Töö tekst asetatakse ilma piltide ja valemiteta.
Töö täisversioon on saadaval PDF-formaadis vahekaardil "Tööfailid"
Disainer LEGO MADSTORMS EV3
Loomine ja kalibreerimisprogramm
Järeldus
Kirjandus
1. Sissejuhatus.
Robootika on üks tähtsamaid teadus- ja tehnika arengu valdkondi, kus mehaanika ja uute tehnoloogiate probleemid puutuvad kokku kunstliku luureprobleemidega.
Viimastel aastatel on edusammud robootika ja automatiseeritud süsteemid muutis meie elu isiklikku ja ärivaldkonda. Robotid kasutatakse transpordis laialdaselt maa ja ruumi uurimisel operatsioonis, sõjaväetööstuses, laboratoorsete uuringute ajal tööstuskaupade ja tarbekaupade masstootmises. Paljud otsustajad, kes põhinevad anduritest saadud andmete põhjal, võib samuti pidada robotid - näiteks liftid, ilma milleta meie elu on juba mõeldamatu.
Designer Mindstorms Ev3 kutsub meid sisenema põneva maailma robotid, sukelduge keerulise infotehnoloogia keskkonda.
Eesmärk: õppige roboti liikumist sirgjoonel programmeerima sirgjoonel.
Tutvuge Mindstorms EV3 disaineriga ja selle programmeerimiskeskkonnaga.
Kirjutage roboti liikumisprogrammide sirgjoonel 30 cm, 1 m 30 cm ja 2 m 17 cm.
Disainer Mindstorms EV3.
Disainer üksikasjad - 601 tk., SERVOMOTOR - 3 tk., Värviandur, anduri liikumisandur, infrapunaandur ja puudutage andurit. Mikroprotsessori üksus EV3 on LEGO MADSTORMS konstruktori aju.
Robot liikumise jaoks vastab suurele servomootorile, mis ühendab EV3 mikroarvuti ja põhjustab robot liikuda: minna edasi-tagasi, keerates ja möödudes mööda antud trajektoori. Sellel servomootoril on sisseehitatud pöörlemissandur, mis võimaldab teil väga täpselt jälgida roboti liikumist ja selle kiirust.
Tee robot toimingu abil arvutiprogramm EV3. Programm koosneb erinevatest juhtimisüksustest. Me töötame liikumisplokiga.
Liikumisplokk kontrollib robot mootoreid, lülitub sisse, lülitub välja, põhjustab ülesannetele vastava töö. Saate programmeerida liikumist teatud arvule revolutsioonidele või kraadidele.
Ettevalmistav etapp.
Tehnilise valdkonna loomine.
Robot valdkonnas, me rakendame MarkUp, abiga tervendava ja valitseja abil luua kolm rida 30 cm pikkune - roheline liin, 1 m 15 cm - punane ja 2 m 17 cm - must joon.
Nõutavad arvutused:
Läbimõõt ratta robot - 5 cm 7 mm \u003d 5,7 cm.
Üks robotiratta käive on võrdne ümbermõõdu pikkusega läbimõõduga 5,7 cm. Ringi pikkus leitakse valemiga
Kus R on ratta raadius, D - läbimõõt, π \u003d 3,14
l \u003d.5,7 * 3,14 = 17,898 = 17,9.
Need. Sest üks käive ratta, robot möödub 17,9 cm.
Arvuta draivi vajalikud pöörete arv:
N \u003d 30: 17,9 \u003d 1,68.
1 m 30 cm \u003d 130 cm
N \u003d 130: 17,9 \u003d 7.26.
2 m 17 cm \u003d 217 cm.
N \u003d 217: 17,9 \u003d 12.12.
Programmi loomine ja kalibreerimine.
Loome programmi järgmise algoritmi järgi:
Algoritm:
Valige MindStorms EV3 programmi liikumisplokk.
Kaasa nii mootor antud suunas.
Oodata muutust ühe mootori pöörlemisanduri lugemise muutust määratud väärtusele.
Lülitage mootorid välja.
Valmisprogramm laaditakse roboti juhtimisseadmesse. Me paneme robot välja ja vajutage nuppu Start. EV3 seljas põllul ja peatub kindlaksmääratud liini lõpus. Kuid selleks, et saavutada täpne viimistlus, peate tegema kalibreerimist, kuna välised tegurid mõjutavad liikumist.
