Конструируем роботов на LEGO MINDSTORMS Education EV3. Крутое пике

Е. И. Рыжая, В. В. Удалов, В. В. Тарапата
КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

на LEGO®
MINDSTORMS®
Education EV3

Лаборатория знаний
Москва
2017

Крутое пике

 

2-е издание
(электронное)

УДК 373.167
ББК 32.97
Р93

С е р и я о с н о в а н а в 2016 г.
Ведущие редакторы серии Т. Г. Хохлова, Ю. А. Серова

Проект подготовлен под руководством В. Н. Халамова
Рыжая Е. И.
Р93
Конструируем
роботов
на
LEGO
R○
MINDSTORMS
R○
Education
EV3.
Крутое
пике
[Электронный
ресурс]
/
Е. И. Рыжая, В. В. Удалов, В. В. Тарапата. — 2-е изд. (эл.). —
Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 97 с.). — М. : Лаборатория знаний, 2017. — (РОБОФИШКИ). — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10".
ISBN 978-5-00101-536-9
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБОФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть
вместе с ними.
Вы
соберёте
из
деталей
конструктора
LEGO
R○
MINDSTORMS
R○ Education EV3 робота, который может имитировать
полёт самолёта. Управляя им, вы почувствуете себя настоящим
асом!
Для
технического
творчества
в
школе
и
дома,
а
также
на занятиях в робототехнических кружках.
УДК 373.167
ББК 32.97

Деривативное
электронное
издание
на
основе
печатного
аналога:
Конструируем
роботов
на
LEGO
R○
MINDSTORMS
R○
Education
EV3.
Крутое
пике
/
Е. И. Рыжая,
В. В. Удалов,
В. В. Тарапата. — М. : Лаборатория знаний, 2017. — 92 с. : ил.,
[4] с. цв. вкл. — (РОБОФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-017-3.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-536-9
c○ Лаборатория знаний, 2016

2

Издание, которое вы держите сейчас в руках, — это не просто описание и практическое 
руководство по выполнению конкретного увлекательного проекта по робототехнике. 
И то, что в результате вы самостоятельно сумеете собрать своими руками настоящее 
работающее устройство, — это, конечно, победа и успех!
Но главное — вы поймёте, что такие ценные качества характера, как терпение, аккуратность, настойчивость и творческое мышление, проявленные при работе над проектом, останутся с вами навсегда, помогут уверенно создавать своё будущее, стать успешным человеком, независимо от того, с какой профессией свяжете жизнь.
Создавать будущее — сложная и ответственная задача. Каждый день становится открытием, если он приносит новые знания, которые затем могут быть превращены в проекты. Особенно это важно для тех, кто выбрал дорогу инженера и технического специалиста. Знания — это база, которая становится основой для свершений.
Однако технический прогресс зависит не только от знаний, но и от смелости создавать новое. Всё, что нас окружает сегодня, придумано инженерами. Их любопытство, 
желание узнавать неизведанное и конструировать то, чего никто до них не делал, и создаёт окружающий мир. Именно от таких людей зависит, каким будет наш завтрашний 
день. Только идеи, основанные на творческом подходе, прочных знаниях и постоянном 
стремлении к новаторству, заставляют мир двигаться вперёд.
И сегодня, выполнив этот проект и перейдя к следующим, вы сделаете очередной шаг 
по этой дороге.

Успехов вам!

Команда Программы «Робототехника:
инженерно-технические кадры инновационной России»
Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело»

Здравствуйте! 

Как видно, ты уже совсем не новичок 
в LEGO, раз добрался до набора LEGO® 

MINDSTORMS® Education EV3 и, конечно, быстро собрал всё, что там предлагалось!

Что же делать теперь? Набор дорогой, 
выбрасывать жалко, а у младшего братика (если он есть) пока другие игрушки. 
Не расстраивайся! Мы тебе поможем.
Из этого набора можно собрать ещё 
много интересных и полезных вещей, 
например авиасимулятор. Если ты мечтаешь о славе настоящих асов полёта, то 
этот проект для тебя!

Задумайся над этим!

