Lego EV3. melno līniju kustība

Līniju redz cilvēks:

Lūk, kā robots to redz:

Šo funkciju izmantosim, projektējot un programmējot robotu sacensību kategorijai "Trajektorija".

Ir daudzi veidi, kā iemācīt robotam redzēt līniju un pārvietoties pa to. Ir sarežģītas programmas un ļoti vienkāršas.

Es gribu runāt par programmēšanas veidu, kuru apgūs pat 2.-3.klases bērni. Šajā vecumā viņiem ir daudz vieglāk salikt konstrukcijas pēc instrukcijām, un robota programmēšana viņiem ir grūts uzdevums. Bet šī metode ļaus bērnam ieprogrammēt robotu jebkurā trases maršrutā 15-30 minūtēs (ņemot vērā pakāpenisku pārbaudi un dažu trajektorijas iezīmju pielāgošanu).

Šī metode tika pārbaudīta pašvaldību un reģionālajās robotikas sacensībās Surgutas reģionā un Hantimansi autonomajā apgabalā-Jugrā, un tā atnesa mūsu skolai pirmās vietas. Tur pārliecinājos, ka šī tēma ir ļoti aktuāla daudzām komandām.

Nu, sāksim.

Gatavojoties šāda veida sacensībām, programmēšana ir tikai daļa no problēmas risinājuma. Jums jāsāk ar robota projektēšanu konkrētai trasei. Nākamajā rakstā es jums parādīšu, kā to izdarīt. Nu, tā kā kustība pa līniju ir ļoti izplatīta, es sākšu ar programmēšanu.

Apsveriet robota versiju ar diviem gaismas sensoriem, jo ​​tā ir saprotamāka pamatskolas skolēniem.

Gaismas sensori ir savienoti ar 2. un 3. portiem. Motori uz pieslēgvietām B un C.
Sensori ir novietoti līnijas malās (mēģiniet eksperimentēt, novietojot sensorus dažādos attālumos vienu no otra un dažādos augstumos).
Svarīgs punkts. Šādas ķēdes vislabākajai darbībai ir vēlams izvēlēties sensoru pāri atbilstoši parametriem. Pretējā gadījumā būs jāievieš bloks sensoru vērtību koriģēšanai.
Sensoru uzstādīšana uz šasijas pēc klasiskās shēmas (trijstūris), aptuveni kā attēlā.

Programma sastāvēs no neliela skaita bloku:

1. Divi gaismas sensora bloki;
2. "Matemātikas" četri bloki;
3. Divi motoru bloki.

Robotu vada divi motori. Katra jauda ir 100 vienības. Mūsu shēmai mēs ņemsim vidējo motora jaudas vērtību, kas vienāda ar 50. Tas ir, vidējais ātrums, pārvietojoties taisnā līnijā, būs vienāds ar 50 vienībām. Atkāpjoties no taisnvirziena kustības, motoru jauda proporcionāli palielināsies vai samazināsies atkarībā no novirzes leņķa.

Tagad izdomāsim, kā savienot visus blokus, iestatīt programmu un kas tajā notiks.
Atklāsim divus gaismas sensorus un piešķirsim tiem 2. un 3. portu.
Mēs ņemam matemātikas bloku un izvēlamies "Atņemt".
Savienosim gaismas sensorus no "Intensity" izejām ar riepām uz matemātikas bloku pie "A" un "B" ieejām.
Ja robota sensori ir uzstādīti simetriski no sliežu ceļa līnijas centra, tad abu sensoru vērtības būs vienādas. Pēc atņemšanas mēs iegūstam vērtību - 0.
Nākamais matemātikas bloks tiks izmantots kā koeficients, un tajā jāiestata "Reizināt".
Lai aprēķinātu koeficientu, jums ir jāizmēra "baltā" un "melnā" līmenis, izmantojot NXT vienību.
Pieņemsim: balts -70, melns -50.
Tālāk mēs aprēķinām: 70-50 = 20 (atšķirība starp balto un melno), 50/20 = 2,5 pievienotajai jaudai, pielāgojot kustību, jābūt vienādai ar 100)
Mēģiniet iestatīt vērtību uz 2,5 "A" ieejā un pēc tam paņemiet to precīzāk.
Savienojiet iepriekšējā matemātikas bloka "Atņemšana" izvadi "Rezultāts" ar matemātikas bloka "Reizināšana" ieeju "B".
Tālāk nāk pāris - matemātikas bloks (pieskaitījums) un motors B.
Matemātikas bloka iestatīšana:
Ievade "A" ir iestatīta uz 50 (puse no motora jaudas).
Bloka "Rezultāts" izeja ir savienota ar kopni ar motora B ieeju "Jauda".
Pēc tvaika ir matemātikas bloks (atņemšana) un motors C.
Matemātikas bloka iestatīšana:
Ievade "A" ir iestatīta uz 50.
Ieeja "B" ar kopni ir savienota ar matemātikas bloka "Reizināšana" izeju "Rezultāts".
Bloka "Rezultāts" izeja ir savienota ar kopni ar motora C ieeju "Jauda".

