Pohony robotů LEGO v bludišti: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Jedná se o jednoduchého, autonomního robota určeného k pohonu bludištěm k východu. Je postaven pomocí LEGO Mindstorms EV3. Software EV3 běží na počítači a generuje program, který se poté stáhne do mikrokontroléru s názvem EV3 Brick. Metoda programování je založená na ikonách a na vysoké úrovni. Je to velmi snadné a univerzální.

DÍLY

1. Sada LEGO Mindstorms EV3
2. Ultrazvukový senzor LEGO Mindstorms EV3. Není součástí sady EV3.
3. Vlnitá lepenka pro bludiště. Dva kartony by měly stačit.
4. Malý kousek tenké lepenky, který pomůže stabilizovat některé rohy a stěny.
5. Lepidlo a páska spojují kusy lepenky dohromady.
6. Červená obálka na přání k identifikaci východu z bludiště.

NÁSTROJE

1. Nůž na řezání lepenky.
2. Ocelové pravítko na podporu procesu řezání.

METODA ŘEŠENÍ MAZE

Existuje několik způsobů navigace bludištěm. Pokud máte zájem je studovat, jsou velmi dobře popsány v následujícím článku Wikipedie:

Zvolil jsem pravidlo levého následovníka zdi. Myšlenka je taková, že robot bude při procházení bludištěm udržovat zeď na levé straně a dělat následující rozhodnutí:

1. Pokud je možné odbočit doleva, udělejte to.
2. Jinak jeďte rovně, pokud je to možné.
3. Pokud to nejde vlevo nebo rovně, odbočte pokud možno doprava.
4. Pokud nic z výše uvedeného není možné, musí to být slepá ulička. Otočit se.

Jedna opatrnost je, že metoda by mohla selhat, pokud má bludiště smyčku. V závislosti na umístění smyčky by robot mohl smyčku stále obcházet. Možným řešením tohoto problému by bylo, kdyby se robot přepnul na pravidlo pravého následovníka zdi, pokud by si uvědomil, že jde ve smyčce. Toto upřesnění jsem do svého projektu nezahrnul.

KROKY PRO VYBAVENÍ ROBOTA

Přestože je LEGO Mindstorms EV3 velmi univerzální, k jednomu cihlu nepřipojí více než jeden z každého typu senzoru. Dvě nebo více cihel lze řetězit, ale nechtěl jsem si koupit další cihlu, a tak jsem použil následující senzory (místo tří ultrazvukových senzorů): infračervený senzor, barevný senzor a ultrazvukový senzor. To fungovalo dobře. Dvojice níže uvedených fotografií ukazují, jak postavit robota. První fotografie každého páru ukazuje potřebné části a druhá fotografie ukazuje stejné části spojené dohromady.

Krok 1: Základna robota

Prvním krokem je postavit základnu robota pomocí zobrazených částí. Základna robota je zobrazena vzhůru nohama. Malá část ve tvaru písmene L v zadní části robota je oporou pro záda. Klouže, jak se robot pohybuje. To funguje dobře. Souprava EV3 nemá součást typu rolovací koule.

Krok 2: Horní část základny

Další 3 kroky se týkají horní části základny robota, barevného senzoru a kabelů, což jsou všechny kabely o délce 10 palců (26 cm)

Krok 3: Infračervené a ultrazvukové senzory

Dále jsou to infračervený senzor (na levé straně robota) a ultrazvukový senzor (na pravé straně). Také 4 kolíky pro připevnění cihly nahoře.

Infračervené a ultrazvukové senzory jsou umístěny vertikálně místo normální horizontální. To poskytuje lepší identifikaci rohů nebo konců stěn.

Krok 4: Kabely

Připojte cihlu a připojte kabely následujícím způsobem:

• Port B: levý velký motor.
• Port C: pravý velký motor.
• Port 2: ultrazvukový senzor.
• Port 3: barevný senzor.
• Port 4: infračervený senzor.

Krok 5: Poslední krok při stavění robota: dekorace

Křídla a ploutve jsou pouze na ozdobu.

