Конструируем роботов на LEGO MINDSTORMS Education EV3. Домашний кассир

В. В. Тарапата
КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

на Arduino®

Лаборатория знаний
Москва
2018

MINDSTORMS
Education EV3
LEGO

Домашний 
кассир

издание
Электронное

УДК 373.167
ББК 32.97
Т19

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
Тарапата В. В.
Т19
Конструируем
роботов
на
LEGO

R○
MINDSTORMS

R○

Education
EV3.
Домашний
кассир
[Электронный
ресурс] / В. В. Тарапата. — Эл. изд. — Электрон. текстовые
дан. (1 файл pdf : 82 с.). — М. : Лаборатория знаний, 2018. —
(РОБОФИШКИ). — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10".
ISBN 978-5-00101-583-3
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБОФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть
вместе с ними.
С помощью деталей конструктора LEGO

R○ MINDSTORMS

R○

Education EV3 вы сможете собрать робота, который поможет
подсчитать твои денежные сбережения и разложить по номиналу
имеющиеся у тебя банкноты на карманные расходы или особые
подарки родственникам и друзьям.
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.
Домашний
кассир
/
В. В. Тарапата. —
М. : Лаборатория знаний, 2018. — 79 с. : ил. — (РОБОФИШКИ). —
ISBN 978-5-00101-101-9.

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 978-5-00101-583-3
c○ Лаборатория знаний, 2018

2

Здравствуйте! 

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, — 
конечно, победа и успех!
Но главное — вы поймёте, что такие ценные качества характера, 
как терпение, аккуратность, настойчивость и творческая мысль, проявленные при работе над проектом, останутся с вами навсегда, помогут 
уверенно создавать своё будущее, стать реально 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 создают 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»

Дорогой друг!

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, ты можешь собрать робота, способного помочь тебе 
подсчитать твои денежные сбережения и разложить по номиналу имеющиеся у тебя банкноты на карманные расходы или особые подарки 
родственникам и друзьям. 

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 ро бототехнике 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.

История счётного дела

Когда мы говорим «деньги», на ум приходят круглые блестящие монеты. Это не случайно! Монеты —  не только древняя разновидность 
денежных средств. Само это слово переводится как «стандарт». Первые монеты появились в VII веке до нашей эры в царстве Лидия, 
расположенном в Малой Азии (рис. 1). Самые крупные из них носили 
название «статер». Монеты чеканили из особого сплава золота (40%) 
и серебра (60%). Вскоре состав сплава изменился. Из городов налоги 
отправлялись в столицу, и каждый местный правитель хотел сэкономить 
средства, поэтому процент серебра в составе увеличивался. Внешне изменение состава было трудно заметить без тщательной проверки. Так 
началась история фальшивомонетничества (от лат. «falsus» — ложный, 
поддельный). Примерно в это же время появились и первые банки. 
Их роль выполняли храмы, служители которых брали имущество граждан (деньги, товары купцов, скарб путешественников) на ответственное 
хранение от воров, непогоды и недоброжелателей. 
Искусство чеканки монет быстро распространялось по всему миру. 
Однако монеты было неудобно держать при себе и отсчитывать. Уже в 
I веке до нашей эры в Китае предприняли первые меры для облегчения 
кошельков, создав деньги из четырёхугольных пластинок оленьей ко-жи. Для 
защиты от подделок на пластинки наносились специальные печати и знаки. А 
в IX веке уже нашей эры китайцы стали использовать бумажные деньги. Сами 
жители Поднебесной прозвали их «летающими» из-за малого веса. онеты, про
Рис. 1. Лидийский статер 
VII века до нашей эры 

Кстати! Слово «статер» происходит от 
названия семитской меры веса — шекель. 
Своё звучание слово приобрело из-за отсутствия в греческом языке звука [ш].

