防水加工
すべての ev3 センサーには正しい名前が付いています。 2 つ以上の EV3 ブリックの接続

すべての ev3 センサーには正しい名前が付いています。 2 つ以上の EV3 ブリックの接続

従来、ロボットはプラットフォーム上に構築されていました。 レゴマインドストーム EV3、LabVIEWグラフィカル環境を使用してプログラムされます。この場合、プログラムはEV3コントローラー上で実行され、ロボットは自律的に動作します。ここでは、ロボットを制御する別の方法、つまりコンピューター上で実行される .NET プラットフォームを使用する方法について説明します。

ただし、プログラミングに入る前に、これが役立つ可能性のあるいくつかのケースを見てみましょう。

ラップトップからロボットをリモート制御する必要があります (ボタンを押すなど)。
EV3 コントローラーからデータを収集し、外部システム (IoT システムなど) で処理する必要があります。
.NET で制御アルゴリズムを作成し、EV3 コントローラーに接続されたコンピューターから実行するその他の状況

.NET 用レゴマインドストーム EV3 API

EV3 コントローラは、シリアルポートにコマンドを送信することで外部システムから制御されます。コマンド形式自体は Communication Developer Kit に記載されています。

しかし、このプロトコルを手動で実装するのは退屈です。したがって、Brian Peek が注意深く作成した既製の .NET ラッパーを使用できます。このライブラリのソースコードは Github でホストされており、すぐに使用できるパッケージは Nuget にあります。

EV3コントローラーへの接続

Brick クラスは、EV3 コントローラーとの通信に使用されます。このオブジェクトを作成するときは、ICommunication インターフェイスの実装をコンストラクター (EV3 コントローラーへの接続方法を記述するオブジェクト) に渡す必要があります。 USBCommunication、BluetoothCommunication、および NetworkCommunication (WiFi 接続) の実装が利用可能です。

最も一般的な接続方法は Bluetooth 経由です。この接続方法を詳しく見てみましょう。

Bluetooth 経由でプログラムでコントローラーに接続するには、その前に、オペレーティングシステムの設定を使用してコントローラーをコンピューターに接続する必要があります。

コントローラーが接続されたら、Bluetooth 設定に移動し、COM ポートタブを選択します。コントローラーを見つけました、必要です発信ポート。 BluetoothCommunication オブジェクトの作成時に指定します。

コントローラーに接続するコードは次のようになります。

パブリック非同期タスク Connect(ICommunication communication) ( var communication = new BluetoothCommunication("COM9"); varrick = _brick = new Brick(communication); await _brick.ConnectAsync(); )

オプションで、コントローラーへの接続タイムアウトを指定できます。

_brick.ConnectAsync(TimeSpan.FromSeconds(5)); を待ちます。

USB または WiFi を介したユニットへの接続は、UsbCommunication オブジェクトと NetworkCommunication オブジェクトが使用されることを除いて、同じ方法で実行されます。

コントローラー上で実行されるその他のアクションはすべて、Brick オブジェクトを通じて実行されます。

エンジンを回しましょう

EV3 コントローラーでコマンドを実行するには、Brick オブジェクトの DirectCommand プロパティにアクセスします。まずはエンジンを始動してみます。

モーターがコントローラーのポート A に接続されていると仮定します。このモーターを 50% の電力で実行すると、次のようになります。

_brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.A, 50); を待ちます。

モーターを制御する方法は他にもあります。たとえば、StepMotorAtPowerAsync() メソッドと StepMotorAtSpeedAsync() メソッドを使用して、モーターを指定した角度まで回転できます。時間、速度、電力などによってモーターをオンにするモードのバリエーションとして、いくつかの方法が利用可能です。

強制停止は、StopMotorAsync() メソッドを使用して実行されます。

Await _brick.DirectCommand.StopMotorAsync(OutputPort.A, true);