Visu šo darbību rezultātā jūs saņemsit šādu programmu:

Tā kā tas viss darbosies ciklā, mēs pievienojam "Ciklu", atlasām un pārnesam to visu uz "Ciklu".

Tagad mēģināsim izdomāt, kā programma darbosies un kā to konfigurēt.

Kamēr robots pārvietojas pa taisnu līniju, sensoru vērtības ir vienādas, kas nozīmē, ka bloka "Atņemt" izvadei būs vērtība 0. Bloka "Reizināšana" izvade arī dod vērtību. 0. Šo vērtību padod paralēli motora vadības pārim. Tā kā šajos blokos ir iestatīta vērtība 50, 0 pievienošana vai atņemšana neietekmē motoru jaudu. Abi motori darbojas ar tādu pašu 50 jaudu, un robots ripo taisnā līnijā.

Pieņemsim, ka trase veic pagriezienu vai robots novirzās no taisnes. Kas notiks?

Attēlā redzams, ka 2. portam pievienotā sensora (turpmāk tekstā 2. un 3. sensors) apgaismojums palielinās, jo tas pāriet uz baltu lauku, un sensora 3 apgaismojums samazinās. Pieņemsim, ka šo sensoru vērtības kļūst: sensors 2 - 55 vienības un sensors 3 - 45 vienības.
Bloks "Atņemšanas" noteiks atšķirību starp divu sensoru vērtībām (10) un ievadīs to korekcijas blokā (reizināšana ar koeficientu (10 * 2,5 = 25)) un pēc tam vadības blokos.
motori.
Motora B vadības matemātiskajā blokā (papildinājums) vidējā ātruma vērtībai 50
Tiks pievienots 25, un motoram B tiks piemērota jaudas vērtība 75.
Vadošā motora C matemātiskajā blokā (Atņemšana) no vidējā ātruma vērtības 50 tiks atņemts 25, un motoram C tiks piemērota jaudas vērtība 25.
Tādējādi novirze no taisnes tiks koriģēta.

Ja trase strauji pagriežas uz sāniem un sensors 2 ir baltā krāsā un sensors 3 ir melns. Šo sensoru apgaismojuma vērtības kļūst: sensors 2 - 70 vienības un sensors 3 - 50 vienības.
Bloks "Atņemšana" noteiks atšķirību starp divu sensoru vērtībām (20) un ievadīs to korekcijas blokā (20 * 2,5 = 50) un pēc tam motora vadības blokos.
Tagad matemātikas blokā (Papildinājums), kas kontrolē motoru B, motoram B tiks piemērota jaudas vērtība 50 +50 =100.
Motora C vadības matemātiskajā blokā (Atņemšana) motoram C tiks piemērota jaudas vērtība 50–50 = 0.
Un robots veiks asu pagriezienu.

Uz baltiem un melniem laukiem robotam jāpārvietojas taisnā līnijā. Ja tas nenotiek, mēģiniet saskaņot sensorus ar vienādām vērtībām.

Tagad izveidosim jaunu bloku un izmantosim to, lai pārvietotu robotu pa jebkuru trasi.
Atlasiet ciklu, pēc tam izvēlnē "Rediģēt" atlasiet komandu "Izveidot manu bloku".

Dialoglodziņā "Block Builder" piešķiriet mūsu blokam nosaukumu, piemēram, "Aiziet", atlasiet bloka ikonu un noklikšķiniet uz "GATAVS".