должавшие быть в обращении до этого момента, имели специальное отверстие в середине, 
чтобы их можно было носить с собой в связке 
(рис. 2). Порой вес одной такой монеты достигал 3 кг! Бумажные же сертификаты быстро 
полюбились народу. В 1286 году страну посетил известный венецианский путешественник 
Марко Поло, который привёз образцы бумажных денег в Европу, однако они здесь появились лишь после изобретения печатного станка Иоганном Гуттенбергом в 1440 г. 
Медлительная традиционная Европа не спешила переходить от привычных монет к «летающим» купюрам. Если китайцам требовалось удобство, то европейцев перейти на бумажные деньги вынудило 
обеднение государств: драгоценных металлов стало не хватать, а вести 
торговлю с соседями нужно было продолжить. Реальную стоимость 
выпущенных сертификатов, которые изначально распространились как 
расписки ювелиров о будущем обмене на золото при предъявлении документа, подкрепить было нечем. Это привело к тому, что, например, 
в 1796 году за один франк золотом надо было отдать 312,5 бумажных.
В России первые печатные деньги были введены Екатериной II 
в 1769 году и получили в народе название «екатеринки» (рис. 3). Это 
были далеко не первые деньги в истории нашей страны. В X веке князья стали выпускать собственные металлические монеты для торга внутри Руси, но затем 
из-за татаро-монгольского нашествия монеты 
пропали на три века, сменившись натуральным обменом. И только после освобождения 
Руси монеты вернулись, став почти привычными копейками и рублями. Екатерина II, как 
и европейские монархи, одной из основных 
причин для ввода бумажных ассигнаций видела возможность с их помощью поддержать 
бюджет страны, не подкреплённый металлическим запасом. Конечно, бумажные рубли стали быстро обесцениваться. Но самое большое 
«падение» их ждало в послереволюционные 
годы: тогда бумажные деньги юный Советский 
Союз стал печатать квадриллионами (1 квадрлн 1 000 000 000 000 000)! 
По ту сторону океана с бумажными деньгами тоже были проблемы. До 1860-х годов 
Рис. 3. «Екатеринка» 1769 года

Рис. 2. Старинная китайская 
монета

в США у каждого штата были собственные доллары, которые печатались частными банками по лицензии. Естественно, банкноты чужих 
и особенно находящихся далеко штатов мошенники подделывали особенно активно. 
Правительства старались защитить собственные купюры. Сегодня 
рубли имеют следующую защиту: водяные знаки; специальный состав 
бумаги; мелкие детали и сетка; изображение металлографией; «орловская печать»; микропечать; защитная нить; кипп-эффект (изображение 
видно только под острым углом); голографическая краска и краска 
для ультрафиолета; магнитные элементы, металлические и полимерные 
нити.
И всё же на глаз отличить оригинал от очень качественной подделки 
невозможно. Для этих целей в 1980-е годы в США был изобретён первый детектор валют. Сегодня детекторы валют, проверяющие банкноты 
на подлинность, чаще всего встроены в автоматические счётчики денег, 
которые, в свою очередь, являются частью кассы. 
Всё началось 13 июля 1875 года, когда Дэвид Браун запатентовал «аппарат для транспортировки товаров, наличных денег и прочих мелких грузов». Система представляла собой сеть из канатов, по 
которым от продавца в каждом отделе оплата в корзинках поступала 
к центральной кассе, а обратно возвращались сдача и чек. Впервые эту 
систему применили в крупнейшем мебельном магазине штата Массачусетс (США) через четыре года после создания аппарата. Она настолько способствовала увеличению скорости обслуживания, что хозяин 
магазина выкупил патент и основал компанию Lamson Cash Railway. 
В одном из крупнейших универмагов Нью-Йорка система Брауна проработала более 100 лет! Кстати, усовершенствованные версии аппарата 
с пневматическими трубками вместо канатов и корзинок ты можешь 
встретить в любом крупном гипермаркете своего города, правда, используется она только для обмена служебной информацией кассиров 
с администратором. Дело в том, что в 1884 году братья Ритти создали кассовый аппарат, который позволял быстрее производить расчёт 
и сохранял в памяти информацию обо всех платежах. Это устройство 
должно было быть центром системы Брауна, но впоследствии просто 
вытеснило его, поскольку позволяло лучше контролировать выплату 
магазинами налогов с продаж. 
Банкноты продолжали считать вручную вплоть до 1908 года, пока 
Чарльз Франклин Кеттеринг не изобрёл автоматический счётчик банкнот. В аппарат загружалась стопка денег и задавалась сумма, которую 
требовалось отделить. Машинка отсчитывала нужное количество купюр 
и останавливалась, а оператор отделял стопку деревянной дощечкой. 
К сожалению, из-за массового применения изобретения многие служащие банков потеряли работу. 