Väli on installitud õpilaste lauad, nii et väike pinna läbipainde on võimalik.
Pind valdkonnas on sile, nii halb haarde robot ratta põlluga ei ole välistatud.
Revolutsioonide arvu arvutamisel pidime numbreid ümber ümardame ja seetõttu saavutasime sajandikku käive, saavutasime soovitud tulemuse.
5. Transcue.
Võime programmeerida roboti liikumist sirgjoonel on kasulik keerukamate programmide loomiseks. Reeglina on märgitud robootika võistluste tehnilistes ülesannetes kõik liikumise mõõtmed. Need on vajalikud, et programmi ei oleks taaskäivitanud loogiliste tingimuste, tsüklite ja muude keeruliste juhtimisüksuste poolt.
Järgmises etapis tuttav LEGO MADSTORMS EV3 robot, õppida programmeerivad pöörded teatud nurk, liikumine ringi, spiraali.
Töötamine disaineriga on väga huvitav. Õppimine rohkem oma võimekust, saate lahendada kõik tehnilised ülesanded. Ja tulevikus on võimalik luua oma huvitavad mudelid Robot LEGO MADSTORMS EV3.
Kirjandus.
Koposov D. G. "Esimene samm robootika 5-6 klassi jaoks." - m.: Binom. Teadmiste labor, 2012 - 286 lk.
Filippov S. A. "Robootika lastele ja vanematele" - "Science" 2010.
Interneti-ressursid
http: // LEGO. rkc-74.ru/
http://www.9151394.ru/projects/lego/lego6/beliovskaja/
http: // www. LEGO. Com / haridus /
Üks peamistest liikumistest kihistatakse musta joone järgimist.
Üldine teooria ja konkreetsed näited programmi loomisest on kirjeldatud Wroboto.ru veebisaidil.
Ma kirjeldan, kuidas me mõistame seda EV3 keskkonnas, kuna esineb erinevusi.
Esimene asi, mida pead teadma robot on tähenduses "ideaalne punkt", mis asub piiril must ja valge.
Punkti punase punkti asukoht vastab sellele positsioonile.
Täiuslik valik arvutamiseks on musta ja valge väärtuse mõõtmine ja aritmeetilise keskmise väärtuse mõõtmine.
Tee seda saab käsitsi teha. Kuid miinused on kohe nähtavad: isegi lühikese aja jooksul võib valgustus muutuda ja arvutatud väärtus on vale.
Nii saate seda teha robotiks.
Katsete ajal leidsime teada, et nii must kui ka valge mõõtmine on vabatahtlik. Võite mõõta ainult valget. Ja täiusliku punkti väärtus arvutatakse valge väärtusena, mis on jagatud 1,2 (1,15) võrra, sõltuvalt musta joone laiusest ja roboti kiirust.
Arvutatud väärtus peab olema muutujale kirjutatud hiljem pöördumiseks.
"Perfect Point" arvutamine
Järgmine liikumise kaasatud parameeter on keeratav koefitsient. Mida ta on rohkem, järsk robot reageerib valgustuse muutustele. Aga liiga suur tähtsus toob kaasa robot "tähelepanu". Väärtus valitakse katseliselt individuaalselt iga robot disaini jaoks.
Viimane parameeter on mootorite põhivõimsus. See mõjutab roboti kiirust. Liikumiskiiruse suurenemine toob kaasa roboti reaktsiooniaja suurenemise valguse muutmiseks, mis võib põhjustada trajektoori väljumist. Väärtus valitakse ka eksperimentaalselt.
Mugavuse huvides võivad need parameetrid kirjutada ka muutujatele.
Koefitsiendi ja põhivõimsuse pööramine
Musta liini liikumise loogika on: mõõdetakse kõrvalekalde ideaalsest punktist. Mida see on rohkem, seda tugevam robot peaks püüdma sellele tagasi pöörduda.
Selleks arvutage kaks numbrit - iga mootori võimsuse väärtus ja eraldi.
Vormi kujul näeb välja selline:
Kui ISENS on valgustuse anduri lugemise väärtus.
Lõpuks rakendamine EV3-s. Eraldi ploki kujul on mugavam väljastada.
