy wyrzutnię piłek z ładownicą i trzema pociskami. Najbardziej jaskrawym przykładem mało użytecznych klocków jest jednak chyba 6 mieczy, które nadają bardzo wojowniczy charakter wszystkim przygotowanym przez LEGO przykładowym konstrukcjom z tego zestawu. Jednak trudno wykorzystać je do innych celów.

Wszystkie klocki konstrukcyjne są bardzo trwałe – LEGO skrupulatnie dba o jakość, więc plastikowe elementy są niemal niezniszczalne. Niekiedy uszkodzeniu ulegają piny, bezlitośnie miażdżone między zębami dzieci przy rozkładaniu konstrukcji (mimo upomnień). Przy intensywnym użytkowaniu, z czasem ścierają się także zęby najmniejszych zębatek, płaskich “ósemek”. Większym problemem jest to, że drobne elementy zestawu po prostu się gubią. W ofercie LEGO znajdziemy na szczęście bogatą ofertę części zapasowych, którymi łatwo można uzupełnić braki.

Dla wersji edukacyjnej, LEGO Education przygotowało osiem pakietów części zapasowych – do szkolnej pracowni robotyki warto od razu kupić po jednym z nich. Dzięki temu nawet jeśli jakieś klocki zaginą, pracownia będzie mogła funkcjonować bez przerwy potrzebnej na uzupełnienie braków. W przypadku wersji domowej, producent nie przygotował dedykowanych zestawów części zapasowych. Klocki możemy jednak zamówić na sztuki (jak w przypadku wszystkich zestawów LEGO, w tym także 45544).

LEGO Education oferuje różnego rodzaju dodatki do zestawu Mindstorms EV3. Najciekawszym z nich jest zestaw klocków uzupełniających Expansion Set, który zawiera 853 dodatkowe klocki i znacząco zwiększa możliwości konstrukcyjne produktu. Wśród klocków zestawu rozszerzeniowego, poza dodatkowymi belkami, osiami i pinami, pozwalającymi na zwiększenie rozmiarów budowanych konstrukcji, znajdziemy wiele ciekawych części. Są to między innymi gumki, nowe typy łączników, dodatkowe koła i zębatki (w tym dyferencjał) i świetną dużą obrotnicę, znaną z zestawu Mindstorms NXT 1.0.

Zestaw rozszerzeniowy zapakowano w oddzielne plastikowe pudełko, tej samej wielkości co opakowanie zestawu podstawowego. Praca z zestawem wymaga zatem żonglowania dwoma pudełkami i wymusza znalezienie dużej ilości miejsca na biurku. Po skończonych zajęciach konieczne jest także rozdzielenie klocków na dwa oddzielne zestawy. Logistyka pracy z zestawem uzupełnieniowym sprawia zatem, że nadaje się on raczej do wykorzystania na całodziennych warsztatach lub pozalekcyjnych kółkach zainteresowań, gdzie nie ma zbyt dużej presji czasu. Jeśli nie możesz nagiąć czasu na zajęciach, zastanów się czy na pewno chcesz używać zestawu dodatkowego z uczniami.

Możliwości konstrukcyjne¶

System budowy w obu zestawach jest oczywiście taki sam. Klocki LEGO Technic, w których belki z otworami łączy się za pomocą pinów jest prosty i doskonale znany większości dzieci. Dzięki temu proces budowania przebiega sprawnie. Obie wersje zestawu mają szerokie możliwości konstrukcyjne, co pozwala na szybkie testowanie różnych rozwiązań konstrukcyjnych i przyczynia się do rozwoju kreatywności u uczniów.

Mimo dużych różnic w zawartości, możliwości konstrukcyjne obu wersji zestawu są zbliżone. Z wersją edukacyjną buduje się po prostu przyjemniej. Dlaczego? Możemy tu korzystać z unikalnych elementów, takich jak obrotnice, koło podporowe, czy złożone z ogniw gąsienice. Wraz z większą ilością kół zębatych i długich belek, pozwalają na tworzenie bardziej skutecznych, dokładniejszych mechanizmów i zwiększenie efektywności budowy. Oczywiście dodanie zestawu rozszerzeniowego jeszcze bardziej zwiększa przewagę wersji edukacyjnej na tym polu.

