Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Содержание урока 

Введение:

Раздел "Практика" являет собой продолжение курса "Первые шаги". На протяжении ряда уроков мы разберем решение базовых задач робототехники., научимся получать и обрабатывать информацию от нескольких датчиков. Надеемся, что полученные знания помогут вам в дальнейшем при самостоятельном решении творческих и соревновательных задач.

Урок №11 посвятим разбору соревновательной дисциплины под названием "Кегельринг".

11.1 Правила соревнования. Подготовка поля для проведения соревнований. 

Основные правила "Кегельринга" довольно просты: необходимо собрать и запрограммировать робота, который выталкивает кегли за пределы ринга. Кеглями, как правило, выступают жестяные банки емкостью 0,33 л, а роль ринга выполняет белое поле, ограниченное черной окружностью с шириной линии 50 мм. С одним из вариантов регламента проведения соревнования можете ознакомиться под спойлером ниже:

Регламент соревнований роботов "Кегельринг" по версии сайта myROBOT.ru 

Ссылка на страницу с правилами на сайте myROBOT.ru

1. Условия состязания

  1. За наиболее короткое время робот, не выходя более чем на 5 секунд за пределы круга, очерчивающего ринг, должен вытолкнуть расположенные в нем кегли.
  2. На очистку ринга от кеглей дается максимум 2 минуты.
  3. Если робот полностью выйдет за линию круга более чем на 5 секунд, попытка не засчитывается.
  4. Во время проведения состязания участники команд не должны касаться роботов, кеглей или ринга.
Поле для соревнования "Кегельринг"

2. Ринг

  1. Цвет ринга - светлый.
  2. Цвет ограничительной линии - черный.
  3. Диаметр ринга - 1 м (белый круг).
  4. Ширина ограничительной линии - 50 мм.

3. Кегли

  1. Кегли представляют собой жестяные цилиндры и изготовлены из пустых стандартных жестяных банок (330 мл), использующихся для напитков.
  2. Диаметр кегли - 70 мм.
  3. Высота кегли - 120 мм.
  4. Вес кегли - не более 50 гр.
  5. Цвет кегли - белый.

4. Робот

  1. Максимальная ширина робота 20 см, длина - 20 см.
  2. Высота и вес робота не ограничены.
  3. Робот должен быть автономным.
  4. Во время соревнования размеры робота должны оставаться неизменными и не должны выходить за пределы 20 х 20 см.
  5. Робот не должен иметь никаких приспособлений для выталкивания кеглей (механических, пневматических, вибрационных, акустических и др.).
  6. Робот должен выталкивать кегли исключительно своим корпусом.
  7. Запрещено использование каких-либо клейких приспособлений на корпусе робота для сбора кеглей.

5. Игра

  1. Робот помещается строго в центр ринга.
  2. На ринге устанавливается 8 кеглей.
  3. Кегли равномерно расставляются внутри окружности ринга. На каждую четверть круга должно приходиться не более 2-х кеглей. Кегли ставятся не ближе 12 см. и не далее 15 см. от черной ограничительной линии. Перед началом игры участник состязания может поправить расположение кеглей. Окончательная расстановка кеглей принимается судьей соревнования.
  4. Цель робота состоит в том, чтобы вытолкнуть кегли за пределы круга, ограниченного линией.
  5. Кегля считается вытолкнутой, если никакая ее часть не находится внутри белого круга, ограниченного линией.
  6. Один раз покинувшая пределы ринга кегля считается вытолкнутой и может быть снята с ринга в случае обратного закатывания.
  7. Робот должен быть включен или инициализирован вручную в начале состязания по команде судьи, после чего в его работу нельзя вмешиваться. Запрещено дистанционное управление или подача роботу любых команд.

6. Правила отбора победителя

  1. Каждой команде дается не менее двух попыток (точное число определяется судейской коллегией в день проведения соревнований).
  2. В зачет принимается лучшее время из попыток или максимальное число вытолкнутых кеглей за отведенное время.
  3. Победителем объявляется команда, чей робот затратил на очистку ринга от кеглей наименьшее время, или, если ни одна команда не справилась с полной очисткой ринга, команда, чей робот вытолкнул за пределы ринга наибольшее количество кеглей.

Итак: для проведения соревнования нам понадобится поле, точно такое же, которое мы использовали при решении Задачи №12 Урока №6  курса "Первые шаги"Вы можете скачать макет подходящего поля на странице "Макеты полей для тренировки и соревнований" нашего сайта, а затем распечатать его в цифровой типографии на баннерной ткани, либо изготовить поле самостоятельно, используя плакатную бумагу подходящего размера, большой циркуль, линейку и черную тушь.

Жестяные банки лучше всего обклеить по периметру самоклеящейся бумагой (нам понадобятся 2 - 4 банки белого цвета и столько же - черного).

Реквизит для урока готов!