Algoritmi rakendamine
See oli selline algoritm, mida rakendati robotis Wro 2015 keskmise kategooria robotis
See ülesanne on klassikaline, ideoloogiliselt lihtne, seda saab lahendada mitu korda ja iga kord, kui avastate midagi uut.
Jälgimisülesande lahendamiseks on palju lähenemisviise. Nende valik sõltub roboti spetsiifilisest konstruktsioonist, andurite arvust, nende asukohast nende asukohta rataste suhtes ja üksteisega.
Meie näites lahti võetakse välja kolm näidet robotist, mis põhineb põhikoolitusmudelil robotide õpetajal.
Kõigepealt kogume robotideõppekoolituse robot põhimudelit, et seda saab kasutada juhiseid tarkvara Mindstorms EV3.
Samuti vajame näidete jaoks, EV3 kerge valguse andurid. Need valguse andurid, nagu teisedki, sobivad meie ülesande täitmiseks kõige paremini, kui me töötame koos nendega, me ei pea unustama ümbritseva valguse intensiivsusest. Selle anduri jaoks kasutame programme kajastatud valgusrežiimi, milles hinnatakse punase tuli valguse valguse hulka. Anduri tunnistuse piirid 0 - 100 ühikut, vastavalt "peegeldus" ja "täieliku peegeldus".
Näiteks analüüsime 3 näiteid mobiilse trajektoori liikumise programmidest sujuva valguse taustal:
· Üks andur koos regulaatoriga.
· Üks sensor, koos PK regulaatoriga.
· Kaks andurit.
Valgusandur on paigaldatud talale, mis asub mugavalt mudelil.
Algoritmi toime põhineb asjaolul, et sõltuvalt kattumise astmest, mis on musta liini anduri valgustuse tala, mis tagastab tunnistuse anduri järgi gradientselt. Robot salvestab valguse anduri positsiooni piirile must joon. Sisendi muundamine valguseandurist genereerib juhtimissüsteem robotit pöörlemiskiiruse.
Kuna tegelik trajektoori andur tekitab väärtusi kogu tööpiirkonnas (0-100), siis väärtus, millele robot valitakse 50. Sellisel juhul moodustuvad edastatud pöörlemisfunktsioonide väärtused Vahemik -50 - 50, kuid need väärtused ei piisa järsul trajektoori keeramisel. Seetõttu tuleks seda laiendada ühe ja pool korda kuni -75 - 75.
Selle tulemusena on programmis kalkulaatori funktsioon lihtne proportsionaalne regulaator. Mille ülesanne ( (A-50) * 1.5 ) Valgusanduri töövalikusse genereerib pöörlemisväärtused vastavalt ajakavale:
See näide põhineb sama disaini.
Sa ilmselt märganud, et viimasel näites jäi robot tähelepanuta, et ta ei andnud talle piisavalt hajutada. Nüüd püüame seda olukorda veidi parandada.
Meie proportsionaalsele regulatorile lisame lihtsa kuupmeetriregulatsiooni, mis lisab reguleeriva asutuse funktsiooni painutamise. See vähendab roboti kiikut trajektoori soovitud piiri lähedal, samuti teostada tugevamad tõmblused tugeva kaugusega
Seni, artiklite algoritmide artiklites, mida liikumises kasutas mööda joont, kaaluti sellist teed, kui valgustuse andur tundus järgima vasakut või paremat piiri: kerge robot lülitab sisse põllu valge osa - regulaator tagastas robot Piirile liigub andur mustad jooned - kontroller see tagasi sirutas.
Hoolimata asjaolust, et ülaltoodud pilt on relee regulaatori jaoks, on proportsionaalse (P-regulaatori) liikumise üldpõhimõte sama. Nagu juba mainitud, ei ole sellise liikumise keskmine kiirus väga suur ja on tehtud mitmeid katseid, et see suurendada algoritmi väikese komplikatsiooni tõttu: ühel juhul "pehme" pidurdamine, teises lisaks pöörlemistele edasi.
Selleks, et võimaldada robotil mõnes valdkonnas edasi liikuda valguse anduri väljastatud valgustuse väärtuste vahemikus, ilmus kitsam krunt, mida võib nimetada "andur on liini piiril." 