Elektronika¶

Wśród części elektronicznych obu wersji zestawu znajdziemy dwa duże i jeden mniejszy serwomotor oraz dokładnie ten sam mikrokontroler w postaci kostki EV3. Różnice dotyczą czujników.

Wersje różnią się ilością, rodzajami a nawet technologią zastosowaną w czujnikach. Silniki i czujniki łączone są z kostką za pomocą kabli z wtyczkami. Kable to jedyne elementy, które dość szybko się zużywają przy pracy z zestawem (zatrzaski przy wtyczkach łatwo się łamią). Warto zatem pomyśleć o kupieniu zapasu – można się w nie zaopatrzyć u dystrybutorów LEGO Education.

Kostka EV3¶

Do sterowania zbudowanymi robotami służy kostka EV3. Jest to mikrokontroler oparty na procesorze ARM9 z systemem operacyjnym Linux, obudowany w jeden duży klocek LEGO. Kostka zawiera wyświetlacz, głośnik, 6 przycisków (w tym 5 programowalnych, wraz z podświetleniem), 4 porty wejścia, 4 porty wyjścia, port mini USB służący do łączenia z komputerem, port USB, wejście na kartę Micro SD (nawet do 32GB) oraz gniazdo na baterie. Umożliwia komunikację przez kabel USB, wbudowany moduł Bluetooth oraz WiFi (po podłączeniu zewnętrznego modułu WiFi do portu USB kostki).

W użytkowaniu kostka sprawuje się przyzwoicie, choć jej mało intuicyjne menu i długi czas rozruchu (ok. 30 sek. od włączenia) mogą być nieco uciążliwe. Od czasu do czasu zdarzają się też różne problemy – kostka może się zawiesić lub samoistnie wyłączyć. W takich przypadkach zazwyczaj pomaga aktualizacja wewnętrznego oprogramowania kostki (firmware) lub jej zresetowanie. W rozwiązywaniu problemów z kostką przydaje się ten artykuł.

Każda kostka EV3 może być zasilana za pomocą 6 baterii typu AA (polecamy akumulatory, bo baterie trzeba dość często wymieniać). Dostępny jest także akumulator dedykowany zestawowi. Do zestawu Education dołączany jest on gratis, jednak by móc z niego korzystać należy dokupić dość drogi zasilacz. Warto wiedzieć, że wspomniany akumulator powiększa kostkę EV3 o jeden moduł, dlatego nie da się go stosować we wszystkich modelach robotów. Co więcej, poleganie na akumulatorze nie jest zbyt korzystne ze względów logistycznych. Ładowanie go zajmuje dużo czasu, podczas którego nie możemy korzystać z zestawu. Oczywiście można zaopatrzyć się w podwójny zestaw akumulatorów EV3, jednak przy cenie ok. 300 zł za sztukę (+ 100 zł ładowarka) jest to raczej mało opłacalne.

Zamiast tego radzimy wyposażyć pracownię w podwójny zapas dobrej jakości akumulatorów typu AA i kilka porządnych ładowarek.

Silniki¶

Obie wersje zestawu EV3 zawierają dwa duże i jeden mniejszy serwomotor LEGO. Wszystkie silniki mają wbudowany czujnik obrotu. W podstawach jezdnych pozwala to na koordynację między dwoma silnikami w napędzie burtowym i precyzyjną jazdę prosto. Odczyty z czujnika obrotu mogą być także wykorzystane w programowaniu (np. jako dźwignie sterujące). W obu rodzajach serwomotorów sterowanie obrotem jest bardzo precyzyjne (z dokładnością do jednego stopnia) dzięki obecności wbudowanego tachometru.

Duże silniki mają większą moc i dużą obrotową głowicę, która ułatwia przekazywanie napędu. Osiągają prędkość rzędu 170 obrotów na minutę. Mniejszy silnik osiąga większą prędkość (do 250 obrotów na minutę) kosztem dostępnej mocy, a jego mniejsze rozmiary ułatwiają wpasowanie go do konstrukcji.

