Робот на траектории

1) Введение

1. Обоснование выбора темы……………………………………………..3

2. Актуальность………………………………………………….....3

3. Цель проекта……………………………………………………..3

4. Предмет исследования………………………………………….4

5. Гипотеза…………………………………………………………..4

6. Ожидаемые результаты………………………………………...4

7. Методы реализации проекта…………………………………..4

8. Материальные ресурсы……………………………..…………5

9. Этапы разработки проекта……………………………………5

2) Теоретическая часть……………………………………………….6-10

3) Реализация проекта…………………………………………………10    

4) Заключение…………………………………………………………...10

5) Вывод………………………………………………………………….10

6) Перспективы развития……………………………………………..10

7) Список литературы………………………………………………….11      

Введение

Обоснование выбора темы

1.Введение.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно -

технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технлогий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко

используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами —таковы, например, лифты, без которых уже немыслима наша жизнь.

Конструктор Mindstorms EV3 приглашает нас войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий.

Актуальность

Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, она легко вписывается в школьную программу обучения по техническим предметам. Робототехника поощряет мыслить творчески, анализировать ситуацию для решения реальных проблем. Робот не ставит оценок и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.

 Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.

Цель проекта: Наша цель совершенствовать свои возможности в конструировании и программировании, участвовать в соревнованиях и побеждать.

Задачи проекта:

1. Познакомится с конструктором Mindstorms EV3 и его средой

программирования.

2. Написать программы движения робота по черной линии, танец

в круге

Предмет исследования:

конструктор со средой программирования LEGO MINDSTORMS EV3.

Гипотеза:

Начиная работу по заявленной теме, выдвигаю следующую гипотезу:  если сформировать информационную компетентность в области робототехники, то я смогу  овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.

Ожидаемые результаты

• Научиться  конструировать различные модели роботов,
• научиться программировать в среде программирования LEGO MINDSTORMS EV3,
• Составить программы движения робота по черной линии.

Методы реализации проекта:

1. Объяснительно-иллюстративный – предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с литературой и др);

2. Эвристический – метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);

3. Проблемный – постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения;

4. Программированный – набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (компьютерный практикум);

5. Репродуктивный – воспроизводство знаний и способов деятельности (собирание моделей и конструкций по образцу, упражнения по аналогу);

6. Частично-поисковый – решение проблемных задач с помощью педагога;

7. Поисковый – самостоятельное решение проблем.

Материальные ресурсы:

• конструктор с программным обеспечением Lego Mindstorms EV3 набора,
• АРМ ученика и учителя (компьютер, проектор, сканер, принтер)

Этапы разработки проекта:

1. Организационный этап (февраль 2016г.)

• изучение основ программирования в среде LEGO MINDSTORMS EV3

2. Этап реализации проекта (март  2016 г.)

• разработка механизма робота на основе конструктора LEGO EV3 .  

составление программы для управления роботом в среде LEGO MINDSTORMS EV3

• тестирование модели робота, устранение дефектов и неисправностей.

3. Заключительный этап (апрель  2016 г.)

• защита проекта  
• демонстрация модели робота  

Введение

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса

Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд, rob — раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

 Слово «робот» ввел Карел Чапек  один из самых известных чешских писателей XX века, прозаик и драматург, фантаст.

Три закона робототехники сформулировал Айзек Азимов американский писатель-фантаст, популяризатор науки, биохимик.

1.  Робот не должен причинять человеку вред или допускать, не вмешиваясь, чтобы человеку был нанесен ущерб.

2.  Робот должен выполнять приказания, отдаваемые людьми, за исключением тех случаев, когда они приводят к нарушению закона 1.

3.  Робот должен защищать свое существование, за исключением тех случаев, когда такая защита может привести к нарушению законов 1 и 2.

1) Теоретическая часть

LEGO mindstorms EV3

1. Микрокомпьютер ЕV3

2. Моторы

3. Датчики

4. Кабели

5. Детали

Микрокомпьютер EV3 служит центром управления и энергетической станцией робота

Этот мощный микрокомпьютер сделает работу с устройством успешной,  позволит вам с легкостью  достичь высоких показателей работы.

 Контролирует моторы, собирает данные датчиков.

Содержит интуитивно понятный интерфейс управления из шести кнопок, есть функция изменения подсветки для режимов работы. Дисплей монохромный, отличается высоким разрешением. Работает с поддержкой Bluetooth, а также WiFi, usb-порт, слот для распознавания карт памяти (фрмат mini SD), что дополнительно упрощает вашу работу и расширяет ваши возможности. При желании вы можете настроить связь с компьютером или мобильными устройствами. Создание различных программ и регистрация данных проходит на микрокомпьютере.

Моторы

За движение робота отвечает большой сервомотор, который подключается к микрокомпьютеру EV3 и заставляет робота двигаться: ехать вперед и назад, поворачиваться и проезжать по заданной траектории. Данный сервомотор имеет встроенный датчик вращения, который позволяет очень точно контролировать перемещение робота и его скорость.

Большой мотор — это мощный «умный» мотор. У него есть встроенный датчик вращения, который измеряет обороты мотора (в градусах или оборотах).

Средний мотор также имеет встроенный датчик вращения (с разрешением 1 градус), но он меньше и легче, чем большой мотор.

Датчики

Датчик касания - это аналоговый датчик, который может определять, когда красная кнопка датчика нажата, а когда отпущена.