11.2 Конструирование робота для конкретного вида соревнования.

На первоначальном этапе решения задачи давайте сделаем пару маленьких допущений: не будем обращать внимание на удовлетворение требования к размерам нашего робота, ограничимся поиском и выталкиванием всего одной кегли.

Наступает важный этап моделирования робота - перед нами стоят две взаимосвязанных задачи:

  1. Разработка ключевого алгоритма поведения нашего робота;
  2. Разработка механической конструкции робота, позволяющей реализовать требуемое поведение.

Рассмотрим следующую поведенческую модель:

  1. Робот, находясь в центре поля, начинает вращаться по часовой стрелке, пока не заметит кеглю.Робот вращается по часовой стрелке
  2. Двигаясь в направлении кегли, робот выталкивает её за пределы окружности.Робот выталкивает кеглю
  3. Заметив черную границу поля, робот возвращается назад, в место старта.Робот возвращается назад

Следовательно, наш робот должен:

  1. уметь вращаться на месте вокруг своей оси;
  2. уметь двигаться прямолинейно;
  3. уметь обнаруживать предмет, удаленный на некоторое расстояние;
  4. уметь обнаруживать границу поля.

Данные требования диктуют нам условия конструкции робота:

  1. для реализации первых двух условий применим уже известную нам подвижную платформу, использующую два больших мотора и вращающуюся опору (робот-тележка);
  2. для обнаружения кегли воспользуемся одним из имеющихся в наличии датчиков: инфракрасным или ультразвуковым;
  3. границу поля нам поможет обнаружить датчик цвета.

Всем условиям в полной мере отвечает наш робот, которым мы пользовались, когда проходили курс "Первые шаги".

Lego mindstorms EV3 Home

small robot 31313

Lego mindstorms EV3 Education

small robot 45544

Вы можете воспользоваться предложенной инструкцией или собрать собственного робота, отвечающего определенным нами требованиям к его конструкции. В процессе сборки конструкции не забудьте подключить моторы и датчики к модулю EV3: левый мотор  - к порту "B", правый мотор - к порту "C", ультразвуковой или инфракрасный датчик - к порту "2", датчик цвета - к порту "3".

После сборки робота приступим к созданию программы.

11.3 Создание программы для соревнования "Кегельринг".

Подробно пропишем последовательность действий нашего робота для обнаружения одной кегли на поле:

  1. вращаться вокруг своей оси по часовой стрелке, пока впереди расположенный датчик не обнаружит кеглю;
  2. остановиться напротив кегли;
  3. двигаться вперед, пока датчик цвета не обнаружит черную границу поля;
  4. остановиться;
  5. двигаться назад в центр поля.

Приступим к реализации и отладке п. 1, 2 - научим нашего робота обнаруживать кеглю и останавливаться точно напротив. Сначала нам необходимо выбрать пороговое значение для обнаружения кегли напротив нашего робота. Для этого загрузим среду программирования, создадим новый проект - "lessons-2", новую программу в проекте назовем "lesson-11". Подключим робота к среде программирования, затем установим его точно в центр поля, поставим напротив робота кеглю.

На "Странице аппаратных средств", находящейся в правом нижнем углу среды программирования, выберем вкладку "Представление порта" (Рис. 1, 2 поз. 1) и снимем показание датчика, определяющего расстояние до кегли, установив соответствующий режим отображения показаний.

В нашем случае ультразвуковой датчик в режиме "Расстояние в сантиметрах" показывает значение - 25,9 (Рис. 1 поз. 2).

Страница аппаратных средств. Ультразвуковой датчик.

Рис. 1

Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" показывает значение - 48 (Рис. 2 поз. 2)

Страница аппаратных средств. Инфракрасный датчик.

Рис. 2

Как определить показания датчика, используя дисплей модуля EV3

Если Вы используете подключение модуля EV3 к среде программирования с помощью USB-кабеля (подробно о способах подключения), то сможете наблюдать показания датчиков на "Странице аппаратных средств" только на максимальном удалении робота от компьютера, равном длине USB-кабеля. В этом случае показания датчика можно посмотреть непосредственно на экране модуля EV3. Управляя кнопками модуля EV3, перейдите в меню (Рис. 3 поз. 1), выберите пункт "Port View" и нажмите центральную кнопку (Рис. 3 поз. 2).

Режим "Port View" модуля EV3  Рис. 3 

Верхний ряд блоков отображает показания моторов, подключенных к модулю EV3 (Рис. 4 поз. 1).

Нижний ряд блоков отображает показания датчиков, подключенных к модулю EV3. Управляя клавишами модуля EV3 можно перемещаться между показаниями для получения подробной информации о датчике и выводимом значении (Рис. 4 поз. 2).

 

Режим "Port View". Показания датчика цвета.

