Da bi se robot gladko premikal po črni črti, ga morate prisiliti, da sam izračuna hitrost gibanja.

Oseba vidi črno črto in njeno jasno mejo. Svetlobni senzor deluje nekoliko drugače.

Prav to lastnost svetlobnega tipala – nezmožnost jasnega razlikovanja med belo in črno – bomo uporabili za izračun hitrosti gibanja.

Najprej predstavimo koncept "idealne točke poti."

Odčitki svetlobnega senzorja se gibljejo od 20 do 80, najpogosteje na belem so odčitki približno 65, na črnem približno 40.

Idealna točka je običajna točka približno na sredini bele in črne barve, po kateri se bo robot premikal vzdolž črne črte.

Tukaj je lokacija točke temeljna - med belo in črno. Natančno na belo ali črno ne bo mogoče nastaviti iz matematičnih razlogov, bo jasno kasneje.

Empirično smo izračunali, da je idealno točko mogoče izračunati po naslednji formuli:

Robot se mora premikati strogo vzdolž idealne točke. Če pride do odstopanja v katero koli smer, se mora robot vrniti na to točko.

Sestavljajmo matematični opis problema.

Začetni podatki.

Idealna točka.

Trenutni odčitki svetlobnega senzorja.

Rezultat.

Moč vrtenja motorja V.

Moč vrtenja motorja C.

rešitev.

Razmislimo o dveh situacijah. Prvič: robot je odstopal od črne črte proti beli črti.

V tem primeru mora robot povečati moč vrtenja motorja B in zmanjšati moč motorja C.

V situaciji, ko robot vstopi v črno črto, je ravno nasprotno.

Bolj ko robot odstopa od idealne točke, hitreje se mora vrniti nanjo.

Toda ustvarjanje takega regulatorja je precej težka naloga in ni vedno zahtevana v celoti.

Zato smo se odločili, da se omejimo le na P-regulator, ki se ustrezno odziva na odstopanja od črne črte.

V matematičnem jeziku bo to zapisano takole:

kjer sta Hb in Hc končni moči motorjev B oziroma C,

Osnovna – določena osnovna moč motorjev, ki določa hitrost robota. Izbere se eksperimentalno, odvisno od zasnove robota in ostrine zavojev.

Itek – trenutni odčitki svetlobnega senzorja.

Iid – izračunana idealna točka.

k – sorazmernostni koeficient, izbran eksperimentalno.

V tretjem delu si bomo ogledali, kako to programirati v okolju NXT-G.

Ta problem je klasičen, ideološko preprost, rešljiv je večkrat in vsakič boste odkrili nekaj novega.

Obstaja veliko pristopov za rešitev težave, ki sledi vrstici. Izbira enega od njih je odvisna od specifične zasnove robota, števila senzorjev, njihove lokacije glede na kolesa in drug drugega.

V našem primeru bomo analizirali tri primere robota na podlagi glavnega izobraževalnega modela Robot Educator.

Za začetek sestavimo osnovni model izobraževalnega robota Robot Educator, za to lahko uporabite navodila v programsko opremo MINDSTORMS EV3.

Za primere bomo potrebovali tudi senzorje svetlobnih barv EV3. Ti svetlobni senzorji so kot noben drug najbolj primerni za našo nalogo; pri delu z njimi nam ni treba skrbeti za intenzivnost okoliške svetlobe. Za ta senzor bomo v programih uporabljali način odbite svetlobe, v katerem se oceni količina odbite svetlobe od rdeče osvetlitve ozadja senzorja. Meje odčitkov senzorja so od 0 do 100 enot za »brez odboja« oziroma »popoln odboj«.

Kot primer bomo analizirali 3 primere programov za premikanje po črni poti, prikazani na ravnem svetlem ozadju:

· En senzor, s P regulatorjem.

· En senzor, z regulatorjem PC.

· Dva senzorja.

Primer 1. En senzor, s P regulatorjem.

Oblikovanje

Svetlobni senzor je nameščen na nosilcu, ki je priročno nameščen na modelu.

Algoritem

Delovanje algoritma temelji na dejstvu, da se odčitki, ki jih vrne senzor, gradientno spreminjajo glede na stopnjo prekrivanja svetlobnega žarka senzorja s črno črto. Robot ohranja položaj svetlobnega senzorja na robu črne črte. S pretvorbo vhodnih podatkov iz svetlobnega senzorja krmilni sistem ustvari vrednost za vrtilno hitrost robota.

