Робот для кегельринга инструкция по сборке ev3

Комментарии ()

Нет комментариев. Ваш будет первым!

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:

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.
2. Двигаясь в направлении кегли, робот выталкивает её за пределы окружности.
3. Заметив черную границу поля, робот возвращается назад, в место старта.

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».

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).

Рис. 1

Инфракрасный датчик в режиме «Приближение» показывает значение — 48 (Рис. 2 поз. 2)

Рис. 2

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).

 

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).

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).

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:

 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).

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)

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)!

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. 

Рис. 11

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!

Видеосборка робота для кегельринга по этапам

Создано: 24 10 15

4480

Содержание

• 1 Как собрать EV3 для проведения игр
• 2 Чем соревнование отличается от стандартного «Кегельринга»
• 3 Написание программы для «Кегельринга»

После базового робототехнического курса первые простейшие соревнования по плечу каждому начинающему технику. Научившись решать такие задачи робототехники, как сборка робота-тележки, получение и обработка информации датчиков, можно участвовать в состязании, где нужно выталкивать кегли (банки). Ключевая часть игры Кегельринг-квадро — программа для робота EV3.

Как собрать EV3 для проведения игр

Инструкция по сборке робота-тележки «ЕВ3» (предыдущий конструктор NXT2) включает 7 шагов:

1. Сначала нужно сделать раму для крепления моторчиков. Она состоит из 2-х белых балок с 15-ю отверстиями и 4-х серых длиной 11 и 9 отверстий. К белым, расположенным параллельно, крепятся 2 уголка с черными штифтами. Серые балки лежат поперек белых, их надевают сверху на штифты уголков. За счет этого получается прямоугольная рама. Изнутри в нее можно вставить красные штифты для крепления двигателей.
2. Готовую раму нужно присоединить к процессору. У него снизу — посадочные гнезда. Штифтами синего цвета нужно попасть в крайние отверстия.
3. Следующий шаг — соединить колесо и мотор. Потребуется колесо, ось длиной 7 отверстий, 3 шайбы (2 желтые, 1 серая), 2 балки (одна — 3х5 отверстий, вторая — маленькая для крепления мотора). Серую шайбу устанавливают на край оси. Ось вставляют в мотор справа. Теперь слева необходимо закрепить колесо между шайбами. Оно нанизывается так, чтобы лицевая сторона была снаружи. Угловой балкой крепят мотор к корпусу. Она вставляется сзади мотора и закрепляется 2-мя синими штифтами. Непосредственно к корпусу процессора мотор крепится оставшейся маленькой деталью.
4. Собранные моторы с колесами нужно соединить с процессором. В середину нижней балки мотора вставляется штифт с крестиком. Он должен попасть в балку рамы рядом с красным штифтом, который был вставлен на 1-ом этапе сборки. Колесо должно слегка выходить спереди за балку. Осталось прикрепить мотор сверху. Маленькая балка должна попасть в среднее отверстие верхнего ряда на корпусе процессора.
5. Для задней опоры необходим шарик в чашечке. К его верхней части крепятся уголки: 4 одинаковых тонких уголка, в 2 из них вставляются синие штифты. 1-ый закрепляется справа, 2-ой – слева. 2 уголка закреплены на чашке с шариком. В другие 2 уголка вставляются черные штифты. Первый – справа, второй – слева. Теперь нужно добавить 2 балки длиной 5 отверстий. С помощью красных штифтов рама фиксируется на конструкции. Задняя опора готова.
6. Для бампера потребуются 2 балки длиной 15 отверстий, в каждой по 2 черных штифта. Балка длиной 5 отверстий надевается сверху на эти штифты и фиксирует 2 балки, превращая их в одну. Чтобы прикрепить балку к корпусу робота, понадобятся 2 серые балки длиной 13 отверстий, в них вставляются черные штифты. Прикрепляются балки друг к другу маленькой деталью длиной 2 отверстия. С 1 стороны – синий штифт с крестиком, с другой – черный.
7. Теперь нужно собрать части робота EV3 в единый механизм. Сзади к раме нужно поставить опору, чтобы робот стоял ровно. Бампер крепится черными штифтами сверху за балку на двигателе.

Чем соревнование отличается от стандартного «Кегельринга»

В стандартной игре роботу нужно сбить 8 банок. В «Кегельринг-Квадро» их всего 4: 2 белые и 2 черные. Побеждает тот, кто, не выходя за пределы круга, быстрее всех вытолкнет белые банки. За черные штрафуют.

Участник имеет право выставить робота для Кегельринга шириной 20 см, длиной 20 см.

Написание программы для «Кегельринга»

Робот должен стоять в центре поля напротив банки, далее нужно загрузить программу, USB-кабелем соединить его с компьютером и начать программировать.

На «Странице аппаратных средств» есть раздел «Представление порта», там нужно взять расстояние до банки, которое замерит сенсор. Например, ультразвуковой прибор фиксирует число «25,9».

При ультразвуковом датчике, который входит в образовательный набор:

• Чтобы робот вращался на месте, нужна команда «Независимое управление моторами» (зеленая палитра). Следует выбрать режим «Включить» и поставить мощность 30 для входов «B» и «C».
• Чтобы робот искал кеглю, потребуется программа «Ожидание» (оранжевая палитра). Подойдет режим «Ультразвуковой датчик – Сравнение – Расстояние в сантиметрах». Сигналом для срабатывания датчика будет цифра 35.
• Чтобы робот остановился, используется программа «Независимое управление моторами» (зеленая палитра). Моторы следует остановить.

Программу нужно загрузить в машину и протестировать. Чтобы робот останавливался точно напротив кегли, возможно, придется ее донастроить с помощью команды «Независимое управление моторами». Еще вариант — понемногу наращивать скорость вращения для подбора нужной мощности.

Дальше нужно поставить машину так, чтобы сенсор цвета был прямо над ограничительной линией черного цвета. Измерив показатель в режиме «Яркость отраженного света», устанавливается пороговое значение. Например: 10, если замер дал результат «7».

Чтобы робот ехал по прямой линии, нужно перейти в программный блок «Рулевое управление» (зеленая палитра) и выбрать «Включить». Для команды «Рулевое управление» следует поставить «0», для «Мощности» — «50».

Чтобы сенсор цвета искал черную границу, в программном блоке «Ожидание» (оранжевая палитра) (режим «Датчик цвета – Сравнение – Яркость отраженного сигнала») задаются следующие характеристики: «Тип сравнения» = 4, «Пороговое значение» = 10.

Чтобы робот проезжал черную границу и останавливался, поможет программный блок «Рулевое управление» (зеленая палитра). Двигатели нужно выключить.

Чтобы запрограммировать машину на возвращение в исходную позицию – центр ринга, понадобится совершить 3 действия:

1. Перед началом движения показания датчика вращения мотора, подключенного к порту «B», обнуляются.
2. После остановки на черной черте определяют расстояние, пройденное мотором «B» в градусах.
3. Затем нужно задать это значение в параметр «Градусы» программного блока «Рулевое управление», а «Мощность» задать «-50».

Чтобы робот сбил все кегли, нужно поместить блоки в тело программы «Цикл» (оранжевая палитра). Режим рекомендуется поставить на «Подсчет», параметр «Подсчет» равен количеству кеглей.

Как изменить условие, чтобы робот отличал цвет кегель

Робота с инфракрасным датчиком нужно поставить в центр ринга. Сначала перед ним ставится белая кегля и фиксируются показания датчика — «49».

После замены белой на черную данные принимающего устройства изменятся и составят «64». Чтобы определялись только белые и не замечались черные, подойдет значение между «49» и «64». Например, «55».