Lego Mindstorms NXT 2.0

 

LEGO mindstorms NXT 2.0

Sterownik NXT

NXT jest mózgiem robota MINDSTORMS. To inteligentny, sterowany komputerowo klocek LEGO, który pozwala robotowi MINDSTORMS obudzić się do życia i wykonywać różne czynności. Posiada on wyświetlacz LCD o rozdzielczości 100x64 piksele, na którym wszystkie informacje wyświetlane są w języku angielskim.

 Sterownik NXT zawiera:

  •  Główny mikrokontroler: 37- bitowy mikrokontroler firmy Atmel- ARM7
    • 256 KB pamięci FLASH
    • 64 KB pamięci RAM
    • 48 MHz
  •  Pomocniczy mikrokontroler: 8-bitowy mikrokontroler firmy Atmel- AVR
    • 4 KB pamięci FLASH
    • 512 bajtów pamięci RAM
    • 8 MHz
  •  Bezprzewodową komunikację Bluetooth CSR BlueCoreTM 4 v2.0
    • SPP
    • 47 KB wewnętrznej pamięci RAM
    • 8 Mb zewnętrznej pamięci FLASH
    • 26 MHz
  •  Port USB 2.0 (12 Mb/s)
  •  4 porty wejściowe – połączenie przy pomocy kabla 6-żyłowego
    • 1 port wysokiej prędkości zgodny ze standardem IEC 61158 typ 4/EN 50170 
  •  3 porty wyjściowe – połączenie przy pomocy kabla 6-żyłowego
    • obsługują sygnały zwrotne z enkoderów
  •  Wyświetlacz LCD o rozdzielczości 100x64 pikseli
    • rozmiar 26 x 40.6 mm
  •  Głośnik -  8 bitowa rozdzielczość i częstotliwość próbkowania 2-16 kHz
  •  4 gumowe przyciski użytkownika
  •  Źródło zasilania – 6 baterii AA
    • zalecane baterie alkaiczne
    • dostępne są ładowalne litowo-jonowe baterie 1400 mAh

     

    Łączenie elementów ze sterownikiem NXT

     

    1)      Podłączanie napędów

    Napędy podłączane są do sterownika NXT za pomocą kabla 6-żyłowego dołączonego do zestawu. Jeden koniec kabla mocuje się do portu silnika, a drugi do jednego z portów wyjściowych sterownika NXT. Porty wyjściowe, służące do obsługi napędów, są oznaczone literami A,B,C.

    2)      Podłączanie sensorów

     

    Sensory podłączane są do sterownika NXT za pomocą kabla 6-żyłowego dołączonego do zestawu. Jeden koniec kabla mocuje się do portu czujnika, a drugo do jednego z  portów wejściowych sterownika NXT. Porty wyjściowe, służące do obsługi napędów, są oznaczone cyframi 1,2,3,4.

     

     

     

    3)      Połączenie z komputerem

     

    Komputer może komunikować się ze sterownikiem NXT na dwa sposoby. Pierwszy z nich wykorzystuje bezprzewodową łączność Bluetooth. Jeśli komputer nie posiada modułu pozwalającego mu na komunikację siecią Bluetooth pozostaje wykorzystanie kabla USB. Komunikacja z komputerem umożliwia przesyłanie programu sterującego do sterownika NXT.

     

     

    Serwosilnik NXT

     

    Każdy zestaw Lego Mindstorms posiada trzy serwosilniki, które pełnią rolę napędów. Każdy z nich zawiera enkoder obrotowy o rozdzielczości 360 impulsów. Oznacza to, że możliwe jest odczytywanie położenia kątowego silnika co 1o i wysyłanie wiadomości zwrotnej o bieżącym położeniu do sterownika NXT. Dzięki zastosowaniu specjalnego kabla z wtyczką podobną do telefonicznej, możliwe jest zasilanie napędu stałym napięciem  na poziomie 9 V. Napięcie to jest generowane w sterowniku przy pomocy sześciu baterii 1,5 V.

     

     

     

    Firma Lego zaprojektowała i wypuściła na rynek wiele rodzajów silników, lecz model NXT charakteryzuje się największą wartością momentu obrotowego. Uzyskano ją poprzez zastosowanie przekładni dużym przełożeniu.