Ker na realni poti senzor generira vrednosti v celotnem območju delovanja (0-100), je 50 izbrano kot vrednost, h kateri stremi robot. V tem primeru se generirajo vrednosti, ki se prenašajo v rotacijske funkcije območje -50 - 50, vendar te vrednosti niso dovolj za strmo obračanje trajektorije. Zato je treba območje enkrat in pol razširiti na -75 - 75.

Posledično je v programu funkcija kalkulatorja preprost proporcionalni regulator. Funkcija katere ( (a-50)*1,5 ) v območju delovanja svetlobnega senzorja ustvari vrednosti vrtenja v skladu z grafom:

Primer delovanja algoritma

Primer 2. En senzor, s PK regulatorjem.

Ta primer temelji na isti konstrukciji.

Verjetno ste opazili, da se je v prejšnjem primeru robot pretirano zibal, kar mu ni dovoljevalo dovolj pospeševanja. Zdaj bomo poskušali to situacijo nekoliko izboljšati.

Našim proporcionalni regulator Dodali smo tudi preprost kubični regulator, ki bo funkciji nastavitve dodal nekaj prožnosti. To bo zmanjšalo nihanje robota v bližini želene meje poti in naredilo močnejše sunke, ko je daleč od nje.

Človek vidi črto takole:

Takole to vidi robot:

To lastnost bomo uporabili pri načrtovanju in programiranju robota za tekmovalno kategorijo »Trajektorija«.

Obstaja veliko načinov, kako robota naučiti videti črto in se premikati po njej. Obstajajo zapleteni programi in zelo preprosti.

Želim govoriti o metodi programiranja, ki jo lahko obvladajo tudi otroci v 2.-3. Pri tej starosti jim je veliko lažje sestavljati konstrukcije po navodilih in programiranje robota je za njih težka naloga. Toda ta metoda bo otroku omogočila programiranje robota na katero koli pot proge v 15-30 minutah (ob upoštevanju testiranja po korakih in prilagajanja nekaterih značilnosti poti).

Ta metoda je bila preizkušena na občinskih in regionalnih tekmovanjih v robotiki v regiji Surgut in avtonomnem okrožju Khanty-Mansi-Yugra in je naši šoli prinesla prva mesta. Tam sem se prepričal, da je ta tema zelo pomembna za številne ekipe.

No, pa začnimo.

Pri pripravi na tovrstno tekmovanje je programiranje le del rešitve naloge. Začeti morate z oblikovanjem robota za določeno pot. V naslednjem članku vam bom povedal, kako to storiti. No, ker se gibanje vzdolž črte pojavlja zelo pogosto, bom začel s programiranjem.

Razmislimo o možnosti robota z dvema svetlobnima senzorjema, saj je bolj razumljiv osnovnošolcem.

Svetlobni senzorji so priključeni na vrata 2 in 3. Motorji na vrata B in C.
Senzorji so nameščeni na robovih črte (poskusite s postavitvijo senzorjev na različne razdalje drug od drugega in na različne višine).
Pomembna točka. Za boljše delo Za takšno shemo je priporočljivo izbrati par senzorjev glede na parametre. V nasprotnem primeru bo treba uvesti blok za prilagajanje vrednosti senzorjev.
Namestitev senzorjev na ohišje v skladu z klasična shema(trikotnik), približno kot na sliki.

Program bo sestavljen iz majhnega števila blokov:

1. Dve svetlobni senzorski enoti;
2. Štirje bloki "Matematika";
3. Dva motorna bloka.

Za krmiljenje robota se uporabljata dva motorja. Moč vsakega je 100 enot. Za našo shemo bomo vzeli povprečno vrednost moči motorja, ki je enaka 50. To pomeni, da bo povprečna hitrost pri premikanju v ravni črti enaka 50 enotam. Pri odstopanju od premočrtnega gibanja se bo moč motorjev sorazmerno povečala ali zmanjšala, odvisno od kota odstopanja.