Czujnik dotyku¶

Czujnik dotyku znajduje się w obu wersjach zestawu. Jest to prosty czujnik analogowy, który jest w stanie wykryć czy przycisk jest wciśnięty, czy zwolniony. Może być wykorzystany do uruchamiania bądź zatrzymywania pracy konstrukcji, budowania zderzaków czy zliczania kliknięć. Wraz z paletą 5 przycisków na kostce EV3 (wszak to też czujniki dotyku!) może posłużyć do zaprogramowania zaawansowanego systemu sterowania konstrukcją.

Czujnik koloru¶

Ten czujnik także występuje zarówno w domowej (31313) jak i edukacyjnej (45544) wersji zestawu LEGO Mindstorms EV3. Czujnik zbiera dane dotyczące koloru (8 rozróżnianych kolorów) lub natężenia światła (w otoczeniu lub wiązki odbitej). Może być wykorzystany w robotach podążających za linią, walkach sumo czy urządzeniach sortujących.

Żyroskop¶

Żyroskop jest dostępny jedynie w edukacyjnej wersji zestawu EV3. Składający się z grupy akcelerometrów, żyroskop elektroniczny mierzy położenie kątowe i służy do wykrywania zmian w położeniu obiektu z dokładnością do 3 stopni we wszystkich osiach obrotu. Może być pomocny przy tworzeniu robotów balansujących czy kontrolerów reagujących na wychylenie.

Czujnik odległości¶

Do pomiaru odległości wykorzystywana jest różna technologia w różnych wersjach zestawu.

Zestaw edukacyjny zawiera czujnik ultradźwiękowy. Działanie czujnika polega na wysyłaniu przez nadajnik fali ultradźwiękowej, która po odbiciu od przeszkody wraca do odbiornika czujnika. Na podstawie czasu, który upłynął między nadaniem i odebraniem sygnału, czujnik określa odległość od przeszkody. Pomiar odległości jest stosunkowo dokładny (+/- 1 cm). Zakres pomiaru wynosi od 1 do 250 cm. Poza pomiarem odległości, czujnik może generować ultradźwięki oraz nasłuchiwać sygnałów ultradźwiękowych z otoczenia. Można go wykorzystać do pomiaru odległości, pokonywania labiryntów czy wykrywania obiektów.

W zestawie domowym, do pomiaru odległości wykorzystano czujnik podczerwieni. Czujnik wykrywa przeszkody w zakresie do około 50 – 70 cm. Niestety pomiar nie jest precyzyjny. Odległość określana jest w bliżej niesprecyzowanych jednostkach i obarczona dużym błędem. Ze względu na wykorzystaną technologię, kolor przedmiotu przed czujnikiem ma wpływ na wynik pomiaru. Z powodu tak wielkiej niedokładności pomiaru, wielkość mierzona przez czujnik nie jest określana mianem odległości lecz bliskości (ang. proximity). Rzeczywistą rolą czujnika w zestawie nie jest bowiem mierzenie czegokolwiek, ale odbieranie sygnałów z dołączonego do zestawu pilota, który wykorzystuje promieniowanie podczerwone do komunikacji.

Pilot¶

Pilot na podczerwień znajduje się tylko w domowej wersji zestawu. Może być wykorzystany jako nadajnik promieniowania podczerwonego do tropienia przez czujnik podczerwieni w zakresie do 2 m. Najczęściej służy jako pilot do zdalnego sterowania robotem. Do tego celu można wykorzystać 5 programowalnych przycisków (oraz ich kombinacje, czyli w sumie 11 akcji). Komunikacja z czujnikiem podczerwieni może odbywać się na 4 kanałach, dlatego by uniknąć zakłóceń, nie można korzystać z więcej niż 4 zestawów w promieniu 2 m. Pilot zasilany jest za pomocą dwóch baterii AAA.

Wszystkie elementy elektroniczne są dobrej jakości, a pierwsze usterki pojawiają się zazwyczaj dopiero po kilku latach intensywnej eksploatacji.

Warto zwrócić uwagę na możliwość dokupienia kabli, które psują się najszybciej, a także pojedynczych elementów elektronicznych, które można kupić oddzielnie. Dzięki temu ubogi w czujniki zestaw domowy może być uzupełniony. Poza czujnikami opisanymi powyżej, LEGO Education przygotowało dla zestawów EV3 także czujnik temperatury. Inni producenci produkujący akcesoria do tego zestawu nierzadko proponują jeszcze inne czujniki – warto na nie zwrócić uwagę. Dobrym przykładem są czujniki HiTechnic; znajdziemy tam m.in. kompas czy czujnik pola magnetycznego.