Tagad mums ir bloks, ko var izmantot gadījumos, kad mums ir jāpārvietojas pa līniju.

Lai robots vienmērīgi kustētos pa melno līniju, jāliek tam pašam aprēķināt kustības ātrumu.

Cilvēks redz melnu līniju un tās skaidru robežu. Gaismas sensors darbojas nedaudz savādāk.

Tieši šo gaismas sensora īpašību - nespēju skaidri atšķirt balto un melno robežu - mēs izmantosim, lai aprēķinātu kustības ātrumu.

Vispirms ieviesīsim jēdzienu “Ideāls trajektorijas punkts”.

Gaismas sensora rādījumi svārstās no 20 līdz 80, visbiežāk uz balta, rādījumi ir aptuveni 65, uz melna, aptuveni 40.

Ideāls punkts ir nosacīts punkts aptuveni baltās un melnās krāsas vidū, pēc kura robots virzīsies pa melno līniju.

Šeit galvenā ir punkta atrašanās vieta - starp balto un melno. Precīzi uz balta vai melna to nevarēs iestatīt matemātisku apsvērumu dēļ, kāpēc - tas būs skaidrs vēlāk.

Empīriski mēs esam aprēķinājuši, ka ideālo punktu var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:

Robotam stingri jāpārvietojas pa ideālo punktu. Ja kādā virzienā notiek novirze, robotam ir jāatgriežas šajā punktā.

Sacerēsim problēmas matemātisks apraksts.

Sākotnējie dati.

Ideāls punkts.

Gaismas sensora pašreizējie rādījumi.

Rezultāts.

Motora jauda B.

Motora griešanās jauda C.

Risinājums.

Apskatīsim divas situācijas. Pirmkārt: robots novirzījās no melnās līnijas uz balto.

Šajā gadījumā robotam jāpalielina motora B griešanās jauda un jāsamazina motora C jauda.

Situācijā, kad robots iebrauc melnajā līnijā, ir otrādi.

Jo vairāk robots novirzās no ideālā punkta, jo ātrāk tam tajā jāatgriežas.

Bet šāda regulatora izveide ir diezgan grūts uzdevums, un tas ne vienmēr ir nepieciešams pilnībā.

Tāpēc mēs nolēmām aprobežoties ar P-regulatoru, kas adekvāti reaģē uz novirzēm no melnās līnijas.

Matemātikas valodā tas būtu rakstīts šādi:

kur Hb un Hc ir attiecīgi motoru B un C kopējās jaudas,

Hbase - noteikta motoru bāzes jauda, ​​kas nosaka robota ātrumu. Tas tiek izvēlēts eksperimentāli, atkarībā no robota konstrukcijas un pagriezienu asuma.

Itech - gaismas sensora pašreizējie rādījumi.

I id - aprēķināts ideālais punkts.

k ir proporcionalitātes koeficients, kas izvēlēts eksperimentāli.

Trešajā daļā apskatīsim, kā to ieprogrammēt NXT-G vidē.

Vadības algoritmi mobilajam LEGO robotam. Līnijas izsekošana ar diviem gaismas sensoriem

Papildu izglītības skolotājs

Kazakova Ļubova Aleksandrovna

Līnijas kustība

• Divi gaismas sensori
• Proporcionālais kontrolieris (P kontrolleris)

Algoritms pārvietošanai pa melno līniju bez proporcionālā kontrollera

• Abi motori griežas ar tādu pašu jaudu
• Ja labās puses gaismas sensors sasniedz melno līniju, tad kreisā motora (piemēram, B) jauda samazinās vai apstājas
• Ja kreisais gaismas sensors nokļūst melnajā līnijā, tad otra motora (piemēram, C) jauda samazinās (atgriežas līnijā), samazinās vai apstājas.
• Ja abi sensori ir baltā vai melnā krāsā, tad notiek taisna kustība

Kustība tiek organizēta, mainot jaudu vienam no motoriem

Programmas piemērs pārvietošanai pa melno līniju bez P-kontrollera

Kustība tiek organizēta, mainot griešanās leņķi

• Proporcionālais kontrolieris (P-kontrolieris) ļauj pielāgot robota uzvedību atkarībā no tā, cik ļoti tā uzvedība atšķiras no vēlamās.
• Jo vairāk robots novirzās no mērķa, jo lielāks spēks ir nepieciešams, lai tajā atgrieztos.