     


     

    Podstawowe parametry serwosilnika NXT:

     

    Masa

    80 g

    Prędkość obrotowa

    170 obr/min

    Prąd bez obciążenia

    60 mA

    Moment przy prądzie 2 A

    50 Ncm

     

     

     

    Współrzędne środka ciężkości względem układu współrzędnych osi silnika:

     

     

     

    Zmiana parametrów silnika względem zmian napięcia:

     

    Napięcie [V]

    Moment obrotowy [Ncm]

    Prędkość obrotowa [obr/min]

    Prąd [mA]

    Moc [W]

    Sprawność [%]

    4.5

    16.7

    33

    0.6

    0.58

    21.4

    7

    16.7

    82

    0.55

    1.44

    37.3

    9

    16.7

    117

    0.55

    2.03

    41

    12

    16.7

    177

    0.58

    3.10

    44.5

     

     

     

    Przedstawione poniżej charakterystyki biorą pod uwagę dwie wartości napięcia: 9 V i 7.2 V. Pierwsza wartość to pełne napięcie, w przypadku gdy do zasilania używa się baterii alkalicznych (1.5 V), natomiast drugą wartość napięcia uzyskuje się poprzez zastosowanie akumulatorów niklowo-metalowo-wodorowych (1.2V).

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Czujnik dotyku NXT


     

    Czujnik dotyku pozwala robotowi odczuwać dotyk. Wykrywa on na kiedy został naciśnięty oraz ponownie zwolniony. Podstawowo może pracować w trzech trybach:


     

    • Reaguj na wciśniecie
    • Reaguj na zwolnienie
    • Reaguj na uderzenie (wciśniecie i zwolnienie)

     

     

              Czujnik ten może być wykorzystywany przy do wielu zadań takich jak wykrywanie uderzenia w przeszkodę, zliczanie ilości jego wciśnięć (np. przy zamontowaniu czujnika do nogi robota, zliczając ilości jego wciśnięć możemy określić jak daleko robot się przemieścił), wydawanie robotowi poleceń przy pomocy wciskania czujnika (po wciśnięciu czujnika robot np. zacznie się poruszać lub wydawać dźwięki) itp.

     

     

    Czujnik koloru NXT


     

    Czujnik koloru to zaawansowane urządzenie, które pozwoli stworzonemu obiektowi rozróżniać kolory, oraz światło od ciemności. Potrafi on wykryć sześć różnych kolorów, odczytać natężenie światła, oraz zmierzyć intensywność oświetlenia kolorowych powierzchni. Czujnik koloru może być także wykorzystany jako wielobarwne źródło światła. Urządzenie składa się z dwóch podstawowych elementów - diody LED oraz fotodetektora. Dioda jest w stanie emitować światło w jednym z trzech kolorów: czerwonym, zielonym i niebieskim. Podczas pomiaru oświetla ona badany obiekt, a detektor wykrywa natężenie odbitego od niego światła. W ten sposób czujnik jest w stanie szybko zidentyfikować każdy z sześciu podstawowych kolorów. Po wyłączeniu diody, zmienia się on w czujnik natężenia światła.

     

    Aby rozpoznawanie kolorów przebiegało optymalnie, czujnik powinien być umieszczony pod lekkim kątem w odległości około 1 cm do powierzchni. Niewłaściwe odczyty koloru mogą wystąpić, jeżeli czujnik ustawiony jest pod niewłaściwym kątem lub pracuje przy jasnym oświetleniu.

     

    Czujnik może być stosowany do odczytywania pojedynczej wartości natężenia światła. Taki tryb pracy zapewnia ustawienie koloru światła na czerwony. Czujnik może odczytywać zarówno natężenie oświetlenia otoczenia, jak i światła odbitego od powierzchni. Do pomiaru światła odbitego można wybrać dowolny kolor oświetlenia.

     

     

    Ultradźwiękowy czujnik odległości NXT


     

    Czujnik odległości pozwala na zmierzenie dystansu pomiędzy obiektem, na którym jest zamontowany, a najbliższą przeszkodą. Działa on na zasadzie echolokacji – z prawej strony urządzenia znajduje się piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy, który zmienia energię elektryczną w ultradźwięki, niesłyszalne dla ludzkiego ucha. Po napotkaniu przeszkody odbijają się i powracają do czujnika, w którym kolejny przetwornik zmienia je w sygnały elektryczne. Elektronika automatycznie mierzy czas od nadania do odebrania sygnału, przelicza go na odległość od przeszkody (dzieląc na 2 i mnożąc przez prędkość dźwięku), po czym wysyła wynik do sterownika NXT. Maksymalna odległość jaką czujnik może zmierzyć to około 255 centymetrów, a jego dokładność to +/- 3 centymetry. Należy pamiętać, iż zastosowanie więcej niż jednego czujnika, spowoduje wzajemne zakłócanie sygnałów.