Конструируем роботов на LEGO MINDSTORMS Education EV3. В поисках сокровищ

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

на LEGO®
MINDSTORMS®
Education EV3

Лаборатория знаний
Москва
2017

 

В поисках сокровищ

Электронное
издание

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. В поисках сокровищ [Электронный ресурс] / Е. И. Рыжая, В. В. Удалов. — Эл. изд. — Электрон.
текстовые дан. (1 файл pdf : 67 с.). — М. : Лаборатория
знаний,
2017. — (РОБОФИШКИ). — Систем.
требования:
Adobe Reader XI ; экран 10".
ISBN 978-5-00101-537-6
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 умеет самостоятельно
обнаруживать
предметы,
расположенные
в
комнате,
подавать
сигнал в случае находки и выводить на экран программируемого
модуля их координаты.
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. В поисках сокровищ / Е. И. Рыжая, В. В. Удалов. — М.
:
Лаборатория
знаний,
2017. — 64 с.
:
ил. — (РОБОФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-053-1.

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 978-5-00101-537-6
c○ Лаборатория знаний, 2017

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 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 вы 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, ты хотел бы собрать робота 
для исследования пещер или подводных 
глубин, где прячутся самые интересные 
тайны и невиданные сокровища, затем 
нанести их местоположение на карту 
и отправиться за ними вместе с друзьями?

Задумайся над этим!

Фактически за несколько часов 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 интересней 
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!

Многие из вас бывали в дельфинарии на 
представлении дельфинов, где они прыгали через обруч, ловили мячики, ныряли 
и выпрыгивали из воды, и снова ныряли. 
Дельфины — удивительные животные. 
Они способны издавать звуки, недоступные человеческому уху. У дельфинов 
есть целая система звуковых сигналов —
это «щебеты» или «свист», используемые 
дельфином для связи с сородичами или 
выражения эмоционального состояния.
В речи дельфинов учёные насчитали 
уже 186 разных «свистов»! У них примерно столько же уровней организации 
звуков, сколько и у человека, среди которых есть слоги, слова и фразы, а также 
сигналы для исследования обстановки, 
обнаружения препятствий и добычи. 
Звуки распространяются не только 
в воз духе, но и в воде, и в твёрдых телах. 
Однако в различных средах звук распространяется по-разному — с разной скоростью. Быстрее всего звук «доходит» 
в стекле и в металлах, например в батареях водяного отопления (ты, наверное, 
с этим знаком). В воде звук распространяется медленнее, чем в металлах, но всё 
же в 4 раза быстрее, чем в воздухе. Получается, что рыбы услы шат звук раньше, чем мы, стоя на берегу. Вот почему 
рыболовы не любят, когда кто-нибудь 
разговаривает около них! Причина в том, 
что звук — это колебания среды, и звуковые волны передаются быстрее в средах 
с большей плот ностью.

Плотность воды больше, чем у воздуха, 
но меньше, чем у металла. Соответственно, и звук передаётся по-разному. При переходе из одной среды в другую скорость 
звука меняется.
Почему мы сейчас заговорили об 
этом? Да потому, что дельфины живут 
в воде! Под водой даже в солнечную погоду часто бывает плохая видимость 
из-за рыхлого дна (мутная вода) или из-за 
зарослей водорослей. Однако это совсем 
не мешает дельфинам охотиться, причём 
даже ночью, когда видимости совсем нет! 
Это загадка, которую учёные разгадали! 
Оказывается, водные животные полагаются не на зрение, а на другие органы 
чувств. Киты, морские свиньи (из семейства зубатых китов) и дельфины изучают 
окружающую среду и ориентируются  в 
ней с помощью звуков, используя эхолокацию. Вот что означают их свисты, щебеты и щелчки!
Эхолокация у животных (рис. 1) — это 
процесс излучения и восприятия отражённых ультразвуковых (недоступных 
человеческому слуху) сигналов с целью 
обнаружения и получения информации 
о размерах добычи или препятствия. Животным, охотящимся под водой, острое 
зрение не требуется, а вот очень хороший 
слух просто необходим.
Летучие мыши живут не в воде, однако, как и дельфины, имеют свой минилокатор. Крохотный летающий комочек, 
покрытый шерстью, живёт в настоящем 

