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Lego Mindstorms è una linea di prodotti LEGO che combinano mattoncini programmabili con motori elettrici, sensori, mattoncini LEGO, pezzi di LEGO Technic (come ingranaggi, assi e parti pneumatiche) per costruire robot e altri sistemi automatici e/o interattivi. È utilizzato per molte cose nella tecnica

Storia

Nel 1966 venne prodotto il primo motore a 4.5 V, alimentato a pile, munito di ruote, fornito come add-on per i set ferroviari; nel 1977 appare un add-on dedicato per la serie LEGO Technic, stavolta di forma cilindrica; i manuali di montaggio di alcuni modelli includevano anche una sezione a parte, che indicava come montarlo al loro interno; nel 1989 esordì il primo sistema programmabile via computer, costituito da un pannello di controllo, un cavo e una scheda da montare su PC. Il Technic Control Center, del 1995, forniva due motori a 9 V e una console autonoma (senza quindi la necessità di un PC) per pilotarli, in grado di memorizzare sequenze di comandi.

Il sistema LEGO Mindstorms vero e proprio, esordì nel 1998, e venne distribuito commercialmente come "RIS" (Robotic Invention System). Venne anche venduto e utilizzato come sistema educativo, originalmente attraverso una partnership con il MIT. La versione educativa si chiama LEGO Mindstorms for Schools (LEGO Mindstorms per le scuole) e venne venduto con un software di programmazione basato sulla GUI ROBOLAB.

L'RCX Originale dei Minstorms è stato distribuito nel 1998. Nel 2006 è stato immesso sul mercato un sistema di nuova generazione chiamato NXT, centrato su di un nuovo mattoncino programmabile^[1]. Il LEGO Mindstorms NXT è Open Source.

Il 4 gennaio 2013 è stato annunciato ufficialmente il LEGO Mindstorms EV3 e dal 1º agosto 2013 è stato messo in commercio.

Caratteristiche

Può essere usato per costruire un modello di sistema integrato con parti elettromeccaniche controllate da computer. Praticamente tutti i tipi di sistemi integrati elettromeccanici esistenti, come gli elevatori o i robot industriali, possono essere modellati con i Mindstorms.

Esiste una comunità di professionisti e di amatori coinvolti nella condivisione di progetti, tecniche di programmazione e altre idee riguardanti LEGO Mindstorms.

Mattone programmabile RCX. Notare le porte per i sensori (grigie) e quelle per i motori (nere).

La prima generazione di Lego Mindstorms era costruita intorno a un mattone programmabile conosciuto come RCX. L'RCX contiene un microcontroller Renesas H8/300 come CPU interna e viene programmato scaricando un programma (che può essere scritto in vari linguaggi di programmazione) da un PC o da un Macintosh sulla sua RAM attraverso una speciale interfaccia ad infrarossi. Quando l'utente avvia il programma, la creazione Mindstorm può funzionare in completa autonomia, in base alle istruzioni del programma. Inoltre, due o più creazioni possono comunicare tra loro attraverso la porta ad infrarossi e collaborare o gareggiare tra di loro. Oltre alla porta ad infrarossi, ci sono anche tre porte di ingresso per i sensori e tre porte di uscita per i motori (utilizzabili anche per luci ed altro). C'è anche uno schermo LCD che mostra lo stato della batteria, lo stato delle porte, il programma in esecuzione e altre informazioni.

La versione 1.0 di RCX dispone anche di uno spinotto per un alimentatore esterno che permette di far lavorare il mattoncino continuamente, eliminando i limiti imposti dalle batterie. Gli RCX con alimentatore esterno sono molto popolari per l'utilizzo su robot "stazionari" come bracci robotici o per controllare modelli di "LEGO Treni". In quest'ultimo caso, l'RCX ha bisogno di essere programmato con il software Digital Command Control (DCC) richiesto per le operazioni automatizzate riguardanti i treni.