Датчик будет незаменим при конструировании сложных роботов, создания систем контроля. Такая модель способна найти предмет, выбраться из лабиринта. Датчик касания покажет принцип работы музыкальных инструментов, кухонных предметов и клавиатур компьютеров.

Отличительные особенности:

Встроена фронтовая кнопка
Возможность автоматического распознавания обеспечением EV3

Датчик цвета

Датчик цвета - это цифровой датчик, который может определять цвет или яркость света, поступающего в небольшое окошко на лицевой стороне датчика.

Цифровой датчик цвета EV3 способен определить 8 различных цветов.

Он также может использоваться как датчик освещенности.

 Благодаря этому датчику вы можете построить роботов-сортировщиков, использующих цветовые индикаторы для сортировки.

Экспериментируйте со световым отражением различных цветов. Все это дает глубокое понимание технологии, широко использующейся в переработке отходов, производстве упаковок и в сельском хозяйстве.

Инфокрасный датчик

С помощью ультразвукового датчика робот сможет обнаруживать препятствия и определять их удаленность в дюймах или сантиметрах.

Цифровой ИК-датчик EV3 способен определять приближение робота.

 Он также способен улавливать ИК-сигналы,  излучаемые ИК-маяком, позволяя создавать  дистанционно управляемых роботов, навигационные системы для преодоления препятствий.

Гироскопический датчик

Это цифровое гироскопическое устройство позволит получить высокоточную информацию о движении вращения вашего робота. Также датчик может показывать малейшие изменения движения и положения модели.

Набор кабелей для подключения моторов и датчиков к модулю EV3

Программное обеспечение EV3

Программное обеспечение – это мозг любого робота от простого до самого высокотехнологичного.

Программирование

Органы чувств помогают человеку ориентироваться в окружающем его мире. У робота для ориентации есть специальные устройства, которые называются – датчики.

Датчик освещенности позволяет определить освещенность помещения и, что чаще всего используется, способность поверхности отразить поток света.

Перед началом программирования, необходимо провести калибровку сенсора освещенности. После чего, измерить, что показывает сенсор на разных частях карты светлой и темной части карты. Пусть после калибровки, показания сенсора будут 30% на темной стороне и 70% процентов на светлой.

• Действие алгоритма основано на том, что в зависимости от степени перекрытия, пучка подсветки датчика чёрной линией, возвращаемые датчиком показания градиентно варьируются. Робот сохраняет положение датчика света на границе чёрной линии. Преобразовывая входные данные от датчика света, система управления формирует значение скорости поворота робота.
• Более устойчиво алгоритм работает, если использовать моторы с управлением скоростью –100...100.
• В этом случае есть возможность отрегулировать плавность поворота в соответствии с кривизной линии
• Так как на реальной траектории датчик формирует значения во всём своём рабочем диапазоне (0-100), то значением к которому стремиться робот, выбрано 50. В этом случае значения передаваемые функции поворота формируются в диапазоне -50 - 50, но этих значений недостаточно для крутого поворота траектории. Поэтому следует расширить диапазон в полтора раза до -75 - 75.

Использование двух датчиков позволяет более чётко разграничить отклонение датчиков от линии и позволяет легко отфильтровывать/подсчитывать перекрёстки или сложные повороты на траектории.

 Задача движения робота по траектории является классической, идейно простая, она может решаться много раз, и каждый раз вы будете открывать для себя что-то новое.

Существует множество подходов для решения задачи следования по линии. Выбор одного из них зависит от конкретной конструкции робота, от количества сенсоров, их расположения относительно колёс и друг друга.

Возможные проблемы:

1.Робот крутится на месте, не заезжая на линию

В этом случае следует либо стартовать с другой стороны линии, либо поменять подключения моторов к контроллеру местами.

2.Робот проскакивает линию, не успевая среагировать

Следует понизить мощность моторов

3.Робот реагирует на мелкие помехи на белом, не доезжая до черного.

Надо увеличить порог чувствительности датчика (например, не на 5, а на 8 пунктов). Вообще говоря, это число можно рассчитать. Для этого следует снять показания датчика на белом, затем на черном, вычесть одно из другого и поделить пополам.

Заключение

Робототехника является одним из важнейших направлений научно -технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

             За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами —таковы, например, лифты, без которых уже немыслима наша жизнь. Конструктор Mindstorms EV3 приглашает нас войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий.

Работать с конструктором очень интересно. Узнавая больше о его

возможностях, можно решать любые технические задачи.

 Перспективы развития проекта

• создание новых моделей роботов и программ для них
• участие в различных состязаниях робототехники

Демонстрация моего  робота

Теперь нужно протестировать мою работу.

Я доволен результатом. Получилось то, что я хотел.

Список литературы:

1. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов/Д.Г.Копосов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 87 стр.
2. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2010, 195 стр.
3. Образовательная робототехника в дополнительном образовании школьников: Методическое пособие/ Гинзбург Е.Е., Винокурова А.В. – Йошкар-Ола: ОАНО «Инфосфера», 2011. – 32 стр.
4. Программное обеспечение MINDSTORMS EV3 .
5. Алгоритмы и программы движения по линии Lego Mindstorm EV3

 Л.Ю. Овсяницкая и др.

Интернет ресурсы:

• http://lego.rkc-74.ru/
• http://www.lego.com/education/
• http://www.wroboto.org/
• http://www.roboclub.ru/
• http://robosport.ru/