История эхолокации

мире звуков. Ещё в 1793 году выдающийся итальянский исследователь Ладзаро 
Спалланцани установил, что летучие 
мыши ориентируются и находят свою 
добычу с помощью слуха. Они издают не 
просто свист, не слышимый нашим ухом, 
а серию ультразвуковых щелчков.
Человек всегда внимательно присматривался к своим соседям по планете 
и старался применить в своей жизни подсмотренные у природы секреты. В XX ве ке даже возникла специальная наука — 
бионика (от греч. Bios — жизнь), изучающая возможности применения свойств и 
функций живых организмов в технике. 
Одним из таких примеров и является 
эхолокатор.
Локатор (от англ. Locate — определять местоположение) — искусственное 
устройство или живой орган для обнаружения объекта и расстояния до него бесконтактным способом. 
Вот различные примеры локаторовустройств:
• лазерный дальномер (рис. 2) — это
устройство для определения расстояния от наблюдателя до объекта 
с помощью световых волн;
• радиолокационная 
станция, 
или
радар, — система для обнаружения 

воздушных, морских и наземных 
объектов и для определения их дальности, скорости и геометрических 
параметров с помощью радиоволн;
• гидролокатор — устройство обнаружения подводных объектов с помощью ультразвуковых волн. 

Разновидностью гидролокатора является эхолот (рис. 3). Он состоит из ультразвукового передатчика (источника 
ультразвука), приёмника отражённых 
колебаний и компьютера для обработки 
полученных данных и составления карты 
рельефа морского дна.

Рис. 2

Рис. 1

Навигационные эхолоты применяют 
для определения глубины в целях обеспечения безопасности плавания судна, 
промерочные — для получения характеристики подводного рельефа. Эхолоты 
играют большую роль в морском и речном судовождении. Если нельзя точно 
установить координаты корабля астрономическими методами по звёздам, поможет эхолот. В настоящее время почти 
для всех морей составлены подробные 
карты глубин, полученные при помощи 
эхолотов. 
Для навигации и определения своего местоположения или местоположения других объектов с целью нанесения 
их на карту, моряки и подводники используют  полярную систему координат 
(рис. 4).
В этой системе координат положение 
любого объекта на плоскости (например, 
на поверхности моря) однозначно задаётся двумя числами:
1) величиной полярного угла в градусах (отсчёт идёт против часовой стрелки);

2) величиной полярного радиуса —
длиной отрезка ОА в удобной единице 
измерения (например, в сантиметрах или 
километрах).
Обычно собственное местоположение 
совмещают с точкой (0; 0), которая соответствует точке О — началу отсчёта полярной системы координат, которую называют полюсом.
Именно по такому принципу работают 
радары (рис. 5), которые ты мог встречать даже в компьютерных играх.

Рис. 5

Рис. 3
Рис. 4

В рамках данного проекта мы с тобой 
соберём аналог модели поискового аппарата, оснащённого локатором, с помощью 
которого будем обнаруживать объекты 
и записывать их местоположение в полярных координатах.

Оборудование:
• Базовый
набор 
LEGO® 
MINDSTORMS® Education EV3.
• Компьютер (минимальные системные
требования): Windows XP, Windows
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).
• Транспортир.
• Измерительная рулетка или линейка.
• Бумага.
• Карандаш.

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-искателя, 
собранную на основе набора LEGO® 
MINDSTORMS® Education EV3.
Найди в ней рабочие детали: гусеничное шасси на двух моторах; подвижный 
локатор со средним мотором и ультразвуковым датчиком; гироскопический 
дат чик ориентации в пространстве.
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 робот-искатель, которого тебе предстоит собрать.

Этап 1. Устройство 
робота-искателя

ШАГ 1. СБОРКА ШАССИ

1.
Положи мотор, как показано на рисунке. С правой стороны продень
в кресто образный модуль привода ось
№ 8 с головкой до упора.

 
С той же стороны мотора вставь 
в пер вый и третий модули крепёжного элемента мотора по одному чёрному штифту. 

Детали для сборки: 
• большой мотор, 2х;
• балка № 11, серая, 1х;
• балка № 9, серая, 4х;
• ось № 8 с головкой, серая 2х;
• ось № 8, чёрная, 2х;
• рамка 5 7, серая, 1х;
• втулка, серая, 4х;
• цепное колесо, 4х;
• штифт 3-модульный, синий, 4х;
• штифт 2-модульный, чёрный, 8х.

Этап 2. Сборка 
охотника за сокровищами