Zdaj pa ugotovimo, kako povezati vse bloke, konfigurirati program in kaj se bo v njem zgodilo.
Nastavimo dva svetlobna senzorja in jima dodelimo vrata 2 in 3.
Vzemite matematični blok in izberite »Odštevanje«.
Povežimo svetlobne senzorje iz izhodov "Intenzivnost" z vodili v matematični blok na vhoda "A" in "B".
Če so senzorji robota nameščeni simetrično od središča proge, bodo vrednosti obeh senzorjev enake. Po odštevanju dobimo vrednost – 0.
Naslednji blok matematike bo uporabljen kot koeficient in v njem morate nastaviti »Množenje«.
Za izračun koeficienta morate izmeriti ravni "bele" in "črne" z uporabo bloka NXT.
Recimo: bela -70, črna -50.
Nato izračunamo: 70-50 = 20 (razlika med belo in črno), 50/20 = 2,5 (povprečno vrednost moči pri premikanju v ravni črti v matematičnih blokih nastavimo na 50. Ta vrednost plus dodana moč pri prilagajanju gibanja mora biti enako 100)
Poskusite nastaviti vrednost na 2,5 na vhodu "A" in jo nato izberite natančneje.
Na vhod “B” matematičnega bloka “Množenje” povežite izhod “Rezultat” prejšnjega matematičnega bloka “Odštevanje”.
Sledi par - blok matematike (seštevanje) in motor B.
Nastavitev matematičnega bloka:
Vhod “A” je nastavljen na 50 (polovica moči motorja).
Izhod bloka "Rezultat" je povezan z vodilom na vhod "Moč" motorja B.
Naslednji par je blok matematike (odštevanje) in motor C.
Nastavitev matematičnega bloka:
Vhod "A" je nastavljen na 50.
Vhod "B" je z vodilom povezan z izhodom "Rezultat" matematičnega bloka "Množenje".
Izhod bloka "Rezultat" je povezan z vodilom na vhod "Moč" motorja C.

Kot rezultat vseh teh dejanj boste dobili naslednji program:

Ker bo vse to delovalo v ciklu, dodamo “Cikel”, ga izberemo in vse premaknemo v “Cikel”.

Zdaj pa poskusimo ugotoviti, kako bo program deloval in kako ga konfigurirati.

Medtem ko se robot premika v ravni črti, vrednosti senzorjev sovpadajo, kar pomeni, da bo izhod bloka "Odštevanje" vrednost 0. Izhod bloka "Množenje" prav tako daje vrednost 0. Ta vrednost se napaja vzporedno s krmilnim parom motorja. Ker so ti bloki nastavljeni na 50, dodajanje ali odštevanje 0 ne vpliva na moč motorjev. Oba motorja delujeta z enako močjo 50 in robot se kotali v ravni črti.

Predpostavimo, da proga zavije ali pa robot odstopi od ravne črte. Kaj se bo zgodilo?

Na sliki je razvidno, da se osvetlitev senzorja, ki je priključen na priključek 2 (v nadaljevanju senzorja 2 in 3), s premikom na belo polje poveča, osvetljenost senzorja 3 pa se zmanjša. Predpostavimo, da vrednosti teh senzorjev postanejo: senzor 2 – 55 enot in senzor 3 – 45 enot.
Blok »Odštevanje« bo določil razliko med vrednostma dveh senzorjev (10) in jo posredoval korekcijskemu bloku (množenje s koeficientom (10*2,5=25)) in nato kontrolnim blokom.
motorji.
V matematičnem bloku (Dodatek) krmiljenja motorja B do povprečne vrednosti hitrosti 50
25 bo dodanih in motorju B bo dobavljena vrednost moči 75.
V matematičnem bloku (Odštevanje) za krmiljenje motorja C bo 25 odšteto od povprečne vrednosti hitrosti 50 in motorju C bo dobavljena vrednost moči 25.
Na ta način se bo popravilo odstopanje od ravne črte.

Če proga močno zavije vstran, se senzor 2 izkaže za belo, senzor 3 pa črn. Vrednosti osvetlitve teh senzorjev postanejo: senzor 2 - 70 enot in senzor 3 - 50 enot.
Blok "Odštevanje" bo določil razliko med vrednostma dveh senzorjev (20) in jo dovedel v korekcijski blok (20*2,5=50) in nato v krmilne enote motorja.
Zdaj v matematičnem (Addition) bloku krmiljenja motorja B bo motorju B dobavljena vrednost moči 50 +50 =100.
V matematičnem bloku (odštevanje) krmiljenja motorja C bo motorju C dobavljena vrednost moči 50 – 50 = 0.
In robot bo ostro zavil.

Na belih in črnih poljih mora robot voziti v ravni črti. Če se to ne zgodi, poskusite izbrati senzorje z enakimi vrednostmi.

Sedaj pa ustvarimo nov blok in ga uporabimo za premikanje robota po kateri koli poti.
Izberite cikel, nato pa v meniju »Uredi« izberite ukaz »Ustvari moj blok«.

V pogovornem oknu »Oblikovalnik blokov« poimenujte naš blok, na primer »Pojdi«, izberite ikono za blok in kliknite »KONČANO«.

