LEGO Mindstorms NXT è un kit robotico programmabile sia da computer sia manualmente, messo in commercio dalla LEGO alla fine del luglio 2006. Rimpiazza il kit LEGO Mindstorms di prima generazione, che era chiamato Robotics Invention System. Il kit base è composto da due versioni: The Retail Version e The Education Base Set. Questi possono essere utilizzati per competere nelle gare FIRST Lego League. Viene utilizzato anche con il linguaggio di programmazione NXT-G, ma esiste una gran varietà di altri linguaggi come: NXC, NBC, RobotC, e BricxCC. Una nuova versione del set, Mindstorms NXT 2.0 è stata annunciata nel gennaio 2009; questa vanta un sensore avanzato a colori e parecchie caratteristiche migliorate. Questo set è stato disponibile prima in Gran Bretagna e Germania nei negozi on-line Lego; successivamente (1º agosto 2009) ha iniziato a vendere negli USA ed è numerato 8547.
Il mattone NXT
NXT brick
Il componente principale del kit è il computer a forma di mattone chiamato "NXT brick" (brick vuol dire mattone in inglese). Può ricevere l'input da un massimo di quattro sensori e controlla fino a tre motori elettrici, attraverso cavi RJ12 molto simili, ma incompatibili con i cavi del telefono RJ11. Il "mattone" ha un display LCDmonocromatico di 100x64 pixel e quattro pulsanti che possono essere utilizzati per navigare nell'interfaccia utente a menu gerarchici. Esso ha anche un altoparlante che può riprodurre file sonori campionati a 8kHz. La corrente è fornita nella versione per utenti normali da 6 batterie AA (1.5 V ognuna) mentre nella versione "educational" da una batteria ricaricabile Li-Ion e il relativo carica batterie.
Specifiche tecniche
microprocessore centrale a 32-bit AT91SAM7S256 @ 48MHz (256 KB flash memory, 64 KB RAM, 48MHz di cicli di clock)
Una sola porta USB 1.1 a piena velocità (12 Mbit/s)
Connettività wireless Bluetooth (Classe II), per trasferire programmi all'NXT senza fili o per poter controllare il robot remotamente (attraverso cellulare o possibilmente da un PDA)
Digital Wire Interface, permettendo a terze parti di sviluppare dispositivi esterni
Possono essere usati anche altri software.
Firmware e kit di sviluppo
LEGO ha distribuito il firmware per l'NXT Intelligent Brick come Open Source.
Sono disponibili parecchi kit di sviluppo che contengono documentazione per l'NXT:
Software Developer Kit (SDK), include informazioni sugli host USB drivers, formato dei files eseguibili e informazioni sul bytecode
Hardware Developer Kit (HDK), include documentazione e schemi elettrici per NXT brick e i sensori
Bluetooth Developer Kit (BDK), documenta i protocolli usati per la comunicazione via Bluetooth
Programmazione
Programmi molto semplici possono essere scritti usando il menu dell'NXT. Programmi più complicati e file sonori possono essere scaricati usando la porta USB o senza fili usando il Bluetooth. I file possono anche esser copiati tra due NTX brics diversi attraverso l'interfaccia wireless, inoltre diversi telefoni cellulari possono essere utilizzati come telecomando per comandare da remoto il sistema. Fino a quattro NXT brick possono comunicare simultaneamente attraverso Bluetooth quando sono eseguiti programmi generati dall'utente.
La versione retail del kit include software per scrivere programmi che possono essere eseguiti su PC e Macintosh. Il software è basato su LabVIEW di National Instruments e fornisce un linguaggio di programmazione visuale per scrivere semplici programmi e per farne il download sul "mattone" NXT.
NXT-G
NXT-G v1.0 è il software di programmazione che si trova incluso con l'NXT. Ci sono due differenti interfacce di programmazione. Una è inclusa con i kit retail ed educational e l'altro può essere comprato separatamente. Questo software è adeguato per la programmazione base, come guidare i motori, collezionare gli input dei sensori, fare calcoli e imparare strutture di programmazione semplificate e controlli di flusso.
Riportiamo qui alcuni vantaggi/svantaggi nell'utilizzo della versione 1.0 di questo software:
Pro:
NXT-G è semplice da installare su macchine Windows XP e Vista, ed è anche supportato il Mac OS X.
NXT-G può trasferire i dati via Bluetooth o attraverso l'incluso cavo USB.
NXT-G fornisce un ambiente grafico facile da usare di tipo drag and drop.
I grafici includono l'installazione dei cavi che mostrano il flusso dei dati da blocco a blocco.
Contro:
i Programmi NXT possono essere molto più grossi di identici programmi sviluppati con un linguaggio di programmazione fornito da terze parti (es: 12 kiB contro 2 kiB).
I programmi prendono sostanzialmente tempi più lunghi di caricamento rispetto programmi di terze parti.