Krok 6: Pseudokód pro Program

1. Počkejte 3 sekundy a řekněte „Jdi“.
2. Spusťte robota pohybujícího se přímo vpřed.
3. Pokud je možné zahnout doleva (tj. Pokud infračervený senzor nesnímá žádný předmět poblíž), řekněte „vlevo“a jděte doleva.
4. Jděte vpřed asi o 6 palců (15 cm), abyste se vyhnuli falešnému zatáčení doleva. Důvodem je, že poté, co se robot otočil, senzor uvidí dlouhý prostor, ze kterého právě přišel, a robot by si myslel, že by měl odbočit doleva, což není správné. Vraťte se ke kroku 2.
5. Pokud není možné odbočit doleva, zkontrolujte, co vidí barevný senzor před robotem.
6. Pokud není žádná barva (tj. Žádný předmět), přejděte zpět ke kroku 2.
7. Pokud je barva červená, toto je východ. Zastavte robota, zahrajte si fanfáry a zastavte program.

8. Pokud je barva hnědá (tj. Hnědá lepenka napřed), zastavte robota.

   1. Pokud je možné odbočit doprava (tj. Pokud ultrazvukový senzor nerozpozná poblíž žádný předmět), řekněte „doprava“a jděte doprava. Vraťte se ke kroku 2.
   2. Pokud není možné odbočit doprava, řekněte „Uh-oh“, zálohujte asi 5,5 palce (12,5 cm) a otočte se. Vraťte se ke kroku 2.

Krok 7: Program

LEGO Mindstorms EV3 má velmi pohodlnou metodu programování založenou na ikonách. Bloky se zobrazují ve spodní části obrazovky počítače a lze je sestavit přetažením do programovacího okna. Snímek obrazovky ukazuje program pro tento projekt. Bloky jsou popsány v dalším kroku.

Nemohl jsem přijít na to, jak nastavit stahování programu vám, lidi, a tak jsou bloky popsány v dalším kroku. Každý blok má možnosti a parametry. Je to velmi snadné a univerzální. Vývoj programu a/nebo jeho změna podle vašich potřeb by vám neměla zabrat mnoho času. Jako vždy je dobré program při jeho vývoji pravidelně ukládat.

EV3 Brick může být k počítači připojen buď kabelem USB, Wi-Fi nebo Bluetooth. Když je připojen a zapnut, je to indikováno v malém okně v pravém dolním rohu okna EV3 v počítači. „EV3“na pravé straně zčervená. Když je tento displej nastaven na Port View, zobrazuje v reálném čase, co který senzor detekuje. To je užitečné pro experimentování.

Při vytváření tohoto programu bych doporučil pracovat zleva doprava a shora dolů a před přetažením ostatních bloků dovnitř zvětšit smyčkové a přepínací bloky. Před zvětšením jsem narazil na špinavé problémy, když jsem se snažil vložit další bloky dovnitř.

Krok 8: Programování bloků

1. Startovací blok, který začíná na levé straně programu, je přítomen automaticky při vývoji programu.
2. Další je blok čekání, který nám poskytne 3 sekundy na umístění robota ke vstupu do bludiště po spuštění programu.
3. Zvukový blok přiměje robota říci „Jdi“.
4. Loop Block obsahuje většinu programu. Než začnete vkládat bloky, displej by měl být 4 nebo 5krát oddálen a tento blok smyčky by měl být zvětšen téměř k pravému okraji programovacího plátna. Poté může být zmenšen.
5. Prvním blokem uvnitř smyčky je blok řízení pohybu s řízením nastaveným na nulu a výkonem nastaveným na 20. Tím se spustí motory běžící přímo vpřed při nízkých otáčkách. Vyšší rychlost by způsobila, že by se robot pohyboval příliš daleko, když pokračuje vpřed, zatímco mluví v následujících krocích.
6. Přepínací blok v režimu přiblížení infračerveného senzoru kontroluje, zda je nějaký předmět dále než hodnota 30. To odpovídá přibližně 23 cm v případě hnědé lepenky. Pokud je hodnota větší než 30, pak se provedou bloky 7, 8 a 9, jinak program přejde do bloku 10 níže.
7. Díky zvukovému bloku robot řekne „vlevo“.
8. Posuňte blok řízení s nastavením řízení na -45, výkonem nastaveným na 20, otáčkami nastavenými na 1,26 a brzdou na konci nastavenou na hodnotu True. Tím se robot otočí doleva.
9. Posuňte blok řízení s nastavením řízení na nulu, výkonem nastaveným na 20, otáčkami nastavenými na 1,2 a brzdou na konci nastavenou na hodnotu True. Díky tomu se robot pohybuje vpřed asi o 15 cm, aby se vyhnul nesprávnému zatáčení doleva.
10. Přepínací blok v režimu měření barevného senzoru měří, jaká barva je před robotem. Pokud není žádná barva (tj. Žádný objekt), program přejde na konec smyčky. Pokud je barva červená, provedou se bloky 11, 12 a 13. Pokud je barva hnědá, program přejde do bloku 14 níže.
11. Pohyb bloku řízení v režimu vypnuto k zastavení motorů.
12. Zvukový blok hraje fanfáry.
13. Blok přerušení smyčky opouští smyčku.
14. Pohyb bloku řízení v režimu vypnuto k zastavení motorů.
15. Přepínací blok v režimu porovnávání vzdáleností palců ultrazvukového senzoru kontroluje, zda není nějaký předmět dále než 20 cm (8 palců). Pokud je to více než 8 palců, pak jsou provedeny bloky 16 a 17, jinak program přejde do bloku 18 níže.
16. Díky zvukovému bloku robot řekne „Správně“.
17. Přesunout blok řízení s nastavením řízení na -55, výkonem nastaveným na -20, otáčkami nastavenými na 1,1 a brzdou na konci nastavenou na hodnotu True. Tím se robot otočí doprava.
18. Zvukový blok způsobí, že robot řekne „Uh-oh“.
19. A Move Tank Block with Power Left set to -20, Power Right set to -20, Rotations set to 1, and Brake at End set to True. Díky tomu se robot zazálohuje asi o 12,5 cm (5 palců), aby měl prostor k otočení.
20. A Move Tank Block with Power Left set to -20, Power Right set to 20, Rotations set to 1.14, and Brake at End set to True. Díky tomu se robot otočí.
21. Na výstupu ze smyčky je blok programu Stop.