• P-kontrolieris tiek izmantots, lai robotu uzturētu noteiktā stāvoklī:

• Turiet manipulatora pozīciju Pārvietojieties pa līniju (gaismas sensors) Pārvietojieties pa sienu (attāluma sensors)
• Manipulatora pozīcijas turēšana
• Līnijas kustība (gaismas sensors)
• Pārvietošanās pa sienu (attāluma sensors)

Līnijas izsekošana ar vienu sensoru

• Mērķis ir pārvietoties pa robežu "balts-melns"
• Cilvēks var atšķirt balto un melno robežu. Robots nevar.
• Robota mērķis ir pelēkā krāsā

Pārbrauktuves

Izmantojot divus gaismas sensorus, iespējams organizēt satiksmi sarežģītākos maršrutos

Algoritms braukšanai pa šoseju ar krustojumiem

• Abi sensori baltā krāsā - robots brauc taisnā līnijā (abi motori griežas ar vienādu jaudu)
• Ja labais gaismas sensors sasniedz melno līniju, bet kreisais - uz baltās līnijas, tas pagriežas pa labi
• Ja kreisais gaismas sensors sasniedz melno līniju, bet labais - balto līniju, tas pagriežas pa kreisi
• Ja abi sensori ir melnā krāsā, notiek taisnvirziena kustība. Jūs varat skaitīt krustojumus vai veikt kādu darbību

P-regulatora darbības princips

Sensoru novietojums

O=O1-O2

Algoritms pārvietošanai pa melno līniju ar proporcionālo kontrolieri

SW \u003d K * (C-T)

• C - mērķa vērtības (ņemiet rādījumus no gaismas sensora baltā un melnā krāsā, aprēķiniet vidējo)
• T - pašreizējā vērtība - saņemta no sensora
• K ir jutības koeficients. Jo vairāk, jo augstāka jutība.