Quando si creano programmi di grosse dimensioni, NXT-G tende ad andare in crash e a perdere i dati non salvati.
Il software NXT-G solitamente è lento in fase di esecuzione, perfino su PC potenti.
La maggior parte di questi problemi sono stati risolti con la versione v1.1 del software NXT-G.
LabVIEW Toolkit
NXT-G è basato su LabVIEW, uno standard industriale della programmazione. Creato da National Instruments, LabVIEW usa una programmazione a flusso di dati (data flow) per creare uno strumento virtuale. Per permettere una programmazione più avanzata, in senso grafico, National Instruments ha prodotto un Toolkit per l'NXT. La versione 1.0 è in vendita dal dicembre 2006. Dalla data di distribuzione, sono stati trovati parecchi bugs e sono stati creati nuovi sensori. Mentre il toolkit permette la creazione di nuovi sensori, National Instruments non ha ancora formalmente distribuito un aggiornamento.
Next Byte Codes & Not eXactly C
Next Byte Codes (NBC) è un semplice linguaggio open source con una sintassi da linguaggio assembly che può essere usato per programmare il "mattone NXT".
Not eXactly C (NXC) è un linguaggio open source di alto livello, simile al linguaggio C, costruito a partire dal compilatore NBC. Esso può essere anche usato per programmare il mattone NXT. NXC è essenzialmente l'NQC per l'NXT.
RobotC
RobotC è un altro linguaggio di programmazione basato sul linguaggio linguaggio C per il Vex, il First Tech Challenge, e il Lego Mindstorms.
URBI
URBI è un linguaggio parallelo e guidato dagli eventi (event-driven) con interfacce verso il C++/Java e il MATLAB. Ha anche una architettura a componenti (UObject) per il calcolo distribuito. Urbi è compatibile con molti robot come il NAO (vedi Robocup), Bioloid o Aibo..
leJOS NXJ
leJOS NXJ è un linguaggio di alto livello open source basato sul linguaggio Java che usa un firmware ad-hoc sviluppato dal team leJOS.
LEJOS OSEK
Per riuscire a scrivere in C/C++, può essere usato il LEJOS OSEK. Anche in questo caso è richiesto un firmware ad-hoc.
MATLAB e Simulink
MATLAB è un linguaggio di programmazione ad alto livello per il calcolo numerico, di acquisizione dati e analisi. Esso può essere utilizzato per controllare i robot Lego Mindstorm NXT attraverso una porta seriale Bluetooth.
Simulink è un ambiente basato su MATLAB per la modellazione e la simulazione di sistemi dinamici. Utilizzando Simulink, un utente è in grado di progettare algoritmi di controllo, generare automaticamente il codice C per questi algoritmi, e scaricare il codice compilato su Lego Mindstorm NXT.
FLL NXT Navigation
FLL Nxt NavigationArchiviato il 24 dicembre 2017 in Internet Archive. è un programma open source per aiutare i movimenti sul tavolo della competizione FLL (First Lego League). Usa file NXT-G e .txt per scrivere programmi.
Sensori
Questo è quello che è incluso nel kit base del Lego Mindstorms:
Un sensore touch che rileva se è premuto, urtato, o rilasciato. Il pulsante arancione Enter e il pulsante grigio destro e sinistro possono essere programmati per funzionare come sensori. Nel software di programmazione NXT-G, un valore 0 è dato quando non viene premuto, e un valore di 1 è dato se è premuto.
Un sensore di luce che rileva il livello di luce in una direzione, e comprende anche un LED per l'illuminazione di un oggetto. Il sensore di luce in grado di percepire la luce ambientale con il LED impostato su off, oppure in grado di percepire la luce riflessa, con il LED impostato per generare luce.
Un sensore sonoro che ha un microfono che può essere utilizzato per rilevare l'ampiezza di un suono. Utilizzando il sensore di suono, è possibile programmare un robot a muoversi quando si applaude
Un sensore ad ultrasuoni in grado di misurare la distanza tra il sensore e un ostacolo, e di rilevare il movimento. Può mostrare la distanza sia in centimetri che in pollici. La distanza massima che può misurare è di 233cm con una precisione di 3 centimetri.
Questi pezzi non sono inclusi nel kit Lego Mindstorms NXT base e possono essere acquistati separatamente:
Compagnie terze costruiscono anche altri tipi di sensori venduti da LEGO
I sensori vengono assemblati e programmati. Nel software Lego Mindstorms, si può decidere cosa fare con le informazioni che provengono dai sensori (per esempio, è possibile programmare il movimento del robot in avanti fino a toccare qualcosa).
LEGO vende anche un adattatore per la linea di prodotti Vernier; quest'ultima produce dispositivi per la raccolta dei dati e relativo software per l'uso in materia di istruzione.