Programowanie¶

Zestawy LEGO Mindstorms EV3 można programować za pomocą dedykowanej aplikacji opartej na LabView. Jest ona dostępna na komputery, jak i na tablety. Jednak musicie wiedzieć, że zależnie od wersji zestawu i używanego urządzenia, zawartość oraz funkcje aplikacji do programowania będą się różnić. Dlatego w sumie mamy aż 4 środowiska programistyczne do zestawu EV3.

Środowisko EV3 Software pozwala na programowanie robotów w intuicyjnym języku graficznym. Programy tworzymy dokładając kolejne instrukcje do bloczka startowego. Gotowy program należy zgrać na kostkę EV3. Po uruchomieniu polecenia będą wykonywane od lewej do prawej. Każdy z bloczków można dostosować korzystając z rozlicznych opcji.

Środowisko umożliwia proste i precyzyjne sterowanie robotami LEGO. Programy tworzy się łatwo i intuicyjnie, a wszystkie opcje bloczków są widoczne na pierwszy rzut oka. Problemem jest jedynie wielkość bloczków – dłuższe, bardziej skomplikowane programy nie mieszczą się na jednym ekranie i trzeba je przewijać. Z tego względu używanie środowiska do tworzenia zaawansowanych programów może być niewygodne. Jednak ten niewielki mankament nie stanowi przeszkody dla większości projektów tworzonych w ramach szkolnych zajęć robotyki.

Na dalszych etapach edukacji można wprowadzić programowanie tekstowe robotów EV3. Do wyboru mamy dedykowane języki EV3Basic lub Robot-C, albo nawet któryś z klasycznych języków programowania, np. Java czy Python (po zainstalowaniu na kostce nowego systemu operacyjnego – patrz ev3dev.org).

Kostka EV3 łączy się z komputerem lub tabletem za pomocą technologii Bluetooth, WiFi (po podłączeniu zewnętrznego modułu WiFi) oraz, najprościej i bezproblemowo, za pomocą kabla USB. Po zgraniu programu na kostkę, kabel USB można odłączyć i robot będzie pracował autonomicznie.

Aplikacja EV3 na komputery¶

Programowanie zestawów EV3 z wykorzystaniem komputerów daje najwięcej możliwości i umożliwia pełne wykorzystanie zestawów. Zarówno w edukacyjnej, jak i w domowej wersji aplikacji uzyskujemy dostęp do pełnej palety bloczków programistycznych, pogrupowanych w sześć kategorii. Znajdziemy tu bloczki akcji (kontrolujące silniki, wyświetlacz czy podświetlenie klawiszy kostki), sterowania przepływem (bloczki oczekiwania, instrukcje warunkowe, pętle), odczytu danych z czujników, operacji na danych (zmienne, listy, operacje matematyczne), bloczki zaawansowane oraz utworzone przez użytkownika.

Wersje edukacyjna i domowa różnią się znacznie wyglądem i zawartością. W wersji edukacyjnej aplikacji, poza środowiskiem programistycznym, znajdziemy instrukcje budowy i programowania konstrukcji z zestawu edukacyjnego (#45544), materiały szkoleniowe wprowadzające w świat robotyki LEGO Mindstorms oraz narzędzia do dokumentowania projektów i rejestrowania danych, które są przydatne zwłaszcza w eksperymentach.

Wersja domowa oprogramowania nie zawiera tych funkcjonalności. Oprócz środowiska programistycznego, instrukcji budowy i programowania przykładowych robotów z zestawu #31313 i narzędzia do dokumentacji projektów, znajdziemy tu krótkie filmiki wprowadzające oraz link do przewodnika użytkownika. Paleta bloczków dostępna dla użytkowników domowych jest też nieco okrojona w porównaniu do wersji edukacyjnej.

Wersja edukacyjna aplikacji działa na komputerach z systemem Windows (7, 8 i 10) oraz z systemem Mac OS w wersji 10.6 lub nowszej. Aplikację można pobrać tutaj.

Wersja do użytku domowego jest kompatybilna z systemem Windows Vista lub nowszym oraz z systemem Mac OS w wersji 10.6 lub nowszej. Tą wersję aplikacji można pobrać tutaj.

