Международные состязания роботов — Правила — Примеры роботов — Робот для траектории на основе LEGO EV3. Продвинутый алгоритм движения по линии Следование по линии программа ev3 скоростное

Рассмотрим простейший алгоритм движения по черной линии на одном датчике цвета на EV3.

Данный алгоритм является самым медленным, но самым стабильным.

Робот будет двигаться не строго по черной линии, а по ее границе, подворачивая то влево, то вправо и постепенно перемещаясь вперед.

Алгоритм очень простой: если датчик видит черный цвет, то робот поворачивает в одну сторону, если белый - в другую.

Реализация в среде Lego Mindstorms EV3

В обоих блоках движения выбираем режим «включить». Переключатель настраиваем на датчик цвета - измерение - цвет. В нижней части не забудьте изменить «нет цвета» на белый. Также, необходимо правильно указать все порты.

Не забудьте добавить цикл, без него робот никуда не поедет.

Проверьте. Для достижения лучшего результата попробуйте изменить значения рулевого управления и мощности.

Движение с двумя датчиками:

Вы уже знаете алгоритм движения робота по черной линии с использованием одного датчика. Сегодня рассмотрим движение по линии с использованием двух датчиков цвета.
Датчики нужно установить таким образом, чтобы черная линия проходила между ними.


Алгоритм будет следующий:
Если оба датчика видят белый цвет – двигаемся вперед;
Если один из датчиков видит белый, а другой черный – поворачиваем в сторону черного;
Если оба датчика видят черный цвет – мы на перекрестке (например, остановимся).

Для реализации алгоритма нам потребуется отслеживать показания обоих датчиков, и только после этого задавать движение роботу. Для этого будем использовать переключатели, вложенные в другой переключатель. Таким образом, мы опросим сначала первый датчик, а потом, независимо от показаний первого, опросим второй датчик, после чего зададим действие.
Подключим левый датчик к порту №1, правый – к порту №4.

Программа с комментариями:

Не забывайте, что моторы запускаем в режиме «Включить», чтобы они работали столько, сколько необходимо исходя из показаний датчиков. Также, часто забывают о необходимости цикла - без него программа сразу завершится.

http://studrobots.ru/

Эта же программа для модели NXT:

Изучить программу движения. Запрограммировать робота. Переслать видео тестирования модели

Эта задача является классической, идейно простая, она может решаться много раз, и каждый раз вы будете открывать для себя что-то новое.

Существует множество подходов для решения задачи следования по линии. Выбор одного из них зависит от конкретной конструкции робота, от количества сенсоров, их расположения относительно колёс и друг друга.

В нашем примере будет разобрано три примера робота на основе основной учебной модели Robot Educator.

Для начала, собираем базовую модель учебного робота Robot Educator, для этого можно использовать инструкцию в программном обеспечении MINDSTORMS EV3.

Так же, для примеров нам понадобятся, датчики света-цвета EV3. Эти датчики света, как никакие другие, наилучшим образом подходят для нашей задачи, при работе с ними, нам не придётся забоится о интенсивности окружающего света. Для этого датчика, в программах мы будем использовать режим отражённого света, при котором оценивается количество отражённого света красной подсветки датчика. Границы показаний датчика 0 - 100 единиц, для «отсутствия отражения» и «полного отражения» соответственно.

Для примера мы разберём 3 примера программ для движения по чёрной траектории изображённой на ровном, светлом фоне:

· Один датчик, с П регулятором.

· Один датчик, с ПK регулятором.

· Два датчика.

Пример 1. Один датчик, с П регулятором.

Конструкция

Датчик света устанавливается на балку, удобно расположенную на модели.

Алгоритм

Действие алгоритма основано на том, что в зависимости от степени перекрытия, пучка подсветки датчика чёрной линией, возвращаемые датчиком показания градиентно варьируются. Робот сохраняет положение датчика света на границе чёрной линии. Преобразовывая входные данные от датчика света, система управления формирует значение скорости поворота робота.

Так как на реальной траектории датчик формирует значения во всём своём рабочем диапазоне (0-100), то значением к которому стремиться робот, выбрано 50. В этом случае значения передаваемые функции поворота формируются в диапазоне -50 - 50, но этих значений недостаточно для крутого поворота траектории. По этому следует расширить диапазон в полтора раза до -75 - 75.

В итоге, в программе, функция калькулятора является простым пропорциональным регулятором. Функция которого ((a-50)*1.5 ) в рабочем диапазоне датчика света формирует значения поворота в соответствии с графиком:

Пример работы алгоритма

Пример 2. Один датчик, с ПK регулятором.

Этот пример составлен на той же конструкции.

Вы наверно заметили, что в прошлом примере робот излишне раскачивался, что не давало ему достаточно разогнаться. Сейчас мы постараемся немного улучшить эту ситуацию.