Zdaj imamo blok, ki ga lahko uporabimo v primerih, ko se moramo premikati po črti.

Besedilo dela je objavljeno brez slik in formul.
Celotna različica delo je na voljo v zavihku "Delovne datoteke" v formatu PDF

Lego Mindstorms EV3

Pripravljalna faza

Izdelava programa in kalibracija

Zaključek

Literatura

1. Uvod.

Robotika je ena od najpomembnejša področja znanstveno-tehnološki napredek, v katerem se problemi mehanike in novih tehnologij stikajo s problemi umetne inteligence.

zadaj Zadnja leta napredek v robotiki in avtomatizirani sistemi spremenil osebno in poslovno sfero našega življenja. Roboti se pogosto uporabljajo v transportu, raziskovanju zemlje in vesolja, kirurgiji, vojaški industriji, laboratorijskih raziskavah, varnosti in množični proizvodnji industrijskih in potrošniških dobrin. Številne naprave, ki se odločajo na podlagi podatkov, prejetih s senzorji, lahko štejemo tudi za robote – kot so na primer dvigala, brez katerih si našega življenja že ni več mogoče predstavljati.

Oblikovalec Mindstorms EV3 nas vabi, da vstopimo v fascinanten svet robotov in se potopimo v kompleksno okolje informacijske tehnologije.

Cilj: Naučite se programirati robota za premikanje v ravni črti.

Spoznajte oblikovalec Mindstorms EV3 in njegovo programsko okolje.

Napiši programe za premikanje robota premočrtno na 30 cm, 1 m 30 cm in 2 m 17 cm.

Konstruktor Mindstorms EV3.

Konstrukcijski deli - 601 kos, servo motor - 3 kosi, barvni senzor, senzor gibanja na dotik, infrardeči senzor in senzor na dotik. Mikroprocesorska enota EV3 so možgani LEGO konstruktor Mindstorms.

Za gibanje robota skrbi velik servomotor, ki je povezan z mikroračunalnikom EV3 in poskrbi za premikanje robota: gre naprej in nazaj, obrača in vozi po zadani poti. Ta servomotor ima vgrajen senzor vrtenja, ki vam omogoča zelo natančen nadzor gibanja in hitrosti robota.

Robota lahko prisilite, da izvede dejanje z uporabo računalniški program EV3. Program je sestavljen iz različnih kontrolnih blokov. Delali bomo z blokom gibanja.

Gibalni blok krmili robotove motorje, ga vklaplja, izklaplja in omogoča, da deluje v skladu z dodeljenimi nalogami. Gibanje lahko programirate na določeno število vrtljajev ali stopinj.

Pripravljalna faza.

Ustvarjanje tehničnega področja.

Označimo delovno polje robota, z lepilnim trakom in ravnilom naredimo tri črte dolžine 30 cm - zelena črta, 1 m 15 cm - rdeča in 2 m 17 cm - črna črta.

Potrebni izračuni:

Premer kolesa robota je 5 cm 7 mm = 5,7 cm.

En obrat kolesa robota enaka dolžini krog s premerom 5,7 cm Obseg najdemo po formuli

Kjer je r polmer kolesa, d premer, π = 3,14

l = 5,7 * 3,14 = 17,898 = 17,9.

Tisti. Za en obrat kolesa robot prevozi 17,9 cm.

Izračunajmo število vrtljajev, potrebnih za vožnjo:

N = 30 : 17,9 = 1,68.

1 m 30 cm = 130 cm

N = 130 : 17,9 = 7,26.

2 m 17 cm = 217 cm.

N = 217 : 17,9 = 12,12.

Izdelava in kalibracija programa.

Program bomo izdelali po naslednjem algoritmu:

Algoritem:

Izberite blok gibanja v programu Mindstorms EV3.

Vklopite oba motorja v dani smeri.

Počakajte, da se odčitek senzorja vrtenja enega od motorjev spremeni na navedeno vrednost.

Izklopite motorje.

Končni program naložimo v krmilno enoto robota. Robota postavimo na polje in pritisnemo gumb za zagon. EV3 vozi čez polje in se ustavi na koncu dane črte. Da bi dosegli natančen zaključek, pa morate opraviti kalibracijo, saj na gibanje vplivajo zunanji dejavniki.

Polje je nameščeno na dijaških mizah, zato je možen rahel uklon površine.

Površina polja je gladka, zato je možen slab oprijem robotovih koles na polje.