Aplikacja EV3 na tablety¶

Dla zestawu Mindstorms EV3 przewidziano oddzielne aplikacje do programowania na tabletach. Mają one zdecydowanie mniejsze możliwości z powodu ograniczenia liczby bloczków. Do dyspozycji mamy zaledwie trzy spośród sześciu palet dostępnych w wersji na komputery osobiste. Zabrakło bloczków operacji na danych oraz bloczków zaawansowanych, nie ma też możliwości tworzenia własnych instrukcji. Z tej przyczyny w aplikacji możemy stworzyć tylko najprostsze programy, co zmniejsza walory edukacyjne zajęć.

plikacja w wersji edukacyjnej jest dostępna na tablety z systemem iOS (8.0 lub wyższym), na urządzenia z systemem Android 4.2 i nowszym, a także na Chromebooki, tablety Kindle Fire i urządzenia dotykowe z systemem Windows 10. Więcej szczegółów można znaleźć w sklepie Google Play lub App Store oraz na stronie LEGO Education.

Aplikacja dla zestawu domowego dostępna jest do pobrania w Google Play i App Store. Jest kompatybilna z iPadem 2.0 lub nowszą wersją i z systemem operacyjnym iOS 8.0 (lub wyższym). Dla tabletów z systemem Android nie określono szczegółowych wymagań.

Materiały Edukacyjne¶

Dla wersji Education (45544)¶

Przygodę z aplikacją LEGO Mindstorms EV3 Education warto zacząć od zakładki Quick Start, która zawiera kilka filmów instruktażowych wprowadzających w funkcjonalności aplikacji. Oprócz tego, w menu aplikacji znajdziemy instrukcje budowy przykładowych modeli, samouczek robotyczny i materiały dodatkowe.

Wraz z aplikacją uzyskujemy dostęp do instrukcji budowy 10 (w istocie 11, o czym niżej) robotów. Niestety aż 6 z nich wymaga użycia dodatkowego zestawu rozszerzeniowego Expansion Set. Należą do nich: Tank Bot, Znap, Stair Climber, Elephant, Spinner Factory oraz kontroler Remote Control, który można wykorzystać do sterowania innym robotami (oczywiście musimy wówczas dysponować dwoma zestawami EV3). Tylko 4 roboty można zbudować za pomocą wyłącznie podstawowej wersji zestawu edukacyjnego Core Set: Gyro Boy, Color Sorter, Puppy i Robot Arm H25.

Wszystkie modele są ciekawe, ale niestety bardzo skomplikowane konstrukcyjnie i programistycznie, co sprawia, że proces ich budowy, programowania i testowania trwa w sumie długo. Dlatego trudno wykorzystać te materiały w ramach zajęć robotyki W materiałach brakuje instrukcji programowania. Po skończonej budowie dostajemy gotowy, skomplikowany program, który dość trudno jest zrozumieć na pierwszy rzut oka. Błyskawiczny dostęp do gotowego programu sprawia, że tracimy dużą wartość edukacyjną. Uczniowie nie mają okazji tworzyć programu od podstaw krok po kroku, testować go i korygować błędy.

Na szczęście w innej części aplikacji znajduje się bardzo wartościowy materiał w postaci samouczka Robot educator. Są tam materiały najciekawsze pod względem edukacyjnym, prezentujące możliwości części elektronicznych zestawu, podstawowych i zaawansowanych bloczków programistycznych, a także dostępnych w środowisku narzędzi, m.in. narzędzia do rejestrowania i prezentowania danych zebranych z czujników.

Co więcej, w samouczku znajdziemy instrukcję budowy najbardziej interesującej pod względem edukacyjnym konstrukcji: prostej podstawy jezdnej Driving Base, wraz z dodatkami pozwalającymi na wyposażenie podstawy w dodatkowy silnik z ruchomą ramką do łapania obiektów, oraz czujniki dotyku, koloru (skierowany w dół lub przód), odległości oraz żyroskop. Ta prosta konstrukcja, w połączeniu z instrukcjami programowania dostępnymi w prezentacji bloczków programistycznych, pozwala na przeprowadzenie wielu ciekawych lekcji.