В 1962 году японская компания Tokyo Calculating 
Machine Works предложила новый аппарат: в нём 
банкноты отделялись от пачки по одной, затем 
с помощью системы роликов подавались через 
счётный узел, где при прохождении замыкали 
контакт датчика, который считал количество таких замыканий. Этот способ сегодня считается 
классическим. Однако детектор подлинности валют был встроен только в модель REI High-Speed 
Machine 1981 го да. Эта машинка без участия человека обрабатывала 72 000 купюр в час, отделяя 
от отсчитанных бракованные или поддельные.
Современные счётчики купюр бывают двух типов: вакуумные (шпиндельные) и на основе ролико-фрикционного механизма. Первые производят 
перерасчёт по уголку корешка, не проверяют подлинность и применяются только в банках. Второй же тип применяется повсеместно. Банкноты в нём подаются в специальный загрузочный 
карман, далее проходят через ролики (слистыватели) в основную часть 
счётчика, где расположены оптические датчики, затем купюры отсчитываются и сортируются по нескольким карманам в зависимости от номинала (такая сортировка обеспечена только в самых дорогих моделях) или 
попадают в карман брака, если не удовлетворяют требованиям (рис. 4). 
К сожалению, в России сейчас счётчики банкнот не производятся. Но 
у нас есть ты, юный инженер! Ты уже готов возродить эту область производства для Родины? И да, давай 
сделаем всё по высшему разряду — 
автоматический счёт чик банкнот, который будет гордо носить твоё имя!

Обозначения

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

Рис. 4. Счётчик банкнот 
ролико-фрикционного типа

Оборудование:

• Базовый набор LEGO® MINDSTORMS® 

Education EV3.

• Компьютер 
(минимальные 
системные 

требования):

Windows XP, Vista, Windows 8 (за исклю
чением METRO), Windows 10 (32/64 бит), 

оперативная память не менее 1 Гб, про
цессор — 1,6 ГГц (или быстрее), разре
шение экрана — 1024 600, свободное 

место на диске — 5 Гб.

• Программное обеспечение LEGO® MIND
 STORMS® Education EV3 (LME-EV3).

• Канцелярские резинки.

Этап 1. Устройство 
счётчика денег

Рассмотри модель роботизированного счётчика денег, собранную на основе набора LEGO® MINDSTORMS® Education EV3.
Попробуй выделить на ней рабочие детали — транспортёр, «протягивающий» купюры, и большой мотор, приводящий его в движение; 
второй большой мотор, наклоняющий транспортёр для сортировки купюр; лотки для купюр четырёх различных номиналов; программируемый модуль EV3, с помощью которого указывается номинал купюры.
Попробуй собрать эту модель.
Обрати внимание: в конце книги в таблице даны все детали, которые 
потребуются тебе для сборки. Эта таблица поможет быстро найти то, 
что необходимо, и не ошибиться при конструировании.
Вот так выглядит счётчик денег, который тебе предстоит собрать 
(рис. 5).

Рис. 5. Общий вид робота — счётчика денег

Этап 2. Сборка 
счётчика денег

Теперь попробуй собрать эту модель. Если что-то непонятно, обращайся за помощью к взрослым.
Обрати внимание: в конце книги в таблице даны все детали, которые потребуются тебе для сборки. Эта таблица поможет быстро найти 
необходимую деталь и не ошибиться при конструировании.

ШАГ 1.  СБОРКА ТРАНСПОРТЁРА ПОДАЧИ КУПЮРЫ

Детали для сборки: 

• балка № 15, белая, 2х;

• балка № 7, серая, 2х;

• балка № 5, серая, 2х;

• балка № 3, жёлтая, 1х;

• балка № 3, синяя, 1х;

• двойная угловая балка 3 7, белая, 2х;

• прямоугольная балка 3 5, серая, 2х;

• прямоугольная балка 3 5, белая, 2х;

• прямоугольная балка 2 4, красная, 2х;

• тавровая балка 3 3, чёрная, 4х;

• рамка 5 7, серая, 1х;

• соединительный штифт, 2-модульный, 

чёрный, 17х;

• соединительный штифт, 3-модульный, 

синий, 11х;

• соединительный штифт, 2-модульный, 

синий, 2х.