Фактически за какой-то час работы ты 
сумеешь пройти многовековой путь изобретателей прошлого! Почему в настоящее 
время такое стало возможно? Можно ли 
изобрести что-нибудь новое, не зная, какие машины и механизмы существовали 
в прошлом? Как интереснее работать — 
одному или вместе с другом?

Внимание!
Ты можешь собрать свои достижения 
в робототехнике в электронное портфолио! Фотографируй или фиксируй на 
видео результаты своей работы, чтобы 
потом представить их для участия в творческих конкурсах. Результаты конкурсов 
и олимпиад засчитываются при поступлении в профессиональные учебные заведения. 

Дорогой друг!

Человек всегда хотел летать, как птица. 
Мечта сбылась — мы с лёгкостью преодолеваем огромные расстояния на самолёте. Может быть, ты мечтаешь управлять 
этой красивой серебристой птицей — 
стать пилотом?
Самолёт — аппарат для полётов в воздухе с помощью двигателей и неподвижных крыльев.
Главные части самолёта: 
• крыло — помогает самолёту оторваться от земли;
• хвостовое оперение — поверхности,
предназначенные для обеспечения
устойчивости и управляемости;
• фюзеляж — «тело» самолета, на нём
крепится всё остальное: крыло, оперение, шасси, двигатели; кроме того,
в фюзеляже находится кабина пилотов, салон для пассажиров, грузы и
оборудование;
• шасси — это система опор, необходимых для разбега самолёта при
взлёте, пробега при посадке, а также
передвижения и стоянки на земле;
чаще всего шасси бывают колёсные;
• силовая установка — это двигатели;
• системы бортового оборудования —
это различные приборы и устройства, которые позволяют выполнять
полёты при любых погодных условиях. Бортовая электроника является наиболее «умным», сложным
и дорогостоящим оборудованием

и превосходит по стоимости все 
остальные части самолёта.

По своему назначению самолёты бывают:
• военные (истребители, перехватчики, бомбардировщики, ракетоносцы, авианосцы, разведчики и пр.);
• гражданские (пассажирские, транспортные, почтовые, сельскохозяйственные, санитарные, спортивные,
учебно-тренировочные).

Также самолёты различаются по массе, 
типу и числу двигателей, по числу и расположению крыльев, по расположению 
оперения, по размерам и этажности фюзеляжа, по скорости полёта, по типу взлёта и посадки и пр.

Историю создания летательных аппаратов и воздухоплавания можно прочесть, перейдя по ссылкам:

• http://fern-flower.ru/articles/
i s t o r i y a _ v o z n i k n o v e n i y a _
vozduhoplavaniya_aviacii_i_
pokoreniya_kosmosa
• http://www.phisiki.com/20120 2 - 2 8 - 1 0 - 5 1 - 5 4 / 9 5 - i s t o r i y a isobreteniya-samoleta
• http://www.thingshistory.com/
kratkaya-istoriya-dvigatelya-isamoleta/

Знакомимся с самолётом

Рис. 2. Оси самолёта

Авиагоризонт — это навигационный 
прибор для измерения и сообщения экипажу углов крена и тангажа, соответствующих положению самолёта относительно горизонтальной плоскости (то есть 
земли).

Крен — поворот самолёта вокруг его 
продольной оси (рис. 2 и рис. 3).
Тангаж — угловое движение самолёта относительно его поперечной оси 
(см. рис. 2 и рис. 3): при взлёте носовая часть поднимается вверх, хвостовая опускается вниз, при посадке — на оборот.

Авиагоризонт (рис. 4) является гироскопическим прибором, или гироскопом. 
Он может измерять углы наклона тела, 

на котором оно установлено (в нашем 
случае — на самолёте). 
Авиагоризонт необходим лётчику для 
контроля положения самолёта в пространстве: для обеспечения безопасности 

Рис. 1. Кабина пилотов Airbus-A320

НАВИГАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

В кабине пилотов на панели управления размещены различные рычаги, штурвалы и приборы для контроля полёта и оборудования самолёта (рис. 1). Это бортовые измерительные приборы. К приборам для контроля параметров полёта относится и искусственный 
горизонт — авиагоризонт. 