Pri izračunu števila vrtljajev smo morali števila zaokrožiti, zato smo s spreminjanjem stotink v vrtljajih dosegli zahtevani rezultat.

5. Zaključek.

Sposobnost programiranja robota za premikanje v ravni črti bo koristna za ustvarjanje bolj zapletenih programov. Praviloma v Tehnične specifikacije tekmovanja v robotiki, so navedene vse dimenzije gibanja. Potrebni so, da program ni preobremenjen z logičnimi pogoji, zankami in drugimi kompleksnimi krmilnimi bloki.

Na naslednji stopnji spoznavanja robota Lego Mindstorms EV3 se boste morali naučiti programirati obrate pod določenim kotom, gibanje v krogu in spirale.

Delo z oblikovalcem je zelo zanimivo. Če izveste več o njegovih zmogljivostih, lahko rešite kateri koli tehnični problem. In morda v prihodnosti ustvarite svoje zanimive modele robota Lego Mindstorms EV3.

Literatura.

Koposov D. G. "Prvi korak v robotiko za 5.-6. razred." - M.: Binom. Laboratorij znanja, 2012 - 286 str.

Filippov S. A. "Robotika za otroke in starše" - "Znanost" 2010

Internetni viri

http://lego. rkc-74.ru/

http://www.9151394.ru/projects/lego/lego6/beliovskaya/

http://www. lego com/izobraževanje/

Do zdaj je bila v člankih o algoritmih, ki se uporabljajo pri premikanju vzdolž črte, upoštevana metoda, ko se je zdelo, da svetlobni senzor nadzoruje njeno levo ali desno mejo: takoj ko se je robot premaknil v beli del polja, je krmilnik vrnil robota do meje se je senzor začel premikati globlje v črno črto - regulator ga je poravnal nazaj.
Kljub dejstvu, da je zgornja slika prikazana za relejni regulator, bo splošno načelo gibanja proporcionalnega (P-regulatorja) enako. Kot smo že omenili, povprečna hitrost takšnega gibanja ni zelo visoka, zato je bilo narejenih več poskusov, da bi jo povečali z rahlim zapletom algoritma: v enem primeru je bilo uporabljeno "mehko" zaviranje, v drugem pa poleg zavojev gibanje naprej je bil predstavljen.
Da bi robotu omogočili premikanje naprej na nekaterih območjih, je bilo v območju vrednosti, ki jih proizvaja svetlobni senzor, dodeljeno ozko območje, ki bi ga lahko konvencionalno imenovali "senzor je na meji črte."
Ta pristop ima majhno pomanjkljivost - če robot "sledi" levi meji črte, potem pri desnih zavojih ne zazna takoj ukrivljenosti poti in posledično porabi več časa za iskanje črte in obračanje. Poleg tega lahko z gotovostjo trdimo, da ostrejši kot je zavoj, dlje traja to iskanje.
Naslednja slika prikazuje, da če senzor ne bi bil na levi strani meje, ampak na desni, bi že zaznal ukrivljenost trajektorije in začel izvajati manevre obračanja.

• levi senzor je tako kot desni nad svetlo površino
• levi senzor nad svetlo površino, desni senzor nad temno
• levi senzor nad temno površino, desni senzor nad svetlo površino
• oba senzorja se nahajata nad temno površino

Če sta oba senzorja nad belo površino, je to normalna situacija, v kateri je črta med senzorjema, zato mora robot iti naravnost, če je levi senzor še vedno nad svetlobno površino, desni senzor pa je že nad temen, potem je robot zapeljal z desno stranjo na črto, kar pomeni, da se mora obrniti v desno, tako da je črta spet med senzorji, če je levi senzor nad temno površino, desni pa miruje nad svetlobo, nato pa se mora robot obrniti v levo. Če sta oba senzorja nad temno površino, potem splošni primer, se robot spet nadaljuje naravnost.

Nekaj ​​ločenih besed je treba povedati tudi o postavitvi senzorjev na robotu. Očitno veljajo enaka priporočila za lokacijo teh dveh senzorjev glede na kolesa kot za en senzor, le vrh trikotnika se vzame kot sredina segmenta, ki povezuje oba senzorja. Tudi razdaljo med samimi senzorji je treba izbrati glede na značilnosti proge: bližje kot so senzorji drug drugemu, pogosteje se bo robot izravnal (izvajal razmeroma počasne zavoje), če pa so senzorji dovolj široko razmaknjeni , potem obstaja nevarnost, da zletite s proge, zato boste morali več "trdih" zavojev in zmanjšati hitrost na ravnih odsekih.