Krok 9: VYROBTE MAZE

Na bludiště by měly stačit dva kartony z vlnité lepenky. Stěny bludiště jsem vytvořil na výšku 5 palců (12,5 cm), ale 4 palce (10 cm) by měly fungovat stejně dobře, pokud vám chybí vlnitá lepenka.

Nejprve jsem řezal kolem stěn kartonů, 10 palců (25 cm) ode dna. Poté jsem ořízl kolem zdí 5 palců ode dna. To poskytuje několik 5palcových stěn. Také jsem prořízl spodní části kartonů a ponechal asi 1 palec (2,5 cm) připevněný ke stěnám kvůli stabilitě.

Různé kousky lze stříhat a lepit nebo lepit páskou, kdykoli je potřeba k vytvoření bludiště. V každé cestě se slepou uličkou by měl být mezi stěnami prostor 30 cm (12 palců). Tato vzdálenost je nutná k tomu, aby se robot otočil.

Některé rohy bludiště mohou být vyztuženy. Rovněž je třeba zabránit ohýbání některých rovných stěn, pokud obsahují narovnaný roh kartonu. Malé kousky tenké lepenky by měly být v těchto místech přilepeny ke dnu, jak je znázorněno.

Východ má červenou bariéru, která se skládá z poloviny červené obálky na přání a základny ze 2 kusů tenké lepenky, jak je znázorněno.

Jedna opatrnost je, že bludiště by nemělo být velké. Pokud jsou otáčky robota v mírném úhlu od správného úhlu, nesrovnalosti se po několika otáčkách sčítají. Pokud je například otočení doleva o 3 stupně vypnuto, pak po 5 zatáčkách doleva se robot vypne o 15 stupňů. Velké bludiště by mělo více zatáček a delší cestu než malé a robot by mohl vběhnout do zdí. Několikrát jsem se musel pohrávat s nastavením rotací zatáček, abych zvládl úspěšnou jízdu i malým bludištěm, které jsem udělal.

BUDOUCÍ VYLEPŠENÍ

Zřejmým pokračujícím projektem je, aby robot dokázal při procházení bludištěm určit přímou cestu bludištěm a poté tuto přímou cestu (vyhýbat se slepým uličkám) řídit hned poté.

To je mnohem složitější než současný projekt. Robot si musí pamatovat cestu, kterou urazil, odstranit slepé uličky, uložit novou cestu a poté sledovat novou cestu. Na tomto projektu plánuji v blízké budoucnosti zapracovat. Očekávám, že je možné dosáhnout s LEGO Mindstorms EV3 pomocí bloků Array Operations Blocks a některých bloků souvisejících s matematikou.

ZÁVĚREČNÁ POZNÁMKA

Byl to zábavný projekt. Doufám, že vás to také bude zajímat.