во время полёта,  при выводе самолёта из 
сложного положения, при выполнении 
фигур пилотажа.
Гироскоп, размещённый внутри авиагоризонта, «отслеживает» изменения  положения самолёта относительно его продольной и поперечной осей и отображает 
эти изменения на экране авиагоризонта 
в виде схематически представленных 
неба (синяя полусфера вверху), земли 
(тёмная полусфера внизу) и самолёта — 
U-образная конструкция в центре, с жёлтыми горизонтальными «крылышками»
(см. рис. 4).

Рис. 4. Авиагоризонт

Рис. 3. Взято с сайта по адресу http://mylektsii.ru/1-34279.html

Граница между небом и землёй на приборе и есть линия искусственного горизонта. Если в обычном полёте (при хорошей видимости) обратить внимание на 
взаимное расположение естественного 
горизонта (впереди за лобовым стеклом) 
и искусственного (на приборе), то окажется, что они всегда параллельны.
Если «приподнять» нос самолёта подачей штурвала на себя, то искусственный горизонт так же, как и естественный, 
переместится вниз. Опускаем «нос» — 
и линии обоих горизонтов синхронно поползут вверх.
Вооружённые таким прибором пилоты 
всегда могут выбрать безопасное положение самолёта в пространстве, ориентируясь на показания авиагоризонта. 
Авиагоризонтами оснащены все современные самолёты как гражданской, так 
и военной авиации. 
В нашем проекте мы будем собирать 
и управлять моделью штурвала пассажирского самолёта  Airbus-А320. При 
управлении самолётом с целью обеспечения безопасности необходимо учитывать 
следующие параметры:
• скорость полета: 800–840 км/ч, или
222–233 м/с;
• задаваемые значения углов: тангажа — от –20 градусов до 22 градусов, крена — от –15 градусов до
15 градусов.

Оборудование:
• Базовый
набор 
LEGO® 
MINDSTORMS® Education EV3.
• Компьютер 
(минимальные 
системные требования): Windows XP, Vista,
Windows 7, Windows 8 (за исключением METRO), Windows 10 (32/64 бит),
оперативная память не менее 1 Гб, процессор — 1,6 ГГц (или быстрее), разрешение экрана — 1024 600, свободное
место на диске — 5 Гб.
• Программное 
обеспечение 
LEGO®

MINDSTORMS® 
Education 
EV3
(LME-EV3).

Обозначения:
В тексте тебе встретятся обозначения, которые мы сейчас поясним на примерах.
1.
Балка № 7 — это балка с семью модулями (отверстиями).
2.
3-модульный штифт — штифт, длина
которого равна длине балки № 3.
3.
Ось № 5 — ось, длина которой равна
длине балки № 5.

Рассмотри модель робота-авиасиму ля тора, собранную на основе набора LEGO® 

MINDSTORMS® Education EV3.
Выдели на ней рабочие детали: модель 
штурвала; два мотора, отвечающие за 
углы крена и тангажа; два датчика касания — газ и тормоз.

Обрати внимание, на развороте книги, 
в таб лице даны все детали, которые потребуются тебе для сборки. Эта таблица поможет быстро найти то, что необходимо, 
и не ошибиться при конструировании. 
Для удобства её можно вынуть из книги.
А теперь давай соберём эту модель!

Этап 1. Устройство 
Авиасимулятора

ШАГ 1. СБОРКА КОНТУРА 
ЖЁСТКОСТИ

1.
На левой боковой панели программируемого модуля в первый, третий
и четвёртый верхние модули вставь
чёрные штифты.

2.
На двух левых штифтах закрепи прямоугольную балку, на правом штифте установи вторую прямоугольную
балку, как показано на рисунке.

Детали для сборки: 
• программируемый модуль EV3, 1х;
• балка прямоугольная 3 5, белая 4х;
• угловой штифт 3 3, 2х;
• соединительный 
штифт, 
2-модульный, чёрный, 6х.

Этап 2. Сборка 
Авиасимулятора