2 番目のパラメータはブレーキの使用を示します。 false に設定すると、モーターは惰性で停止します。

センサーからの値の読み取り

EV3 コントローラには、センサーを接続するためのポートが 4 つあります。これに加えて、モーターにはエンコーダーも内蔵されており、センサーとして使用できます。結果として、値を読み取ることができるポートが 8 つあります。

値を読み取るためのポートには、Brick オブジェクトの Ports プロパティを通じてアクセスできます。ポートは、コントローラーで使用可能なポートのコレクションです。したがって、特定のポートを使用するには、それを選択する必要があります。 InputPort.One ...InputPort.Four はセンサーポート、InputPort.A ...InputPort.D はモーターエンコーダーです。

変数 port1 = _brick.Ports;

EV3 のセンサーはさまざまなモードで動作できます。たとえば、EV3 カラーセンサーは、周囲光の測定、反射光の測定、または色の検出に使用できます。したがって、センサーをどのように使用したいかを正確に「伝える」ために、センサーのモードを設定する必要があります。

Brick.Ports.SetMode(ColorMode.Reflective);

センサーが接続され、動作モードが設定されたので、センサーからデータを読み取ることができます。「生の」データ、処理された値、およびパーセンテージ値を取得できます。

Float si = _brick.Ports.SIValue; int raw = _brick.Ports.RawValue; バイトパーセント = _brick.Ports.PercentValue;

SIValue プロパティは、処理されたデータを返します。それはすべて、どのセンサーがどのモードで使用されるかによって異なります。たとえば、反射光を測定する場合、反射光の強度（黒/白）に応じて0から100の値が得られます。

RawValue プロパティは、ADC から取得した生の値を返します。場合によっては、後続の処理や使用にそれを使用した方が便利な場合があります。ちなみに、EV3 開発環境では、「生の」値を取得することもできます。これには、青いパネルのブロックを使用する必要があります。

使用しているセンサーがパーセンテージで値を受け取ることを期待している場合は、PercentValue プロパティを使用することもできます。

コマンドをバッチで実行する

2 つの車輪を備えたロボットカートがあり、それを所定の位置に展開したいとします。この場合、2 つの車輪は逆方向に回転する必要があります。 DirectCommand を使用し、2 つのコマンドをコントローラーに連続して送信すると、それらの実行の間に時間がかかることがあります。

_brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.A, 50); を待ちます。 await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.B, -50);

この例では、モーター A を 50 の速度で回転させるコマンドを送信します。このコマンドが正常に送信された後、ポート B に接続されているモーターで同じことを繰り返します。問題は、コマンドの送信が即座に行われないため、モーターがコマンドがポート B、モーター A に送信されている間、異なる時点で回転を開始する可能性があります。 すでに回転が始まります。

モーターを同時に回転させることが重要な場合は、コマンドを「バンドル」でコントローラーに送信できます。この場合、DirectCommand の代わりに BatchCommand プロパティを使用する必要があります。

Brick.BatchCommand.TurnMotorAtPower(OutputPort.A, 50); _brick.BatchCommand.TurnMotorAtPower(OutputPort.B, -50); await _brick.BatchCommand.SendCommandAsync();

現在、2 つのコマンドが一度に準備され、その後 1 つのパケットでコントローラに送信されます。これらのコマンドを受信したコントローラーは、モーターを同時に回転させ始めます。

他に何ができるでしょうか

EV3 コントローラーでは、モーターの回転やセンサー値の読み取りに加えて、他の多くのアクションを実行できます。それぞれについては詳しく説明しません。実行できることのリストのみを示します。

CleanUIAsync()、DrawTextAsync()、DrawLineAsync()など - EV3コントローラの内蔵画面の操作
PlayToneAsync() および PlaySoundAsync() - 内蔵スピーカーを使用してサウンドを再生します
WriteFileAsync() 、 CopyFileAsync() 、 DeleteFileAsync() (SystemCommand から) - ファイルの操作