К нашему пропорциональному регулятору мы добавляем ещё и простой кубический регулятор, который добавит изгиб в функции регулятора. Это позволит уменьшить раскачивание робота рядом нужной границей траектории, а так же совершать более сильные рывки при сильном удалении от неё

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации: “Алгоритм движения по черной линии с одним датчиком цвета”Кружок по «Робототехнике»Педагог до Езидов Ахмед ЭлиевичПри МБУ ДО «Шелковской ЦТТ» Для изучения алгоритма движения по черной линии, будет использоваться робот Lego Mindstorms EV3 с одним датчиком цвета Датчик цветаДатчик цвета различает 7 цветов и может определить отсутствие цвета. Как и в NXT, он может работать как датчик освещенности.Поле для соревнований роботов "Линия S"Предлагаемый полигон с трассой в форме буквы "S" позволит вам провести еще одно интересное тестирование созданных роботов на скорость и реакцию. Рассмотрим простейший алгоритм движения по черной линии на одном датчике цвета на EV3.Данный алгоритм является самым медленным, но самым стабильным.Робот будет двигаться не строго по черной линии, а по ее границе, подворачивая то влево, то вправо и постепенно перемещаясь впередАлгоритм очень простой: если датчик видит черный цвет, то робот поворачивает в одну сторону, если белый - в другую. Движение по линии в режиме яркости отраженного светас двумя датчикамиИногда датчик цвета недостаточно эффективно может различить черный и белый цвета. Решение этой проблемы заключается в использовании датчика не в режиме определения цвета, а в режиме определения яркости отраженного света. В этом режиме мы, зная значения датчика на темной и светлой поверхности, самостоятельно можем говорить, что будет считаться белым, а что черным. Теперь определим значения яркости на белой и черной поверхностях. Для этого в меню блока EV3 находим вкладку «Приложения модуля»Теперь вы находитесь в окне просмотра портов и можете увидеть показания всех датчиков на текущий момент. наши датчики должны подсветиться красным, что означает, что они работают в режиме определения яркости отраженного света. Если же они светят синим – в окне просмотра портов на нужном порте нажимаем центральную кнопку и выбираем режим COL-REFLECT.Теперь поставим робота так, чтобы оба датчика располагались над белой поверхностью. Смотрим на цифры в портах 1 и 4.В нашем случае, значения 66 и 71 соответственно. Это и будут значения белого у датчиков. Теперь поставим робота так, чтобы датчики располагались над черной поверхностью. Снова посмотрим значения портов 1 и 4.У нас 5 и 6 соответственно. Это – значения черного. Дальше, мы изменим предыдущую программу. А именно – изменим настройки переключателей. Пока у них установлено Датчик цвета -> Измерение -> Цвет. Нам же требуется установить Датчик цвета -> Сравнение -> Яркость отраженного светаТеперь мы должны установить «тип сравнения» и «пороговое значение». Пороговое значение – это значение некоторого «серого», значения меньше которого мы будем считать черным, а больше – белым. Для первого приближения удобно использовать среднее значение между белым и черным каждого датчика. Таким образом, пороговое значение первого датчика (порт №1) будет (66+5)/2=35.5. Округлим до 35.Пороговое значение второго датчика (порт №4): (71+6)/2 = 38.5. Округлим до 38.Теперь выставляем эти значения в каждом переключателе соответственно.Вот и все, блоки с движениями остаются на своих местах без изменений, так как, если мы ставим в «типе сравнения» знак «<», 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

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Конструктор Lego Mindstorms EV3

Подготовительный этап

Создание и калибровка программы

Заключение

Литература

1.Введение.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно - технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами — таковы, например, лифты, без которых уже немыслима наша жизнь.

Конструктор Mindstorms EV3 приглашает нас войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий.

Цель: Научится программировать движение робота по прямой линии.

Познакомится с конструктором Mindstorms EV3 и его средой программирования.

Написать программы движения робота по прямой на 30 см, 1 м 30 см и 2 м 17 см.

Конструктор Mindstorms EV3.

Детали конструктора - 601 шт., серводвигатель - 3 шт., датчик цвета, сенсорный датчик движения, инфракрасный датчик и датчик касания. Микропроцессорный блок EV3, является мозгом конструктора LEGO Mindstorms.

За движение робота отвечает большой сервомотор, который подключается к микрокомпьютеру EV3 и заставляет робота двигаться: ехать вперед и назад, поворачиваться и проезжать по заданной траектории. Данный сервомотор имеет встроенный датчик вращения, который позволяет очень точно контролировать перемещение робота и его скорость.

Заставить робота выполнять действие можно с помощью компьютерной программы EV3. Программа состоит из различных блоков управления. Мы будем работать с блоком движения.

Блок движение управляет двигателями робота, включает, выключает, заставляет работать, соответствующее поставленным задачам. Можно запрограммировать движение на определенное количество оборотов, или градусов.

Подготовительный этап.

Создание технического поля.

На поле работы робота нанесем разметку, с помощью изоленты и линейки создадим три линии длиной 30 см - зелёная линия, 1 м 15 см - красная и 2 м 17 см - чёрная линии.