Instrukcje budowy dostarczone przez LEGO są dobrej jakości, choć brakuje podglądu składanego elementu przed i po złożeniu. Z tej przyczyny, przy krokach instrukcji obejmujących w kadrze duże fragmenty konstrukcji, znalezienie miejsca, gdzie należy dodać klocek przypomina czasem grę Gdzie jest Waldo? Trudno wyjaśnić czemu LEGO do tej pory nie zdecydowało się na dodanie tej funkcjonalności w swoich instrukcjach – w aplikacji komputerowej jest to proste w wykonaniu i bardzo pomocne (patrz instrukcje RoboCamp).

Omówione materiały dostępne są w aplikacji przeznaczonej na komputery osobiste. W wersji na tablety, zawartość materiałów jest ograniczona tylko do okrojonej wersji samouczka Robot Educator.

Lekcja z Mindstorms EV3 Education¶

Jeśli chcesz zobaczyć jak wygląda lekcja programowania robotów Mindstorms razem z instrukcjami RoboCamp, uruchom filmik poniżej.

Wszystkie etapy lekcji robotyki Helikopter na LEGO Mindstorms EV3 #45544 możesz obejrzeć na kanale RoboCamp na YouTube.

Więcej genialnych lekcji dla dzieci na Mindstorms znajdziesz w ofercie RoboCamp dla nauczycieli.

Dla wersji Home (31313)¶

Wersja domowa środowiska, LEGO Mindstorms EV3 Home Edition, oferuje zupełnie inne materiały. Przy starcie aplikacji uruchamia się głośne lobby, gdzie można wybrać jednego z pięciu wojowniczych robotów: strzelającego humanoida EV3RSTORM, modela kobry R3PTAR, robota chwytającego GRIPP3R, czołg z wymiennymi narzędziami TRACK3R i model skorpiona SPIK3R. Aplikacja pozwala na pobranie dodatkowych 12 konstrukcji stworzonych przez społeczność LEGO Mindstorms.

Oprócz instrukcji budowy, ta wersja aplikacji oferuje także dokładne instrukcje programowania krok po kroku, umożliwiające samodzielne tworzenie i testowanie programów. Dostępne są one jedynie dla pięciu oryginalnych konstrukcji LEGO; w projektach dodatkowych, zaawansowane programy prezentowane są w wersji gotowej z komentarzami.

Podobnie jak w przypadku wersji edukacyjnej, modele są skomplikowane konstrukcyjnie i programistycznie, a praca z nimi czasochłonna, przez co trudno wykorzystać je na zajęciach. Oprócz projektów robotów, w materiałach znajdziemy kilka krótkich filmów instruktażowych prezentujących możliwości środowiska oraz link do przewodnika dla użytkownika.

W wersji na tablety, aplikacja wygląda dość podobnie. Umożliwia dostęp do instrukcji budowy 5 flagowych robotów (bez instrukcji programowania) oraz 12 projektów stworzonych przez społeczność LEGO. Jednak w wielu takich instrukcjach znajdziemy informację, że pełne możliwości danego projekty można odkryć jedynie korzystając z pełnej wersji środowiska, dostępnej na komputery osobiste.

Koszt¶

• LEGO Mindstorms EV3 Education Core Set (45544): 1 949.00 zł
• LEGO Mindstorms EV3 Home Edition (31313): 1 549.00 zł
• LEGO Mindstorms Education EV3 Zestaw Rozszerzający: 549.00 zł

Podsumowanie¶

Zestawy LEGO Mindstorms EV3 mają w obu wersjach mają bardzo wiele zalet i wyróżniają się na tle konkurencji. System budowy jest prosty i szybki, a elementy trwałe. Dzięki zastosowaniu klocków LEGO, konstrukcje składa się łatwo, przyjemnie i co najważniejsze, bardzo szybko. Zróżnicowane elementy konstrukcyjne i elektroniczne zestawu pozwalają na rzetelne nauczanie podstaw mechaniki i fizyki oraz rozwijają kreatywność, gdyż zachęcają do testowania własnych pomysłów.