結論

.NET を使用してマインドストーム EV3 ロボットを制御することは、「異なる世界」のテクノロジーがどのように連携できるかをよく示しています。 .NET 用の EV3 API を研究した結果、コンピューターから EV3 ロボットを制御できる小さなアプリケーションが作成されました。残念ながら、NXT にも同様のアプリケーションが存在しますが、EV3 はそれらをバイパスしました。同時に、ロボットサッカーなどの制御されたロボット競技にも役立ちます。

アプリケーションは次のリンクからダウンロードしてインストールできます。

私たちと同じように、標準の EV3 センサーの機能が不足している場合、ロボットのセンサー用の 4 ポートでは不十分な場合、またはロボットに珍しい周辺機器を接続したい場合、この記事はそのためのものです。信じてください、EV3 用の自作センサーは思ったよりも簡単です。古いラジオの「音量ノブ」や、土壌水分センサーとして植木鉢の地面に刺した数本の釘は、実験に最適です。

驚くべきことに、各 EV3 センサーポートには、主に NXT およびサードパーティ製センサーとの互換性を目的として、多数の異なるプロトコルが隠蔽されています。 EV3 ケーブルがどのように機能するかを見てみましょう

不思議ですが、赤線がグランド（GND）、緑線が4.3V電源のプラスです。青いワイヤは、I2C バスの SDA と UART プロトコルの TX の両方です。さらに、青色のワイヤは EV3 のアナログ - デジタルコンバータの入力です。黄色のワイヤは、I2C バスの SCL と UART プロトコルの RX の両方です。白いワイヤは、NXT センサー用のアナログ - デジタルコンバーターの入力です。黒 - デジタル入力、NXT と互換性のあるセンサー用 - GND を複製します。簡単ではありませんね。順番に行きましょう。

EV3アナログ入力

各センサーポートにはアナログ - デジタルコンバーターチャネルがあります。タッチセンサー (ボタン)、反射光および環境光モードの NXT ライトセンサーとカラーセンサー、NXT サウンドセンサー、NXT 温度計などのセンサーに使用されます。

図に従って接続された 910 オームの抵抗は、このポートをアナログ入力モードに切り替える必要があることをコントローラに伝えます。このモードでは、Arduino などから任意のアナログセンサーを EV3 に接続できます。このようなセンサーによる交換速度は、1 秒あたり数千ポーリングに達する可能性があり、これは最も高速なタイプのセンサーです。

光センサー

温度計

土壌水分センサー

マイク、ボタン、IR 距離計、その他多くの一般的なセンサーを接続することもできます。 4.3V の電力がセンサーに十分でない場合は、EV3 コントローラーの側面にある USB ポートから 5V で電力を供給できます。

前述の「ボリュームノブ」 (可変抵抗器またはポテンショメータとも呼ばれます) は、アナログセンサーの優れた例です。次のように接続できます。

標準の LEGO プログラミング環境でこのようなセンサーから値を読み取るには、青い RAW ブロックを使用する必要があります

I2Cプロトコル

これはデジタルプロトコルであり、たとえば、NXT 超音波センサーや、IR Seeker や Color Sensor V2 などの多くの Hitechnic センサーがこのプロトコルで動作します。 Arduino などの他のプラットフォームには、多くの i2c センサーがあり、それらを接続することもできます。スキームは次のとおりです。

LEGO Group は 82 オームの抵抗を推奨していますが、さまざまな情報源では 43 オーム以下について言及しています。実際、私たちはこれらの抵抗を完全に放棄しようとしましたが、少なくとも「テーブルの上では」すべてがうまくいきました。さまざまな種類の干渉条件で動作する実際のロボットでは、上の図に示すように、SCL および SDA ラインは抵抗を介して電源に接続されている必要があります。 EV3 の i2c 動作速度は非常に低く、約 10,000 kbps です。これが、みんなのお気に入りの Hitechnic Color Sensor V2 が非常に遅い理由です :)