Lai skatītu prezentāciju ar attēliem, dizainu un slaidiem, lejupielādējiet failu un atveriet to programmā PowerPoint savā datorā.
Prezentācijas slaidu teksta saturs: “Algoritms pārvietošanai pa melnu līniju ar vienu krāsu sensoru” Aplis par “Robotika” Skolotājs pirms Jezidova Ahmeda Elijeviča MBU DO “Shelkovskaya CTT” Lai izpētītu algoritmu pārvietošanai pa melnu līniju, Lego Mindstorms EV3 robots ar vienu krāsu sensors tiks izmantots Krāsu sensors Krāsu sensors izšķir 7 krāsas un var noteikt krāsu neesamību. Tāpat kā NXT, tas var darboties kā gaismas sensors Line S Robot Competition Field Piedāvātā "S" formas trase ļaus veikt vēl vienu interesantu izveidoto robotu ātruma un reakcijas testu. Apskatīsim vienkāršāko algoritmu pārvietošanai pa melno līniju uz viena krāsu sensora uz EV3. Šis algoritms ir vislēnākais, bet visstabilākais. Robots nepārvietosies stingri pa melno līniju, bet gan pa tās robežu, griežoties pa kreisi un pa labi un pakāpeniski virzoties uz priekšu Algoritms ir ļoti vienkāršs: ja sensors redz melnu, tad robots griežas vienā virzienā, ja balto - otrā. Līnijas izsekošana atstarotās gaismas režīmā ar diviem sensoriem Dažkārt krāsu sensors var nespēt ļoti labi atšķirt melno un balto. Šīs problēmas risinājums ir izmantot sensoru nevis krāsu noteikšanas režīmā, bet gan atstarotās gaismas spilgtuma noteikšanas režīmā. Šajā režīmā, zinot sensora vērtības uz tumšas un gaišas virsmas, mēs varam neatkarīgi pateikt, kas tiks uzskatīts par baltu un kas būs melns. Tagad noteiksim spilgtuma vērtības uz baltajām un melnajām virsmām. Lai to izdarītu, EV3 Brick izvēlnē atrodam cilni "Brick Applications" Tagad atrodaties porta skata logā un varat redzēt visu sensoru rādījumus uz doto brīdi. mūsu sensoriem vajadzētu spīdēt sarkanā krāsā, kas nozīmē, ka tie ir atstarotās gaismas noteikšanas režīmā. Ja tie spīd zilā krāsā, pieslēgvietas skata logā vēlamajā pieslēgvietā nospiediet centrālo pogu un izvēlieties COL-REFLECT režīmu Tagad mēs novietosim robotu tā, lai abi sensori atrastos virs baltās virsmas. Mēs skatāmies uz skaitļiem portos 1 un 4. Mūsu gadījumā vērtības ir attiecīgi 66 un 71. Tās būs sensoru baltās vērtības. Tagad novietosim robotu tā, lai sensori atrastos virs melnās virsmas. Atkal apskatīsim 1. un 4. portu vērtības. Mums ir attiecīgi 5 un 6. Šīs ir melnās nozīmes. Tālāk mēs mainīsim iepriekšējo programmu. Proti, mainām slēdžu iestatījumus. Kamēr viņiem ir instalēts krāsu sensors -> Mērīšana -> Krāsa. Mums ir jāiestata krāsu sensors -> Salīdzinājums -> Atstarotās gaismas intensitāte. Tagad mums ir jāiestata "salīdzinājuma veids" un "sliekšņa vērtība". Sliekšņa vērtība ir kāda "pelēkā" vērtība, vērtības, zem kurām mēs uzskatīsim par melnu, un vairāk - baltu. Pirmajai tuvināšanai ir ērti izmantot vidējo vērtību starp katra sensora balto un melno krāsu. Tādējādi pirmā sensora (ports #1) sliekšņa vērtība būs (66+5)/2=35,5. Noapaļo līdz 35. Otrā sensora sliekšņa vērtība (ports #4): (71+6)/2 = 38,5. Noapaļosim līdz 38. Tagad šīs vērtības iestatām attiecīgi katrā slēdžā. Tas arī viss, bloki ar kustībām paliek savās vietās nemainīgi, jo, ja mēs ieliekam zīmi "salīdzinājuma tipā"<», то все, что сверху (под галочкой) будет считаться черным, а снизу (под крестиком) – белым, как и было в предыдущей программе.Старайтесь ставить датчики так, чтобы разница между белым и черным была как можно больше. Если разница меньше 30 - ставьте датчики ниже. Это было краткое руководство по программированию робота Lego ev3, для движения по черной линии, с одним и двумя датчиками цвета

Darba teksts ievietots bez attēliem un formulām.
Pilna darba versija pieejama cilnē "Darba faili" PDF formātā

Lego Mindstorms EV3

Sagatavošanas posms

Programmas izveide un kalibrēšana

Secinājums

Literatūra

1. Ievads.

Robotika ir viena no nozīmīgākajām zinātnes un tehnoloģiju progresa jomām, kurā mehānikas un jauno tehnoloģiju problēmas saskaras ar mākslīgā intelekta problēmām.

Pēdējos gados robotikas un automatizēto sistēmu sasniegumi ir mainījuši mūsu dzīves personīgās un biznesa jomas. Roboti tiek plaši izmantoti transportā, zemes un kosmosa izpētē, ķirurģijā, militārajā rūpniecībā, laboratorijas pētījumos, drošībā, rūpniecisko un patēriņa preču masveida ražošanā. Par robotiem var uzskatīt arī daudzas ierīces, kas pieņem lēmumus, balstoties uz datiem, kas saņemti no sensoriem – tādi, piemēram, lifti, bez kuriem mūsu dzīve jau nav iedomājama.

Mindstorms EV3 konstruktors aicina iekļūt aizraujošajā robotu pasaulē, iegremdēties sarežģītajā informācijas tehnoloģiju vidē.

Mērķis: iemācīties ieprogrammēt robotu kustēties pa taisnu līniju.

Iepazīsties ar Mindstorms EV3 konstruktoru un tā programmēšanas vidi.

Uzrakstiet programmas robota kustībai taisnā līnijā 30 cm, 1 m 30 cm un 2 m 17 cm.

Mindstorms EV3 konstruktors.