Рис. 4

Теперь мы можем запрограммировать нахождение роботом кегли:

Ультразвуковой датчик

  1. Для того, чтобы заставить робота вращаться вокруг своей оси, воспользуемся программным блоком "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры", Режим работы блока установим "Включить", значение мощности для порта "B" установим равным 30, значение мощности для порта "C" установим равным -30 (Рис. 5 поз.1),
  2. Для поиска кегли используем программный блок "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Ультразвуковой датчик - Сравнение - Расстояние в сантиметрах". Для гарантированного нахождения увеличим пороговое значение срабатывания датчика до 35 (Рис. 5 поз. 2)
  3. После того, как робот окажется напротив кегли, используя программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 5 поз. 3).

 Поиск кегли роботом с ультразвуковым датчиком

Рис. 5

Инфракрасный датчик

  1. Для того, чтобы заставить робота вращаться вокруг своей оси, воспользуемся программным блоком "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры", Режим работы блока установим "Включить", значение мощности для порта "B" установим равным 30, значение мощности для порта "C" установим равным -30 (Рис. 6 поз.1),
  2. Для поиска кегли воспользуемся программным блоком "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Инфракрасный датчик - Сравнение - Приближение". Для гарантированного нахождения увеличим пороговое значение срабатывания датчика до 55 (Рис. 6 поз. 2)
  3. После того, как робот окажется напротив кегли, используя программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 6 поз. 3).

Поиск кегли роботом с инфракрасным датчиком

Рис. 6

Загрузим получившуюся программу в робота и запустим её на выполнение. Раз за разом, выполняя программу, мы можем заметить, что наш робот останавливается не совсем точно напротив банки. Связано это с тем, что датчик может обнаруживать предмет не только строго напротив себя, а и на некотором отклонении от направления взгляда датчика. В этом случае можно, либо после остановки робота немного довернуть его на необходимый угол, используя дополнительный блок "Независимое управление моторами", либо постепенно увеличивать скорость вращения, подбирая параметр мощность (Рис. 5, 6 поз. 1), пока робот не станет останавливаться точно напротив кегли. Например, нам потребовалось увеличить мощность до 50 единиц для робота, собранного из образовательной версии набора, и до 40 единиц для робота, собранного из домашней версии набора.

Переходим к реализации п. 3, 4 нашей последовательности действий.

Двигаться вперед и останавливаться при пересечении черной линии мы уже научились, когда разбирали Задачу №11 Урока №6  курса "Первые шаги". Установим робота таким образом, чтобы датчик цвета находился точно над черной границей поля и измерим его значение в режиме "Яркость отраженного света" любым удобным вам способом, рассмотренным выше. В нашем случае получилось значение, равное 7. В качестве порогового значение примем число 10

Добавим к нашей программе обнаружения кегли следующие программные блоки:

  1. Для того, чтобы заставить робота двигаться прямолинейно, воспользуемся программным блоком "Рулевое управление" "Зеленой палитры". Режим работы блока установим "Включить", параметр "Рулевое управление " = 0, параметр "Мощность" = 50(Рис. 7 поз. 1)
  2. Для поиска датчиком цвета черной границы воспользуемся программным блоком "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Датчик цвета - Сравнение - Яркость отраженного сигнала", параметр "Тип сравнения" = 4, параметр "Пороговое значение" = 10(Рис. 7 поз. 2)
  3. После того, как робот пересечет черную линию, используя программный блок "Рулевое управление""Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 7 поз. 3).

Движение робота вперед до черной линии

Рис. 7

Наш робот научился успешно находить и выталкивать кеглю, но текущая конструкция  не позволяет  роботу уверено её фиксировать при транспортировке за пределы поля. Давайте немного доработаем конструкцию робота, прикрепив к нему клешни, которые увеличат ширину захвата и позволят прочно удерживать кеглю. На переднем бампере робота слева и справа закрепите детали, как показано на рисунках ниже:

Lego mindstorms EV3 Home

small robot 31313

Lego mindstorms EV3 Education

small robot 45544

 Теперь наш робот просто отлично справляется со своей работой! Осталось только научить его возвращаться в центр круга...

"Страница аппаратных средств" среды программирования позволяет нам наблюдать не только текущие показания датчиков, но и накопленные показания датчика вращения мотора (Рис. 8 поз. 1). Нажав, на значок мотора, мы можем установить предпочтительный нам вывод информации о вращении мотора в "Оборотах" или "Градусах" (Рис. 8 поз. 2).

Страница аппаратных средств. Датчик вращения мотора.