残念ながら、LEGO の標準 EV3-G には、i2c センサーとの双方向通信のための本格的なブロックはありませんが、RobotC、LeJOS、EV3 Basic などのサードパーティプログラミング環境を使用すると、ほぼすべての i2c センサーと対話できます。。

i2c プロトコルを使用して動作する EV3 の機能により、複数のセンサーを 1 つのポートに接続するという興味深い可能性が開かれます。 I2C プロトコルを使用すると、最大 127 台のスレーブデバイスを 1 つのバスに接続できます。想像できますか？各 EV3 ポートに 127 個のセンサー:) さらに、多くの i2c センサーが 1 つのデバイスに組み合わされていることがよくあります。たとえば、下の写真には 10 in 1 センサー (コンパス、ジャイロスコープ、加速度計、気圧計などが含まれます) があります。

UART

タッチセンサーを除くほとんどすべての標準的な非 EV3 センサーは、UART プロトコルを使用して動作します。そのため、NXT コントローラーとは互換性がありません。NXT コントローラーは、同じコネクターを備えていますが、センサーに UART が実装されていません。ポート。図を見てください。前の例よりも少し単純になっています。

UART センサーは、動作速度を EV3 と自動的に一致させます。最初は 2400 kbit/s の速度で接続し、動作モードと為替レートについて合意し、その後速度を上げていきます。さまざまなセンサーの一般的な交換レートは 38400 および 115200 kbit/s です。
LEGO は、UART センサーにかなり複雑なプロトコルを実装しているため、本来このプラットフォーム向けではないものの互換性のあるサードパーティ製センサーはありません。それにもかかわらず、このプロトコルは「自家製」を接続するのに非常に便利です
マイクロコントローラーをベースにしたセンサー。
有名な LeJOS 開発者 Lawrie Griffiths によって書かれた EV3UARTEmulation と呼ばれる Arduino 用の素晴らしいライブラリがあり、これを使用すると、このボードが UART-LEGO 互換センサーであるかのように振る舞うことができます。彼の LeJOS ニュースブログには、このライブラリを使用してガスセンサー、IMU センサー、デジタルコンパスを接続する例が多数掲載されています。

以下のビデオは、自家製センサーの使用例です。オリジナルの LEGO 距離センサーが十分にないため、ロボットに自家製の距離センサーを使用します。

ロボットのタスクは、緑色のセルからスタートし、迷路 (赤色のセル) から抜け出す方法を見つけ、行き止まりに入ることなく最短ルートで開始点に戻ることです。

画面モードの選択

モード選択
ブロックテキストフィールド
入力
プレビューボタン

モードセレクターを使用して、表示するテキストまたはグラフィックの種類を選択します。モードを選択した後、入力値を選択できます。利用可能な入力はモードによって異なります。モードと入力については以下で説明します。

[プレビュー] ボタンをクリックすると、EV3 画面に表示ブロックが表示する内容をプレビューできます。ブロックの入力値を選択している間、ビューを開いたままにすることができます。

画面座標

Screen ブロックモードの多くは、X 座標と Y 座標を使用して要素の位置を決定します。この座標により、EV3 ブリック画面上のピクセルの位置が決まります。位置 (0, 0) は、下の図に示すように、画面の左上隅にあります。

画面寸法: 幅 178 ピクセル、高さ 128 ピクセル。 X座標値の範囲は画面左側の0から右側の177までです。 Y座標値の範囲は上部0から下部127までです。

ヒントとコツ

Screen ブロックの左上隅にあるプレビューボタンを使用すると、正しい画面座標を見つけることができます。

テキスト - ピクセル

テキスト - ピクセルモードでは、EV3 ブリック画面上の任意の場所にテキストを表示できます。

ウィンドウをリセットする

リセットウィンドウモードは、EV3 ブリック画面をプログラムの実行中に表示される標準の情報画面に戻します。この画面には、プログラム名とその他のフィードバック情報が表示されます。 EV3 ブロックでプログラムを実行すると、プログラムの最初の Screen ブロックが実行される前にこの画面が表示されます。