LEGO ha prodotto anche un mattoncino denominato Scout, con due porte per i sensori, due per i motori, un sensore di luce integrato e senza interfaccia con il PC. Lo Scout può essere programmato, ma solitamente l'utente seleziona uno dei programmi integrati. Per programmare lo Scout, bisogna attivare il "power mode". Lo Scout può memorizzare un solo programma.

Linguaggi di programmazione disponibili

Forniti da LEGO (entrambi grafici):

RCX Code, incluso nella versione commerciale, in vendita nei negozi di giocattoli;
ROBOLAB, basato su LabVIEW (linguaggio usato nei laboratori di ricerca in ogni campo) e sviluppato dalla Tufts University.

Linguaggi di terze parti (tutti testuali tranne actor-lab):

C and C++ sotto sistema operativo BrickOS (precedentemente LegOS)
Java sotto sistema operativo leJOS o TinyVM
Lego.NET
MIT App Inventor
NQC ("Not Quite C")
OnScreen
pbFORTH (estensione del Forth)
PbrickDev
PRO-BOT
SqLego
TclRCX
Terrapin Logo
Visual Basic
XS (Un dialetto LISP simile a Scheme)
actor-lab linguaggio grafico parallelo all'ufficiale
C#
Bricx

Mindstorms SDK

Lego offre anche un kit per lo sviluppo di software (SDK) che permette di interagire con l'RCX attraverso qualsiasi linguaggio che supporta ActiveX. L'SDK ha il compito di ottenere i valori dei sensori, accendere e spegnere i motori, ottenere lo stato della batteria e fornire altre funzioni utili.

Lego Mindstorms NXT

Il nuovo prodotto Mindstorms è il Mindstorms NXT, che è stato messo in commercio ad agosto 2006^[1]. Il kit comprende tre servomotori (molto più grandi di quelli contenuti nella "vecchia confezione"), un sensore tattile, un sensore luminoso, un nuovo sensore sonoro, un sensore di prossimità (a ultrasuoni) e un nuovo mattoncino intelligente NXT.

Il mattoncino intelligente NXT ha un processore a 32 bit Atmel AT91SAM7S256 (classe ARM7) a 48 MHz, con 256k flash memory e 64k RAM, un coprocessore 8 bit Atmel ATmega48 (classe AVR: è un RISC a 8 bit) a 8 MHz, con 4k flash e 512 byte RAM uno schermo LCD con una risoluzione di 60x100 pixel, una porta USB 2.0 e connettività Bluetooth. Il Mindstorms NXT possiede quattro porte di ingresso e tre di uscita, ma avendo delle connessioni digitali, sarà possibile aumentarne il numero con dei moduli esterni. I connettori non sono gli stessi dell'RCX e utilizzano porte simili ad un connettore RJ-11. Integrato nel mattoncino c'è un altoparlante da 8 kHz. Il mattoncino richiede 6 batterie di tipo AA (che potranno anche essere ricaricabili) oppure la Batteria al Litio della casa.

Il Lego Mindstorms NXT è venduto in due versioni: Retail e Education Base Set. La versione Retail è fornita col software di programmazione NXT-G. La versione educativa che è venduta con batteria al litio e caricabatterie, invece, non contiene software. Quest'ultimo è venduto separatamente, con tre licenze distinte (Personal, Classroom, Site).

Specifiche dell'NXT

Le specifiche dell'NXT sono quindi le seguenti:

processore a 32 bit Atmel AT91SAM7S256 (classe ARM7) a 55 MHz
256KB memoria flash
64KB RAM
Interfaccia bluetooth v2.0+EDR (chipset CSR BlueCore 4 version 2, clockato a 26 MHz, con propri buffer RAM e firmware stack Bluelab 3.2) velocità teorica massima 0,46 Mbit/s (per trasferire il software o per controllare il robot da remoto)
Display LCD bianco e nero da 100×64 pixel (ogni pixel è circa 0,4×0,4mm);
Può essere programmato su PC o Mac
speaker mono 8 bit fino a 16 kHz;
tastiera con quattro tasti in gomma.
Gli utenti possono creare nuovi software con LabVIEW di National Instruments
Porta USB 2.0
Connettività Bluetooth per trasferire il software o per controllare il robot da remoto
Interfaccia per permettere lo sviluppo di periferiche da parte di terze parti.