Необходимые расчеты:

Диаметр колеса робота - 5 см 7 мм = 5,7 см.

Один оборот колеса робота равен длине окружности с диаметром 5,7 см. Длину окружности находим по формуле

Где r - радиус колеса, d - диаметр, π = 3,14

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

Т.е. за один оборот колеса робот проезжает 17,9 см.

Рассчитаем количество оборотов необходимых, что бы проехать:

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

1 м 30 см = 130 см

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

2 м 17 см = 217 см.

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

Создание и калибровка программы.

Создавать программу будем по следующему алгоритму:

Алгоритм:

Выбрать блок движения в программе Mindstorms EV3.

Включить оба мотора в заданном направлении.

Ожидать изменение показания датчика поворота одного из моторов до заданного значения.

Выключить моторы.

Готовую программу загружаем в блок управления робота. Ставим робота на поле и нажимаем кнопку пуска. EV3 едет по полю и останавливается в конце заданной линии. Но для того, что бы добиться точного финиша приходится производить калибровку, так как на движение влияют внешние факторы.

Поле установлено на ученические парты, поэтому возможен небольшой прогиб поверхности.

Поверхность поля гладкая, поэтому не исключено плохое сцепление колес робота с полем.

В расчетах количества оборотов нам приходилось округлять числа, и поэтому, изменив сотые доли в оборотах, мы достигли требуемого результата.

5.Заключение.

Умение программировать движение робота по прямой линии пригодится для создания более сложных программ. Как правило, в технических заданиях соревнований по робототехнике указаны все размеры передвижения. Они необходимы, что бы программа не была перезагружена логическими условиями, циклами и другими сложными блоками управления.

На следующем этапе знакомства с роботом Lego Mindstorms EV3 предстоит научиться программировать повороты на определенный угол, движение по кругу, спирали.

Работать с конструктором очень интересно. Узнавая больше о его возможностях, можно решать любые технические задачи. А в будущем, возможно, создавать свои интересные модели робота Lego Mindstorms EV3.

Литература.

Копосов Д. Г. «Первый шаг в робототехнику для 5-6 классов». - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012 - 286 с.

Филиппов С. А. «Робототехника для детей и родителей» - «Наука» 2010г.

Интернет - ресурсы

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

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

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

Алгоритмы управления мобильным LEGO-роботом. Движение по линии с двумя датчиками освещенности

Педагог дополнительного образования

Казакова Любовь Александровна

Движение по линии

• Два датчика освещения
• Пропорциональный регулятор (П-регулятор)

Алгоритм движения вдоль черной линии без пропорционального регулятора

• Оба мотора крутятся с одинаковой мощностью
• Если правый датчик освещенности попадает на черную линию, то мощность левого мотора (например В) снижается или происходит остановка
• Если левый датчик освещенности попадает на черную линию, то мощность другого из моторов (например С) снижается (осуществляется возврат на линию) снижается или происходит остановка
• Если оба датчика на белом или черном, то происходит прямолинейное движение

Движение организовано с помощью изменения мощности одно из моторов

Пример программы движения вдоль черной линии без П-регулятора

Движение организовано с помощью изменения угла поворота

• Пропорциональный регулятор (П-регулятор) позволяет регулировать поведение робота в зависимости от того, на сколько его поведение отличается от желаемого.
• Чем больше робот откланяется от цели, тем больше нужно приложить сил, что бы к ней вернуться.

• П-регулятор используется для удержания робота в определенном состоянии:

• Удержание положения манипулятора Движение по линии (датчик освещенности) Движение вдоль стены (датчик расстояния)
• Удержание положения манипулятора
• Движение по линии (датчик освещенности)
• Движение вдоль стены (датчик расстояния)

Движение по линии с одним датчиком

• Цель – движение по границе «белый-черный»
• Человек может различить границу белого и черного цвета. Робот не может.
• Цель для робота – находится на сером цвете

Проезд перекрестков

При использовании двух датчиков освещенности возможна организация движения по более сложным трассам

Алгоритм движения по трассе с перекрестками

• Оба датчика на белом – робот едет прямолинейно (оба мотора крутятся с одинаковой мощностью)
• Если правый датчик освещенности попадает на черную линию, а левый на белом то происходит поворот направо
• Если левый датчик освещенности попадает на черную линию, а правый на белом то происходит поворот на лево
• Если оба датчика на черном, то происходит прямолинейное движение. Можно вести подсчет перекрестков или выполнять какие либо действия

Принцип работы П-регулятора

Положение датчиков

О=О1-О2

Алгоритм движения вдоль черной линии с пропорциональным регулятором

УВ = К*(Ц-Т)

• Ц - целевые значения (снять показания с датчика освещенности на белом и черном, рассчитать среднее)
• Т - текущее значение - получаем с датчика
• К - коэффициент чувствительности. Чем больше, тем выше чувствительность