表示要素の視認性の確保

EV3 プログラムが完了すると、EV3 ブロック画面がクリアされ、EV3 ブロックメニュー画面に戻ります。プログラムによって表示されたテキストやグラフィックは消去されます。たとえば、プログラムに「画面」ブロックが 1 つだけあり、他に何もない場合、プログラム終了直後に画面がすぐにクリアされるため、「画面」ブロックの結果は表示されません。

プログラムの完了後も画面を表示したままにしたい場合は、次の例に示すように、プログラムの最後にブロックを追加して、プログラムがすぐに終了しないようにする必要があります。

複数の項目を表示する

画面上に複数のテキストまたはグラフィック要素を同時に表示する場合は、要素間で EV3 ブリック画面をクリアしないことが重要です。 Screen ブロックの各モードには Clear Screen 入力があります。 Clear Screen が true の場合、項目が表示される前に画面全体がクリアされます。これは、複数の項目を表示するには、最初のブロックを除くすべての Screen ブロックで Clear Screen を False に設定する必要があることを意味します。

数字を表示する

プログラムで数値を表示するには、データバスを Text Display ブロックの Text 入力に接続します。数値データバスは、データバスタイプ変換を使用して自動的にテキストに変換されます (セクションを参照)

個々のスライドによるプレゼンテーションの説明:

1 スライド

スライドの説明:

2 スライド

スライドの説明:

EV3 ブリックインターフェイス EV3 ブリックは、ロボットに電力を供給するコントロールセンターです。画面、Brick コントロールボタン、および 4 つのメインウィンドウを含む EV3 Brick インターフェイスを使用して、驚くほど多様な独自の EV3 Brick 機能にアクセスできます。これらは、プログラムの開始と停止などの単純な関数である場合もあれば、プログラム自体の作成などの複雑な関数である場合もあります。

3 スライド

スライドの説明:

インターフェイス: EV3 メニューには 4 つの部分で構成されるメニューがあります: 最近のプログラムファイルナビゲーションレンガアプリケーションレンガ設定

4 スライド

スライドの説明:

最近のプログラムデスクトップ PC から最近ダウンロードしたプログラムを起動します。プログラムのダウンロードと実行を開始するまで、このウィンドウは空白のままです。このウィンドウには、最近起動したプログラムが表示されます。リストの一番上にあるプログラムはデフォルトで選択されており、最後に起動されたプログラムです。

5 スライド

スライドの説明:

ファイルマネージャーマイコンのメモリおよびメモリカードに保存されているすべてのファイルにアクセスして管理します。このウィンドウから、SD カードに保存されているファイルを含む、EV3 ブロック内のすべてのファイルにアクセスして管理します。ファイルはプロジェクトフォルダーに編成されており、実際のプログラムファイルに加えて、各プロジェクトで使用されるサウンドや画像も含まれています。ファイルは、ファイルナビゲータを使用して移動または削除できます。モジュールプログラミング環境とモジュールデータロギングアプリケーションを使用して作成されたプログラムは、BrkProg_SAVE フォルダーと BrkDL_SAVE フォルダーに別々に保存されます。

6 スライド

スライドの説明:

EV3 コントロールボックスアプリケーションには、次の 4 つのアプリケーションがプリインストールされています。 A. ポートビュー。 B. モーター制御。 B. IR制御。 D. モジュールプログラミング環境。

7 スライド

スライドの説明:

A. ポートビューポートビューアプリケーションの最初のウィンドウでは、どのポートにセンサーまたはモーターが接続されているかをすぐに確認できます。 EV3 ブリックコントロールボタンを使用して、占有されているポートの 1 つに移動すると、センサーまたはモーターからの現在の読み取り値が表示されます。いくつかのセンサーとモーターを設置し、さまざまな設定を試してください。取り付けられているモーターとセンサーの現在の設定を表示または変更するには、中央のボタンを押します。モジュールのメインアプリケーションウィンドウに戻るには、「戻る」ボタンをクリックします。