Parti

519 pezzi LEGO Technic
Tre motoriduttori, con sensore di rotazione integrato
Sensore di distanza ad ultrasuoni
Sensore audio (microfono), per la misura dell’intensità sonora
Sensore di luce ambientale o riflessa, capace di rilevare l’intensità di luce incidente sul sensore, utilizzabile in combinazione con una fonte di luce (inclusa nel sensore) per misurare l’intensità di luce riflessa da una superficie
Sensore di contatto (tasto)

Lego Mindstorms EV3

Nel 2013, è stato rilasciato dalla LEGO il nuovo set EV3, la cui sigla EV sta per Evolution, poiché era l'evoluzione del LEGO Mindstorm NXT.

Note

^ ^a ^b What's NXT? LEGO Group Unveils LEGO MINDSTORMS NXT Robotics Toolset at Consumer Electronics Show, su lego.com. URL consultato il 2 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 9 novembre 2010).

Bibliografia

Bagnall, Brian (2002). Core Lego Mindstorms Prentice-Hall PTR. ISBN 0-13-009364-5
Baum, Dave (2002). Definitive Guide to LEGO MINDSTORMS, 2nd ed. APress. ISBN 1-59059-063-5.
Erwin, Benjamin (2001). Creative Projects with LEGO Mindstorms (book and CD-ROM). Addison-Wesley. ISBN 0-201-70895-7.
Ferrari et al. (2001). Building Robots With LEGO Mindstorms: The Ultimate Tool for Mindstorms Maniacs. Syngress. ISBN 1-928994-67-9.

Altri progetti

Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su LEGO Mindstorms

Collegamenti esterni

Informazioni:

(EN) Official Lego Mindstorms (NXT), su mindstorms.lego.com. URL consultato il 2 maggio 2006 (archiviato dall'url originale il 9 gennaio 2006).
(EN) Sito FAQ Lego, su lego.com. URL consultato il 2 maggio 2019 (archiviato dall'url originale l'8 giugno 2008).
(EN) Official Robotics Invention System, su mindstorms.lego.com. URL consultato il 2 maggio 2006 (archiviato dall'url originale il 9 luglio 2008).
(EN) A summary of information and links about many aspects of Mindstorms, su crynwr.com. URL consultato il 2 maggio 2006 (archiviato dall'url originale il 16 febbraio 2007).
(EN) Carnegie Mellon's Robotics Academy, su rec.ri.cmu.edu. URL consultato il 2 maggio 2006 (archiviato dall'url originale il 3 novembre 2005).
(EN) DCC for the RCX – Mark Riley's LDCC firmware for the RCX
(EN) An official blog about Mindstorms NXT, su nxtbot.com. URL consultato il 2 maggio 2006 (archiviato dall'url originale il 23 aprile 2006).
Sito amatoriale su Lego Mindstorms, su digilander.libero.it.
Sito amatoriale Lego Mindstorms & Robotics, su digilander.libero.it.
Italian Lego User Group, su itlug.org.

Linguaggi di programmazione e sistemi operativi

(EN) Tufts University's ROBOLAB page, su ceeo.tufts.edu.
(EN) leJOS - Java for the RCX Brick, su lejos.org.
(EN) The NQC programming language, su bricxcc.sourceforge.net.
(EN) The Transterpreter Archiviato il 29 luglio 2010 in Internet Archive. (occam runtime system)
(EN) XS: Lisp on Lego Mindstorms, su yuasa.kuis.kyoto-u.ac.jp.
(EN) actor-lab, su actor-lab.open.ac.uk.
(EN) QuiteC, su elenafrancesco.org. URL consultato il 19 novembre 2022 (archiviato dall'url originale il 21 giugno 2021).