Sellisel lähenemisviisil on väike puudus - kui robot "järgneb" vasakpoolse joone taga, siis paremal pöördel on see, kuidas kohe määrab trajektoori kõverus ja selle tulemusena kulutab rohkem aega Otsi liin ja pööre. Veelgi enam, see on ohutu öelda, et kui jahuti pööramine, seda kauem aega, mil see otsing toimub. 
Järgnev joonis näitab, et kui andur ei olnud piiri vasakult küljest, vaid õige, ta oli juba leidnud trajektoori kõveruse ja hakkasid manöövreid omakorda tegema.
 |
 |
Nüüd on vaja kindlaks teha, kuidas selline muutus disainis mõjutab programmi. Lihtsuse jaoks tuleks ta uuesti alustada lihtsama relee regulaatoriga ja seetõttu kõigepealt huvitavad andurite võimalikud positsioonid joone suhtes: 
Tegelikult saab eraldada teist lubatud riiki - keerulistel rajalidel on see ristteede ristumiskoht või mõningane paksenemine. 
Teisi andurite sätteid ei arvestata, sest need tulenevad ülaltoodud punktidest või need on roboti sätted, kui ta joonest maha tuli ja ei saa seda enam tagasi pöörduda andurite teabe abil. Selle tulemusena kõik loetletud sätted saab vähendada järgmised klassifikatsiooni: 
Kui teatud ajahetkel teatud ajahetkel, programmi robot tuvastab ühe neist sätetest, see peab reageerima vastavalt: 
Ülaltoodud kava näitab kohe, kuidas mootorite käitumist programmis muuta. Nüüd ei tohiks programmi kirjutamine olla palju tööd. On vaja valida, millist andurit kõigepealt intervjueeritakse. See ei ole oluline palju, nii et lase tal jääda. On vaja kindlaks määrata valguse kohal või pimedas IT-pind: 
See tegevus ei võimalda teil öelda, millisel viisil robot peab minema. Kuid see jagab eespool loetletud riikide kaheks rühmaks: (I, II) ülemise haru ja (III, IV) jaoks madalama. Igas rühmas on kaks riiki nüüd, nii et on vaja valida mõned neist. Kui te hoolikalt uurida esimesed kaks riiki I ja II, nad eristatakse positsiooni õige andur - ühel juhul on see üle valguse pinna, teises - üle pimeduse. Just see määrab valiku, milliseid meetmeid võtta: 
Nüüd saate sisestada plokke, mis määravad mootorite käitumise vastavalt ülaltoodud tabelitele: lisatud seisundi ülemine osa määrab kombinatsioon "Mõlemad andurid valguses", ülemine - "vasakule valgusele, paremale pimedale" : 
Peamise seisukorra alumine haru vastutab teise riikide grupi eest III ja IV. Need kaks riiki erinevad üksteisest ka valgustuse tasemega, mis püüab õiget andurit. Nii et ta määrab igaühe valiku: 
Saadud kaks filiaali täidetakse liikumisplokkidega. Ülem haru vastutab riigi eest "vasakule pimedale, paremale valgusele" ja alt - "mõlemad andurid pimedas." 
Tuleb märkida, et see disain määratleb ainult, kuidas mootorid sisse lülitada sõltuvalt andurite testidest teatud valdkonnas, loomulikult pärast seda, kui programm peaks kontrollima, kas tunnistus on mootorite käitumise parandamiseks muutunud, Ja hetkel jälle .. Seetõttu tuleb see paigutada tsükli, mis annab sellise korduva kontrolli: 
Selline üsna lihtne programm annab roboti liikumise üsna suure kiirusega mööda joont ilma lahkumiseta, kui te õigesti reguleerida maksimaalset kiirust I ja IV all liikumisel, samuti seada optimaalse pidurdamise meetodit II ja III raames - Jahutus lülitub rööbastele nii, et "karmim" peaks olema pidurdamine - kiirus tuleks lähtestada kiiremini ja vastupidi - sujuva pöördeid, on võimalik pidurdada energia väljalülitamist või isegi üldse läbi kerge kiiruse tühjendamine. Andurite paigutamise kohta robotile ka mõned eraldi sõnad tuleb öelda. On ilmselge, et nende kahe anduri asukoha järgi kehtivad samad soovitused rataste jaoks ühe aiandi puhul ainult kolmnurga ülaosas, ühendab segmendi keskel kaks andurit. Anduri vaheline vahemaa tuleb valida ka rööbaste omaduste hulgast: lähemal andurid asuvad üksteisele, seda sagedamini on robot joondatud (suhteliselt aeglane ümberpööramine), kuid kui andurid on üsna levinud Lai, see tähendab, et rada väljumise oht, mistõttu peate täitma rohkem "kõva" pöördeid ja vähendama liikumise kiirust otsestes valdkondades. 