Szerokie możliwości zestawu sprawiają, że można z niego korzystać na różnych poziomach edukacji. Nie bez powodu wiele wyższych uczelni technicznych wykorzystuje go w swoich laboratoriach robotyki i mechatroniki. Również aplikacje do programowania zestawów (zwłaszcza w wersji na komputery osobiste) świetnie nadają się do nauki programowania. Dzięki temu, że umożliwiają tworzenie zaawansowanych programów w łatwy i intuicyjny sposób, pomagają rozwijać myślenie komputacyjne i pozwalają na opanowanie wielu koncepcji programistycznych bez konieczności uczenia się skomplikowanej składni języków tekstowych.

Różnice pomiędzy dwiema dostępnymi na rynku wersjami zestawu wydają się drobne na pierwszy rzut oka, jednak dotyczą aspektów kluczowych dla nauczania. LEGO Mindstorms EV3 Education Core Set (#45544) to zestaw stworzony z myślą o edukacji. Widoczne jest to niemal we wszystkich aspektach: od wygodnego pudełka ułatwiającego przechowywanie i budowanie dzięki systemowi sortowania, przez bardziej przemyślaną zawartość klocków konstrukcyjnych, ciekawsze czujniki, aż po bogatszą aplikację do programowania i bardziej edukacyjne modele robotów.

Wpływa to korzystnie na przebieg zajęć i umożliwia przeprowadzenie pełnej lekcji robotyki (wprowadzenie, budowanie, programowanie i testy) nawet w 90 minut. Problemem może być jedynie znalezienie materiałów do zajęć przygotowanych z myślą o takich ramach czasowych; samouczek Robot educator nie wystarcza na długo. Rozwiązaniem może być samodzielne opracowanie takiego programu zajęć lub skorzystanie z dostępnych na rynku profesjonalnych rozwiązań (np. podręczników RoboCamp).

LEGO Mindstorms EV3 Home, czyli wersja zestawu przeznaczona dla indywidualnych użytkowników, jest dużo mniej praktyczna. Począwszy od kartonowego pudełka, przez czarno-czerwoną, wojowniczą kolorystykę elementów utrudniającą odnajdywanie klocków, aż po samą zawartość zestawu (6 mieczy!) – wszystko jest w tym zestawie dyktowane przez marketing. Czujnik odległości działający na podczerwień jest słabszy od tego w wersji edukacyjnej. Jest dużo mniej precyzyjny od ultradźwiękowego, za to pozwala na wykorzystanie pilota do zdalnego sterowania robotami.

Środowisko do programowania zestawu domowego (#31313) jest bardzo podobne do wersji edukacyjnej – najważniejszy aspekt, czyli programowanie, odbywa się dokładnie tak samo, dysponujemy jednak nieco mniejszą ilością bloczków. W tej wersji brakuje narzędzi do zbierania i prezentowania danych oraz materiałów dla nauczyciela.

W tabeli podsumowaliśmy naszą ocenę obu zestawów. Jeśli w danej kategorii zestaw miał zdecydowaną przewagę nad konkurentem, otrzymał punkt. Jeśli zestawy były porównywalne, przyznaliśmy taką samą ilość punktów. W takim prostym podsumowaniu wersja domowa przegrywa z edukacyjną niemal na każdym polu. Trzeba jednak pamiętać, że różnice te są uwzględnione w cenach zestawu, które są adekwatne.

Oczywiście, praca z wersją domową w warunkach szkolnych jest możliwa. Trzeba jednak zadbać o uzupełnienie braków zestawu – dobranie odpowiedniego pudełka i materiałów edukacyjnych. Na dalszym etapie można się też pokusić o dokupienie czujników (ultradźwiękowego czujnika odległości i żyroskopu), których zabrakło w tej wersji.

Dodatkowe materiały edukacyjne przydadzą się przy pracy z obiema wersjami. Wszystkie przygotowane przez LEGO projekty (poza zawartością samouczka Robot educator) są bardzo złożone, przez co zajmują zbyt wiele czasu by efektywnie wykorzystać je na regularnych zajęciach szkolnych. Dotyczy to zarówno konstruowania jak i programowania. Do pracy w klasie polecamy nasze serie CityCamp (dostępny dla wersji domowej i edukacyjnej) i DiscoveryCamp (dostępny dla wersji edukacyjnej). Wszystkie lekcje w nich zawarte można zrealizować w 90 minut. Przykładowe materiały do lekcji można obejrzeć w naszym darmowym demo.