Движение и ориентация колёсного робота в лабиринте из стен

Аннотация

к исследовательской работе Фомина Данилы Сергеевича,

учащегося 6 А класса МБОУ СОШ № 13

Тема исследования:

«Движение и ориентация колёсного робота в лабиринте из стен»

Целью настоящего исследования является построение колёсного робота с необходимым набором сенсоров и разработка алгоритма его движения в условиях неопределённости.

Выдвинутая цель требует решения ряда задач: 1) изучение языка программирования NXT G; 2) построение робот с набором необходимых сенсоров; 3) поиск оптимального алгоритма движения и ориентации робота в лабиринте из стен;

Работа выполнена на основе стандартного набора Lego Mindstorms NXT.

Наряду с общенаучными (наблюдение, измерения, анализ, синтез) и специфическими методами программирования в работе важнейшее значение играет естественнонаучный метод – эксперимент. Созданная в результате технологических экспериментов модель робота использовалась в дальнейших исследованиях.

Результатом исследования являются экспериментально обоснованные технологические выводы по моделированию движения колёсного робота в условиях неопределённости.

Городское соревнование юных исследователей «Шаг в будущее – Юниор»

Ориентация и движение колёсного робота в лабиринте из стен

Автор:

Фомин Данила  Сергеевич

Образовательное учреждение:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 13, 6 А класс

Научный руководитель:

Мальгин Александр Викторович, учитель информатики МБОУ СОШ №13.

Сургут 2012

В настоящее время область применения колёсных роботов чрезвычайно разнообразна и включает такие важные сферы человеческой деятельности как автоматизированное производство, строительство, космос, оборона, медицина, сельское хозяйство и т.д.

При изучении программирования мы сталкиваемся с виртуальными роботами-исполнителями. Их движение описывается достаточно просто, поскольку рабочая среда  этих роботов привязана к координатной плоскости. Траектория движения точно описывается математическими формулами.

Совсем другое дело движение реального колёсного робота в условиях неопределённости. В этом случае робот должен отслеживать обстановку, ориентироваться на местности и принимать решения, приводящие к нужному результату.

Предметом исследования данной работы является ориентация и движение колёсного робота в условиях неопределённости.

Рассмотрим в качестве эталона поведение человека в тёмной прямоугольной комнате с одним выходом. Мы имеем две степени свободы. Чтобы исключить одну неопределённость человек выберет конкретное направление и будем двигаться пока не найдёт стену. Далее он будет использовать в качестве сенсора руку и двикалься вдоль стены пока не нейдёт выход.

Анализ этой ситуации показывает, что для решения задачи ориентации нужен сенсор определяющий касание стены и сенсор контролирующий стену во время движения. Для человека таким сенсором является рука, обладающая тактильным восприятием и постоянной длиной.

В качестве опытного образца взят колёсный робот на базе стандартного набора Lego Mindstorms NXT. В качестве обстановки моделирующей неопределённость взят несложный лабиринт из стен (рис. 1)

Рис. 1

Задача сводится к построению робота обладающего набором сенсоров определяющих наличие стены спереди и контролирующих расстояние до стены во время движения робота.

Для этого в систему управления роботом в качестве таковых внедрим датчики ультразвука (УЗД) и датчик касания (приложение I). УЗД может находить объект и контролировать расстояние до объекта.

Возможный план действий робота:

1. Контроль стены.

2. Двигаться вдоль стены.

3. Найти выход

4. Повернуть на 90 градусов

5. Повторить 1 -4

При написании программы используем метод пошаговой детализации. Создадим блоки обработки различных ситуаций.

Блок left. Анализирует наличие стены спереди робота. Если стена есть (сработал датчик касания), то робот сделает шаг назад и повернёт налево.

:

Блок eskape_r. Анализирует наличие прохода в стене. Если датчик УЗД не обнаружит препятствия на расстоянии большем 15 см, то робот повернёт на 90 градусов вправо и сделает шаг вперёд.

Объединив все блоки в цикле, получим окончательную программу.

 Граничные условия работы данного эксперимента – это расстояние между стенами лабиринта. Они зависят от размера робота и количества степеней его свободы, так как это влияет на радиус разворота.

Заключение

Испытания показали работоспособность всех блоков программы.

Движение робота указано пунктирной линией.

 Наряду с этим есть ряд проблем, которые требуют дополнительного решения. Главная проблема – стабилизация робота относительно стены. По причене неравномерности вращения колёс и неровности поверхности робот может отклониться от расчётной траектории.

Необходимо включить в систему управления логический блок коррекции траектории.

Cписок использованной литературы

1. Ю.Г. Мартыненко, «Динамика мобильных роботов», - Соросовский образовательный журнал, №6, 2000 г

2. Лернер А. Я., Розенман Е. А. Оптимальное управление. – М.: Энергия, 1970. – 360 с.

3. Буданов В. М., Девянин Е. А. О движении колесных роботов // Прикладная математика и механика. –

2003. – Т. 67, вып. 2. – С. 244–255.