Dizaineru daļas - 601 gab., servomotors - 3 gab., krāsu sensors, kustības sensors, infrasarkanais sensors un pieskāriena sensors. EV3 mikroprocesora bloks ir LEGO Mindstorms smadzenes.

Par robota kustību ir atbildīgs liels servomotors, kas savienojas ar EV3 Brick un liek robotam kustēties: iet uz priekšu un atpakaļ, apgriezties un braukt pa noteiktu trajektoriju. Šim servomotoram ir iebūvēts rotācijas sensors, kas ļauj ļoti precīzi kontrolēt robota kustību un tā ātrumu.

Varat likt robotam veikt kādu darbību, izmantojot EV3 programmatūru. Programma sastāv no dažādiem vadības blokiem. Strādāsim ar kustību bloku.

Kustības bloks vada robota motorus, ieslēdz, izslēdz, liek darboties atbilstoši uzdevumiem. Jūs varat ieprogrammēt kustību uz noteiktu apgriezienu skaitu vai grādiem.

Sagatavošanas posms.

Tehniskās jomas izveide.

Atzīmēsim robota darba lauku, izmantojot elektrisko lenti un lineālu izveidosim trīs līnijas 30 cm garumā - zaļu līniju, 1 m 15 cm - sarkanu un 2 m 17 cm - melnu līniju.

Nepieciešamie aprēķini:

Robota riteņa diametrs - 5 cm 7 mm = 5,7 cm.

Viens robota riteņa apgrieziens ir vienāds ar apļa apkārtmēru, kura diametrs ir 5,7 cm. Apkārtmēru nosaka pēc formulas

Kur r ir riteņa rādiuss, d ir diametrs, π = 3,14

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

Tie. Uz vienu riteņa apgriezienu robots nobrauc 17,9 cm.

Aprēķiniet apgriezienu skaitu, kas nepieciešams, lai izietu:

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

1m 30cm = 130cm

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

2 m 17 cm = 217 cm.

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

Programmas izveide un kalibrēšana.

Mēs izveidosim programmu pēc šāda algoritma:

Algoritms:

Programmatūrā Mindstorms EV3 atlasiet kustības bloku.

Ieslēdziet abus motorus norādītajā virzienā.

Pagaidiet, līdz viena motora rotācijas sensora rādījums mainīsies uz norādīto vērtību.

Izslēdziet motorus.

Gatavā programma tiek ielādēta robota vadības blokā. Noliekam robotu uz lauka un nospiežam starta pogu. EV3 brauc pāri laukam un apstājas noteiktās līnijas beigās. Bet, lai iegūtu precīzu apdari, ir jāveic kalibrēšana, jo ārējie faktori ietekmē kustību.

Laukums ierīkots uz studentu galdiem, tāpēc iespējama neliela virsmas izliece.

Laukuma virsma ir gluda, tāpēc nav izslēgta robota riteņu slikta saķere ar lauku.

Apgriezienu skaita aprēķinos mums bija jānoapaļo skaitļi, un tāpēc, mainot apgriezienu simtdaļas, mēs sasniedzām nepieciešamo rezultātu.

5. Secinājums.

Spēja ieprogrammēt robotu kustēties pa taisnu līniju noderēs sarežģītāku programmu veidošanā. Robotikas sacensību nolikumā parasti ir norādīti visi kustību izmēri. Tie ir nepieciešami, lai programma netiktu pārslogota ar loģiskiem nosacījumiem, cilpām un citiem sarežģītiem vadības blokiem.

Nākamajā iepazīšanās posmā ar Lego Mindstorms EV3 robotu uzzināsiet, kā programmēt pagriezienus noteiktā leņķī, kustību pa apli, spirāles.

Ir ļoti interesanti strādāt ar dizaineri. Uzzinot vairāk par tā iespējām, jūs varat atrisināt visas tehniskas problēmas. Un nākotnē, iespējams, izveidojiet savus interesantus Lego Mindstorms EV3 robota modeļus.

Literatūra.

Koposovs D. G. "Pirmais solis robotikā 5.-6. klasei." - M.: Binoms. Zināšanu laboratorija, 2012 - 286 lpp.

Filippovs S. A. "Robotika bērniem un vecākiem" - "Zinātne" 2010

Interneta resursi

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

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

http://www. lego. com/education/