Рис. 8

Программный блок "Вращение мотора" "Желтой палитры" позволяет получать и обрабатывать это значение в программе. Режим "Сброс" программного блока "Вращение мотора" устанавливает нулевое значение датчика и отсчет оборотов начинается сначала. (Рис. 9)

Программный блок "Вращение мотора"

Рис. 9

Воспользуемся этой возможностью: если мы сбросим показание одного из датчиков моторов в 0 (в данном случае можно обнулить значение любого из моторов "B" и "C", ведь робот поедет прямо, а значит оба колеса провернутся на одинаковое значение), то после остановки робота над черной линией, можно будет получить значение датчика в "Градусах" или "Оборотах" и, подав его на вход соответствующего параметра блока "Рулевое управление", заставить робота проехать точно такое же расстояние. А для того, чтобы робот двигался назад, необходимо изменить значение параметра "Мощность" на отрицательное значение.

Внесем необходимые изменения в нашу программу:

  1. Перед началом движения вперед сбросим в 0 показания датчика вращения мотора, подключенного к порту "B" (Рис. 10 поз. 1).
  2. После остановки на черной границе поля считаем расстояние, пройденное мотором "B" в градусах (Рис. 10 поз. 1).
  3. Полученное значение подадим в параметр "Градусы" программного блока "Рулевое управление", значение параметра "Мощность" = -50 (Рис. 10 поз. 1)!

Движение вперед. Возвращение в центр поля.

Рис. 10

Загрузим получившуюся программу в робота и убедимся, что робот нашел кеглю, вытолкал её за пределы поля и вернулся в центр поля!

Для того, чтобы заставить нашего робота выталкивать требуемое количество кеглей, все наши программные блоки поместим внутрь программного блока "Цикл" "Оранжевой палитры". Режим программного блока "Цикл" установим в значение "Подсчет", параметр "Подсчет" установим равным количеству кеглей (Рис. 11, 12 поз. 1) Для удобства отображения на экране нам пришлось оформить программу в две строки - вы же вполне можете сложить её в одну строку. 

Программа для робота small-robot 31313

Рис. 11

Программа для робота small-robot 45544

Рис. 12

Программа готова!

11.4 Соревнование "Кегельринг" с дополнительм условием

На сайте myROBOT.ru опубликованы еще два регламента проведения соревнования "Кегельринг": "Кегельринг-КВАДРО" и "Кегельринг-МАКРО". Основное условие - необходимо выталкивать за пределы поля белые кегли, оставляя на месте черные. 

Как научить робота на расстоянии определять цвет кегли? Можно впереди, по ходу движения робота расположить еще один датчик цвета и, приблизившись к кегле на расстояние 1 - 2 см, определить её цвет, теряя при этом драгоценное время, отведенное на выполнение задания. Но, если вы внимательно изучили п. 8.2 Урока №8 курса "Первые шаги", то уже знаете, что на показания инфракрасного датчика в режиме "Приближение" влияет также цвет предмета. Проведем эксперимент: установим робота с инфракрасным датчиком в центр поля, напротив поместим белую кеглю и зафиксируем показания датчика. В нашем случае это значение равно 49. Теперь напротив робота установим черную кеглю - показание датчика изменилось и теперь, не смотря на одинаковое расстояние, составляет 64. Следовательно, для успешного обнаружения белых кеглей и игнорирования черных, необходимо выбрать в качестве порогового - значение, находящееся между этими числами. Число 55 полностью удовлетворяет этому условию. Нам даже не придется переделывать основной алгоритм программы! Попробуйте и убедитесь в этом сами!

К сожалению, решить данную задачу с использованием только ультразвукового датчика, не представляется возможным...

Заключение:

При решении практической задачи робототехники успех приходит только при многократном тестировании робота. В процессе тестирования возможно возникновение ситуации, когда вам потребуется вносить изменения не только в программу, но и конструкцию робота. Не бойтесь экспериментировать, не бойтесь ошибаться. Вдумчивый анализ ошибок обязательно принесет вам положительный результат! Удачи!

Комментарии   

+2 #41 Tutor 13.10.2017 07:17
Цитирую Анна:
Добрый день. Я никак не могу запустить программу для кегельринга с ИК датчиком. Провели калибровку ИК и цветового. На ИК показания колеблются от 62 до 76, добавляю погрешность, выставляю 80 и вращение по кругу, тележка не видит кегли вообще, убавляю диапазон, видит первую, в лучшем случае выбивал 4 из 8. Ик датчик покупала у офиц диллеров, специально для кегельринга, что бы выталкивать еще и черные кегли. Даите совет, пожалуйста.

Здравствуйте Анна!
Вы используете черные и белые кегли? При ваших значениях 62 - это белая кегля? Ну и выбирайте пороговое значение между 62 и 76, например - 70.
Тогда робот будет выталкивать банки со значением 62 и пропускать со значением 76.
Удачи!
Цитировать
0 #42 Алтын Маратовна 03.11.2017 16:05
Отлично
Цитировать

Добавить комментарий

Внимание!
Возрастная категория посетителей сайта - (10+).
Все комментарии перед публикацией проходят модерацию.


Защитный код
Обновить