أساسيات في برمجة روبوت EV3

ما هو روبوت ev3

تشير كلمة EV3 إلى الجيل الثالث من سلسلة إنتاج الروبوتات، وهو إنتاج شركة LEGO، وهو روبوت تفاعلي للأطفال يتم استخدامه في بعض المدارس في جميع أنحاء العالم، ويتولى الأطفال والطلاب فيه دور المهندسين الذين يبرمجون ألعابهم وفقًا لرغباتهم.

اساسيات برمجة روبوت ev3

تتكون بيئة برمجة روبوت برنامج EV3 من المناطق الرئيسية التالية

• لوحة البرمجة: وهي لوحة يتم تصميم البرنامج عليها.
• لوحات قوالب البرمجة: هي قوالب البناء التي يحتاجها البرنامج.
• صفحة الأجهزة: يجب تأسيس رابطة مع وحدة البناء EV3 والإشراف عليها.
• محرر المحتوى: وهو تصنيف رقمي مدمج بالبرنامج.
• شريط أدوات البرمجة: لتحديد الأدوات الأساسية التي تحتاجها للعمل مع البرنامج.

أساسيات روبوتات LEGO EV3 

تتألف سلسلة ليغو مايندستورمز إي في 3 من مجموعة متنوعة من الأجزاء الميكانيكية والكهربائية التي يمكن من خلالها تجميع الروبوتات ذات الأشكال والأغراض المختلفة، ويحتاج الروبوت إلى مستشعرات تجمع المعلومات من بيئته (حواس الروبوت)، ومعالج يحلل هذه المعلومات أي يفكر (دماغ الروبوت)، وأجزاء ميكانيكية تتحرك وتؤدي نشاطا معينا بالإضافة إلى مصدر الطاقة، الذي يوفر الطاقة لأجزاء معينة من الروبوت ويضفي عليه الحياة.

الأجزاء الرئيسية للروبوت

• وحدة التحكم

الجزء المركزي من الروبوت هو وحدة EV3 المربعة، حيث يكمن المعالج. تتصل هذه الوحدة بأجهزة الاستشعار لاستقبال المعلومات منها ومعالجتها عن طريق الكابلات والمنافذ. بناء على المعلومات التي قمنا بتحديدها في البرامج التي نقوم بإنشائها، يمكن للوحدة إرسال إشارات تحكم إلى الأجزاء الميكانيكية، مثل المحركات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضا إصدار تحذيرات صوتية محددة. يتم إنشاء اتصال بين الكمبيوتر ووحدة التحكم باستخدام Bluetooth أو كبل USB.

يتم التحكم في تشغيل الروبوت باستخدام متحكمات AVR قابلة للبرمجة، حيث تحتوي هذه الأجهزة على وحدة معالجة مركزية بالإضافة إلى بعض الأجهزة الطرفية مثل الذاكرة وأجهزة ضبط الوقت ومحولات A / D. يمكن برمجة هذه الأجهزة عدة مرات لتشغيل وحدة البناء EV3. يحتاج المستخدم إلى الضغط على الزر الموجود في المنتصف لتشغيل وحدة البناء EV3. عند الضغط على الزر، يتغير لون المكعب إلى اللون الأحمر، وستظهر الشاشة الرئيسية في ذلك الوقت.

عندما يتحول الضوء إلى اللون الأخضر، يكون جهاز بناء EV3 جاهزا للعمل. لإيقاف تشغيل مكعب EV3، يجب عليك الضغط على زر الرجوع حتى تظهر شاشة إيقاف التشغيل، ثم الضغط على علامة التأكيد وزر الوسط لإيقاف تشغيل مكعب EV3. إذا تم اختيار الخيار X، ستعود إلى شاشة `التشغيل السابق`.

• مصدر الطاقة

يحتاج روبوت LEGO Mindstorms EV3 إلى طاقة مثل أي بناء كهروميكانيكي. يتكون مصدر طاقة الروبوت القياسي من LEGO من 6 بطاريات AA بقوة 1.5 فولت. يتم تشغيل المحركات الكهربائية بجهد 9 فولت، وتعمل بعض الوحدات التحكم الدقيقة والدوائر المتكاملة بجهد 5 فولت، ويعمل المتحكم الرئيسي بقوة 3.3 فولت، وتعمل منافذ الإخراج بجهد 4.3 فولت وتتمتع بحماية ضد التيار الزائد.

تحتوي الإصدارات الحديثة من الروبوت على بطاريات قابلة لإعادة الشحن، مثل الهواتف المحمولة، ويمكن للروبوت حمل خلايا شمسية للحصول على الطاقة، وكذلك يمكن الحصول على الطاقة من شبكة المدينة إذا لم يتحرك الروبوت.