8 スライド

スライドの説明:

B. モーター制御 4 つの出力ポートの 1 つに接続されたモーターの前進または後退を制御します。 2 つの異なるモードがあります。 1 つのモードでは、ポート A (上ボタンと下ボタンを使用) およびポート D (左ボタンと右ボタンを使用) に接続されたモーターを制御できます。もう 1 つのモードでは、ポート B (上ボタンと下ボタンを使用) とポート C (左ボタンと右ボタンを使用) に接続されたモーターを制御します。これら 2 つのモード間の切り替えは、中央のボタンを使用して行われます。モジュールのメインアプリケーションウィンドウに戻るには、「戻る」ボタンをクリックします。

スライド 9

スライドの説明:

IR 制御リモート赤外線ビーコンをリモコンとして、赤外線センサーを受信機として使用して、4 つの出力ポートの 1 つに接続されたモーターの前進または後退を制御します (赤外線センサーは EV3 ブロックのポート 4 に接続する必要があります)。。 2 つの異なるモードがあります。 1 つのモードでは、リモート赤外線ビーコンのチャネル 1 と 2 を使用します。チャンネル 1 では、ポート B (リモート IR ビーコンのボタン 1 と 2 を使用) およびポート C (リモート IR ビーコンのボタン 3 と 4 を使用) に接続されたモーターを制御できます。チャンネル 2 では、ポート A (ボタン 1 と 2 を使用) およびポート D (ボタン 3 と 4 を使用) に接続されたモーターを制御できます。別のモードでは、代わりにリモート赤外線ビーコンのチャネル 3 と 4 を使用して、同じ方法でモーターを制御できます。これら 2 つのモード間の切り替えは、中央のボタンを使用して行われます。モジュールのメインアプリケーションウィンドウに戻るには、「戻る」ボタンをクリックします。

10 スライド

スライドの説明:

ブロックプログラミング環境 EV3 ブロックには、ソフトウェアがインストールされた状態で提供されます。このアプリケーションは、コンピュータにインストールされているソフトウェアに似ています。これらの手順には、開始するために必要な基本情報が含まれています。

11 スライド

スライドの説明:

EV3 ブロックの設定このウィンドウでは、EV3 ブロックのさまざまな一般設定を表示および調整できます。

12 スライド

スライドの説明:

音量の調整 EV3 の [設定] タブで音量を増減できます。

スライド 13

USB接続

LEGO Mindstorms EV3 は、USB 接続を介して PC または他の EV3 に接続できます。この場合の接続速度と安定性は、Bluetooth を含む他のどの方法よりも優れています。

LEGO Mindstorms EV3 には 2 つの USB ポートがあります。

デイジーチェーンモードでの LEGO EV3 と他の LEGO EV3 ブロック間の通信。

デイジーチェーンモードは、2 つ以上の LEGO EV3 ブロックを接続するために使用されます。

このモード:

複数のレゴマインドストーム EV3 を接続するように設計されています。
より多くのセンサー、モーター、その他のデバイスを接続するのに役立ちます。
複数のレゴマインドストーム EV3 (最大 4 つ) 間の通信が可能になり、最大 16 個の外部ポートと同数の内部ポートが得られます。
メインの LEGO Mindstorms EV3 からチェーン全体を制御できるようになります。
Wi-Fi または Bluetooth がアクティブな場合は機能しません。

デイジーチェーン接続モードを有効にするには、プロジェクト設定ウィンドウに移動し、チェックボックスをオンにします。

このモードを選択すると、どのモーターでも使用する EV3 ブロックと必要なセンサーを選択できます。

この表は、EV3 ブロックを使用するためのオプションを示しています。

アクション	中型モーター
	ビッグモーター
	操舵
	独立した経営

	ジャイロスコープ
	赤外線
	超音波
	モーターの回転

	気温
	エネルギーメーター
	音