Nii näeb joone mehet:
Nii näeb tema robotit:
See funktsioon, mida me kasutame roboti projekteerimisel ja programmeerimisel kategooria "trajektoor" võistluskategooria jaoks.
Robot õpetamiseks on palju võimalusi, et näha rida ja liikuda mööda. Seal on keerulised programmid ja üsna lihtne.
Ma tahan rääkida programmeerimise meetodist, mis isegi lastele 2-3 klassi. Selles vanuses nad on palju lihtsam ehitada struktuure juhiseid ja programmeerimine robot on raske ülesanne neile. Kuid see meetod võimaldab lapsel robot programmeerida kõigil rada teedel 15-30 minutit (võttes arvesse järk-järgult kontrolli ja sobivad trajektoori mõned omadused).
Seda meetodit testitud kohalike ja piirkondlike robootika võistlustel Surgut District ja Kmao-Ugrr ja tõi meie esimese istmed. Ma tegin ka kindel, et see teema on paljude meeskondade jaoks väga asjakohane.
Noh, jätkake.
Seda tüüpi konkurentsi ettevalmistamisel on programmeerimine ainult osa ülesande lahendamisest. Te peate alustama konkreetse marsruudi roboti kujundusega. Järgmisel artiklis ütlen teile, kuidas seda teha. Noh, ja kuna liikumine mööda joont leitakse väga sageli, hakkan ma programmeerimisega alustan.
Kaaluge roboti versiooni kahe valguse anduriga, kuna see on rohkem arusaadavam nooremate klasside õpilastele.
Valguse andurid on ühendatud 2 ja 3 portiga. Mootorid sadamatesse ja C.
Andurid on eksponeeritud rida servades (proovige katsetamist, andurite paigutamist üksteisest erinevatel vahemaadel ja erinevatel kõrgustel).
Oluline hetk. Jaoks parem töö Selline skeem Paar andurit on soovitav valida parameetrite abil. Vastasel juhul on vaja sisestada seade anduri väärtuste reguleerimiseks.
Andurite paigaldamine šassii andurite järgi vastavalt klassikalisele skeemile (kolmnurk), umbes nagu joonisel.
Programm koosneb väikesest arvust plokkidest:
1. Kaks valgustuse anduri plokki;
2. neli "matemaatika" plokki;
3. Kaks mootorite plokki.
Robot juhtimiseks kasutatakse kahte mootorit. Iga 100 ühiku võimsus. Meie skeemi jaoks võtame keskmise mootori võimsuse väärtuse 50. See tähendab, et keskmine kiirus sirgjoonel liigub 50 ühikuga. Kui sirgjooneline liikumine erineb, suureneb või väheneb mootorite võimsus sõltuvalt kõrvalekalde nurga alt.
Nüüd me aru, kuidas ühendada kõik plokid, luua programmi ja mis juhtub selles.
Olgem eksponeerida kahte valguse andurit ja määrata neile sadamate 2 ja 3.
Me võtame ploki matemaatika ja valima "lahutamise".
Me ühendame valgustusandureid rehvide intensiivsusega "matemaatikaseadmele sisenditele" A "ja" B ".
Kui robot-andurid määratakse sümmeetriliselt marsruudiini keskelt, on mõlema anduri väärtused võrdsed. Pärast lahutamist saame väärtuse - 0.
Järgmist matemaatikaüksust kasutatakse koefitsientina ja teil on vaja seadistada selles korrutamine.
Koefitsiendi arvutamiseks peate mõõtma "valge" ja "musta" taseme, kasutades NXT-ploki.
Oletame: White -70, Black -50.