• الموانئ

يجب الإشارة إلى أن وحدة التحكم تتلقى البيانات من البيئة من خلال أجهزة الاستشعار وتقوم بمعالجتها، ثم تنقل إشارات التحكم المقابلة إلى المحركات. كما يتم الاتصال بالأجهزة الطرفية من خلال المنافذ كما ذكر سابقا، ويمكن تقسيم المنافذ وفقا لاتجاه البيانات إلى منافذ إدخال وإخراج، ويوجد 4 منافذ لكل منهما

تتكون وحدة الإخراج من محركات، وتتكون وحدة الإدخال من أجهزة استشعار، وإذا لم يقم المستخدم بتغيير أي شيء أثناء كتابة البرنامج، يتم افتراضياً تقسيم المنافذ الخاصة بالإخراج واستخدامها على النحو التالي:

-المنفذ A للمحركات المتوسطة.

المخارج B وC تستخدم لمحركين كبيرين مدمجين.

-المنفذ D لمحرك واحد كبير.

إذا لم يحدد المستخدم خلاف ذلك، سيتم تعيين منافذ الإدخال افتراضيًا كما يلي:

-المنفذ 1 لـ مستشعر اللمس .

– المنفذ الثاني لجهاز استشعار درجة الحرارة أو جهاز استشعار الدوران (الجيروسكوب).

-المنفذ 3 لمستشعر اللون (الإضاءة).

المنفذ الرابع مخصص لكشف الضوء تحت الحمراء أو الاستشعار بالموجات فوق الصوتية.

• أجهزة المحركات

أي نوع من الحركة التي يقوم بها الروبوت لا يمكن تخيله بدون المحركات، في معظم الأوقات هناك ثلاثة محركات مؤازرة متاحة، تستقبل هذه المحركات إشارات كهربائية من خلال منافذها، والتي تمكنها من العمل، تُستخدم المحركات المؤازرة بشكل شائع عندما يتعين التغلب على قوى صغيرة، مثل فتح الأبواب الصغيرة، وحمل الأحمال ذات الأبعاد الصغيرة على مسافات قصيرة، هذا هو السبب في أنها تستخدم في الغالب لصنع الروبوتات الصغيرة والأذرع الروبوتية وغيرها من المتلاعبين.

لا تتطلب المحركات المؤازرة مصدر طاقة قوي، فهي سهلة التحكم وموثوق بها، أساس محرك سيرفو هو في الواقع محرك أحادي الاتجاه مع عدد معين من التروس، ويعتمد تشغيلها على مبدأ تعديل عرض النبضة – PWM، يقوم المتحكم الدقيق بمعالجة البيانات على عامل تعبئة إشارة PWM (رقم من 0 إلى 100، ومن 0 إلى -100)، واستناداً على هذا الرقم، يتم تحديد النسبة المئوية لمدة إشارة PWM.

ترمز الأرقام الموجبة إلى الحركة إلى الأمام والأرقام السالبة إلى الحركة للخلف، بالإضافة إلى الاختلاف الواضح في الحجم، تختلف المحركات في عدد الدورات في الدقيقة، حيث يكون المحرك الأكبر أبطأ ولكنه يوفر طاقة أكبر، والمحرك المتوسط أسرع وأكثر استقرارا، ويحتوي على أجهزة قياس السرعة التي توفر معلومات حول عدد الدورات والعديد من البيانات المفيدة الأخرى.

من خلال التخطيط المناسب للبناء واستخدام البرنامج المناسب، يمكن إنشاء آليات حركة مختلفة يستطيع الروبوت الحركة بها باستخدام العجلات واليرقات، بالإضافة إلى القدرة على القفز والتحرك والإمساك والدفع، ووضع الأشياء في أماكن محددة أيضا.

• مجسات

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

تُشبه الموجات فوق الصوتية (التي تشبه العينين) الأداة التي تستخدم لتحديد المسافة بين الروبوت والعائق.

يتفاعل مستشعر اللون (البصري) مع مستوى الضوء في بيئته، ويكتشف اللون كقيمة للطيف الكهرومغناطيسي كما يوحي الاسم.

يتفاعل مستشعر الصوت مع مستوى الصوت في البيئة المحيطة، بينما يتفاعل مستشعر اللمس الذي تم التكهن به مع الضغط على الزر.

مستشعر الجيروسكوب هو مستشعر رقمي يكشف عن الحركة والتغيرات في حركة الروبوت، ويقيس حركة دوران الكائن (الروبوت) ويتغير في اتجاهه.

فوائد برامج الروبوتات

• تشجيع التفكير الإبداعي.
• بناء مهارات العمل الجماعي.
• تعزيز مهارات حل المشكلات.
• تعلم كل ما هو مفيد حول برمجيات الحواسيب.