Lego Mindstorms NXT 2.0 — краткое знакомство

Лет эдак в 10-11, после долгих и беззаботных лет игры с контрукторами Lego, я узнал о существовании великолепного набора Mindstorms, который позволял создавать самых настоящих роботов без специализованных знаний электроники, электротехники и даже программирования. Я сразу же заинтересовался данной серией, но тогда моим мечтам обладать Mindstorms по различным (в основном — финансовым) причинам не суждено было сбыться.
Сейчас мне 20 и в честь юбилея друзья (спасибо им!) решили окунуть меня назад в детство и таки дать возможность полепить собственных роботов. Правда, в этот раз всё будет серьёзнее, чем в моих детских мыслях — мы будем действительно программировать Mindstorms под Debian GNU/Linux.

Что же это?

Mindstorms NXT 2.0 — третий продукт в линейке Mindstorms — специальной серии конструкторов Lego, предназначенной для создания программируемых роботов. Конструктор поставляется с набором обычных деталей серии Lego Technic, а также специальных сенсоров (расстояния, освещенности, касания), нескольких двигателей-тахометров и специального блока NXT. Подробнее о ко Mindstorms можно узнать из вот этой статьи.
К слову о NXT — в этой небольшой коробочке припрятаны целых два микроконтроллера — 32-битный ARM7 и 8-битный AVR, 512 Мб RAM, более 256 Кб flash-памяти, монохромный ЖК-дисплей, динамик, USB-порт, а также 7 портов для подключения сенсоров. А, да — еще отсек для 6 батареек или аккумулятора, который продается отдельно на сайте shop.lego.com. Собственно, NXT и является «сердцем» любого создаваемого робота.
Ознакомившись с кратким руководством, включенным в комплект, можно вполне себе создать робота, который выполняет какие-нибудь нехитрые действия вообще без всякого программирования. Например, за буквально 40 минут вместе со сборкой, можно сделать робота, который будет ездить по комнате и старательно избегать препятствия. Это делается прямо на самом устройстве, без подключения к компьютеру, на встроенном монохромном дисплее.

Неплохо, да?
Собственно, данный робот и будет нашей основной тестовой моделью. Но мы попробуем немного усовершенствовать его навыки. И для этого мы напишем небольшой кусочек кода.

А как?

Действительно. Идущее в комплекте ПО работает только в Windows и Mac OS. А у нас, внезапно, Debian Squeeze. К счастью, Mindstorms обладает огромным сообществом фанатов, которые придумали решение данной проблемы — использование альтернативного ПО для программирования роботов, в частности Bricxcc (здесь выложен полнейший мануал по настройке всего и вся).
А теперь немного теории — в программировании Mindstorms, как правило, помимо визуального среды ROBOLAB для Windows и Mac OS используется язык RCX, однако среди фанатов одним из наиболее популярных языков является достаточно простой NXC (Not eXactly C). Простая программа на NXC выглядит примерно так:

1. task music()
2. {
3.   int lastTone=5000;
4.   while(true)
5.   {
6.     int tone=Random(5000)+500;
7.     int duration=Random(500);
8.     PlayTone(tone,duration);
9.     Wait(duration);
10.   }
11. }
12.  
13. task main()
14. {
15.   start music;
16.   while(true)
17.   {
18.     /* Determine Next Action */
19.     unsigned int duration=Random(5000);
20.     unsigned int motorSpeed=Random(100);
21.     unsigned int syncMode=Random(3);
22.  
23.     /* Display Next Action */
24.     ClearScreen();
25.     NumOut(0,LCD_LINE1,duration);
26.     NumOut(0,LCD_LINE2,motorSpeed);
27.     NumOut(0,LCD_LINE3,syncMode);
28.  
29.     /* Perform Next Action */
30.     switch(syncMode)
31.     {
32.       case 0:
33.          OnFwdReg(OUT_AC,motorSpeed,OUT_REGMODE_SYNC);
34.          break;
35.       case 1:
36.          OnRevReg(OUT_AC,motorSpeed,OUT_REGMODE_SYNC);
37.          break;
38.       case 2:
39.          OnFwdSync(OUT_AC,motorSpeed,-100);
40.          break;
41.       case 3:
42.          OnRevSync(OUT_AC,motorSpeed,-100);
43.          break;
44.     }
45.     
46.     Wait(duration);
47.   }
48. }

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Для справки — данная программа заставляет «танцевать» нашего робота под нечто, напоминающее музыку.

Не буду спорить, программа совсем не сложна для понимания, но достаточно громоздка. И её можно заметно упросить, используя вместо написания кода на NXC специальный конвертер PyNXC. Иначе говоря, мы будем писать код на Python'е, а PyNXC будет преобразовывать его в NXC-код и загружать на устройство, избавив нас от необходимости писать громоздкий код на подобии Си.

Пишем программу!

Ну, а теперь, собственно, напишем на Python'е программу для путешествия нашего робота среди прозрачных чашек, но используя более грамотный алгоритм разворота:

1. # in cm
2. DEFINE NEAR = 7
3.  
4. def main():
5.   DefineSensors(None, None, None, EYES)
6.   while True:
7.     OnFwd(OUT_BC, 50)
8.     while SensorVal(4) > NEAR:
9.       pass
10.     
11.     Off(OUT_BC)
12.     
13.     while SensorVal(4) < NEAR:
14.       OnFwd(OUT_B, 50)
15.       Wait(100)

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Теперь наш робот научился разворачиваться на месте и, как только мешающий объект пропадет с поля его зрения, продолжать движение вперед.

Как вы уже, наверное, заметили, программировать Mindstorms очень просто. Стоит также сказать, что помимо NXC и Python с использованием PyNXC, можно писать код на Java, Lua, Ruby, Ассемблере, а также, что логично, использовать ассемблерные вставки в других языках.
Благодаря всему этому Mindstorms из детской игрушки превращается в весьма мощную штуку, позволяющую создавать сложные и «умные» механизмы, как например вот эта гитара:

Или этот сортировщик цветных шариков:

А самое приятное во всём этом — в комплект поставки Mindstorms NXT 2.0 уже включено большинство необходимых деталей. Единственное, что действительно может понадобится — дополнительные сенсоры, которые можно купить, например, в официальном магазине Lego.

• Официальный сайт Lego Mindstorms
• Раздел Mindstorms в официальном интернет-магазине Lego
• NXTprograms.com — ресурс с инструкциями по сборке самых разных моделей