Järgmisena leiame: 70-50 \u003d 20 (vahe valge ja must), 50/20 \u003d 2,5 (keskmine võimsus väärtus liikudes sirgjoonel matemaatika plokkide me panime 50. See väärtus pluss lisandvõimsus Liikumise reguleerimisel peaks olema võrdne 100-ga)
Proovige määrata väärtuse 2,5-le sisendisse ja seejärel valige täpsemalt.
Sisendile "" Matemaatika blokeerimisploki "korrutamine" ühendage eelmise matemaatika "lahutamine" väljund "tulemus".
Järgmisena on paar - plokk matemaatika (lisamine) ja mootor V.
Matemaatikaploki seadistamine:
Sisend "A" seatud 50 (pool mootori võimsusest).
"Tulemusega" ploki väljund on ühendatud mootori "Power" sisendiga
Pärast paari - ploki matemaatika (lahutamine) ja mootori S.
Matemaatikaploki seadistamine:
Sisend "A" on seatud 50-le.
Sisend "B" on rehvi ühendatud matemaatika "tulemus" väljundiga "Korrutamine".
"Tulemus" ploki väljund on ühendatud S. mootori "Power" sisendiga
Kõigi nende tegevuste tulemusena saate sellise programmi:
Kuna kõik töötavad tsüklis, lisame "tsükli", me eraldame ja edastame selle kõik "tsükli".
Nüüd proovime välja selgitada, kuidas programm töötab ja kuidas seda konfigureerida.
Kuigi robot läheb sirge joone anduri väärtused langevad kokku, see tähendab, et väljundi lahutamise plokk on 0. Väljundi korrutusseade annab ka väärtus 0. See väärtus on paralleelselt rakendatud Mootori juhtpaar. Kuna nendes plokkides on seatud 50-ni, ei mõjuta 0 lisamine või lahutamine mootorite võimsust. Mõlemad mootorid töötavad sama võimsusega 50 ja robot rullid sirgjoonel.
Oletame, et rada muudab pöörde või robot kõrvale kaldu. Mis juhtub?
Joonisel näitab, et port 2 ühendatud anduri valgustus (edaspidi "kaitsja 2 ja 3) suureneb, kuna see liigub valgele väljale ja anduri valgustus 3 väheneb. Oletame, et nende andurite väärtused muutuvad: andur 2 - 55 ühikut ja andur 3 - 45 ühikut.
"Subtraction" plokk määrab vahe kahe anduri väärtuste (10) väärtuste vahe ja annab selle korrigeerimisüksusele (koefitsiendi korrutamine (10 x 2,5 \u003d 25)) ja seejärel juhtplokkides
Mootorid.
Mootori kontrolli matemaatikaühikus (lisamine) keskmise kiiruse 50 väärtusele 50
lisa 25 ja võimsuse 75 väärtus esitatakse mootorile V.
Mootori juhtimisseadme matemaatikas (lahutamine) C alates keskmise kiiruse 50 väärtusest lahutatakse 25 ja võimsuse väärtus 25 viiakse mootorile S.
Seega reguleeritakse kõrvalekalde sirgjoonest.
Kui rada muutub järsult suunas ja andur 2, selgub valge ja andur 3 must. Nende andurite valgustusväärtused muutuvad: andur 2-70 ühikut ja andur 3 - 50 ühikut.
"Subtraction" plokk määrab vahe kahe anduri väärtuste (20) väärtuste vahe ja andke see parandusüksusele (20 * 2,5 \u003d 50) ja seejärel mootori juhtpaneelides.
Nüüd matemaatikaüksuses (lisamine) mootori kontrolli väärtuse võimsuse 50 +50 \u003d 100 esitatakse mootori V.
Mootori juhtimise matemaatikaseadmes (lahutamine) võimsuse 50 väärtusega 50 - 50 \u003d 0 toidab mootori S.
Ja robot täidab järsult.
Valge ja mustad väljad, robot peaks sõitma sirgjoonel. Kui see ei juhtu, proovige valida samu väärtuste andureid.
Nüüd loome uue ploki ja kasutab seda roboti liikumiseks igal teel.
Valige tsükkel, seejärel valige menüüs "Edit", valige käsk "Loo minu plokk".
Dialoogiboksis ploki disainer, anname nime meie plokile, näiteks "Go", valige ploki ikoon ja klõpsake "Finish".
Nüüd on meil plokk, mida saab kasutada juhtudel, kus peame liikuma mööda joont.
