"Робототехника и Легоконструирование" Повышенный уровень "Робосумо. Правила. Требования. Подготовка робота"
презентация к уроку

Слайд 1

Подготовка к робототехническим состязаниям. Соревновательное направление «Сумо»

Слайд 2

Соревновательная робототехника Особенности робототехнического творчества: опора на результаты исследовательской деятельности, где конечная цель – нахождение способа применения научных данных в практической деятельности, связанной с разработкой, созданием и эксплуатацией робототехнических устройств и систем. Соревновательные мероприятия как один из видов неформального образования являются той открытой образовательной средой, которая предоставляет возможность получения гибких, индивидуализированных, созидающих знаний. При этом работа в процессе обучения всегда ориентирована на результат: создание робото-технической системы, обладающей определенными свойствами, качество и эффективность которой может быть оценено независимыми экспертами, если ее представить на фестивалях, соревнованиях, выставках.

Слайд 3

Сумо

Слайд 4

Конструкция робота для соревнования "Сумо". Базовое поведение робота в "Сумо" очень похоже на поведение робота в "Кегельринге" . Роботу также необходимо найти внутри поля объект и вытолкать его за пределы круга. Различия, как водится, кроятся в деталях: теперь этот объект в свою очередь ищет нашего робота и тоже жаждет вытолкать его поскорее. Тем не менее - сосредоточимся на своей цели: искать соперника нам по-прежнему будет помогать один из датчиков, способных определять предметы на расстоянии (инфракрасный или ультразвуковой), а своевременно определять черную границу поля будем с помощью датчика цвета. Поэтому для создания и отладки программы робота-сумоиста можно использовать того же самого робота, что и для кегельринга.

Слайд 6

Для того, чтобы защитить впереди расположенный датчик от взаимодействия с соперником, соорудим бампер и закрепим его на нашем роботе. Ниже приведены подробные инструкции для сборки, как из домашней, так и из образовательной версии конструктора Lego mindstorms EV3. Можете поэкспериментировать и придумать собственный вариант конструкции. Lego mindstorms EV3 Education

Слайд 7

Получившийся элемент закрепим на передней балке нашего робота .

Слайд 8

Создание программы для соревнования "Сумо". Первая мысль, которая приходит в голову: использовать программу для "Кегельринга" , внеся в неё косметические изменения. Действительно, алгоритмы поведения робота в "Кегельринге" и в "Сумо" очень похожи. Они реализуют поиск объекта и выталкивание его за пределы поля. Можно загрузить в робота-сумоиста программу для "Кегельринга" , но работать такой сумоист будет не очень эффективно. Тем не менее, знания, полученные на предыдущем уроке, пригодятся нам сейчас.

Слайд 9

Поведенческую модель робота-сумоиста можно условно разделить на две части: поиск соперника и атака соперника . Сначала займемся реализацией первой части - поиска соперника . Подробно пропишем последовательность действий нашего робота при обнаружении соперника на поле: вращаться вокруг своей оси, пока впереди расположенный датчик не обнаружит соперника; остановиться напротив соперника. Эта последовательность действий полностью повторяет алгоритм поиска роботом кегли в "Кегельринге" , но, так как, расстояние между роботами в "Сумо" может превышать расстояние от робота до кегли, то нам необходимо выбрать другое пороговое значение для используемого датчика. Установим соперников на поле напротив друг друга, как показано на рисунке ниже.

Слайд 11

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 соперника, установив соответствующий режим отображения показаний. В нашем случае ультразвуковой датчик в режиме "Расстояние в сантиметрах" показывает значение - 56,1 (Рис. 1 поз. 2) . За пороговое значение примем число - 57 .

Слайд 12

Рис. 1

Слайд 13

Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" показывает значение - 68 (Рис. 2 поз. 2) . За пороговое значение примем число - 70 . Рис. 2

Слайд 14

Ультразвуковой датчик 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. 3 поз.1) . Для поиска соперника используем программный блок "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Ультразвуковой датчик - Сравнение - Расстояние в сантиметрах" с пороговым значением срабатывания датчика, равным 57 (Рис. 3 поз. 2) . После того, как робот окажется напротив соперника, используя программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 3 поз. 3) .

Слайд 15

Рис. 3

Слайд 16

Инфракрасный датчик 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. 4 поз.1) . Для поиска соперника воспользуемся программным блоком "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Инфракрасный датчик - Сравнение - Приближение", с пороговым значением срабатывания датчика, равным 70 (Рис. 4 поз. 2) . После того, как робот окажется напротив соперника, используя программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 4 поз. 3) .

Слайд 17

Рис. 4

Слайд 18

На этапе отладки этого алгоритма вам придется, подбирая значения "Мощность" моторов "B" и "C" а также пороговое значение датчика, добиться от вашего робота точного обнаружения и остановки строго напротив соперника. Только после этого можно будет переходить к программной реализации алгоритма атаки.

Слайд 19

Приступим к поэтапной реализации алгоритма атаки соперника : для этого создадим в проекте временную программу "lesson-12-1" и начнем её наполнение программными блоками. Возьмем программный блок "Цикл" "Оранжевой палитры" . Внутрь блока "Цикл" поместим программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" . Режим работы блока установим в значение "Включить" (Рис. 5 поз. 1) , мощности моторов "B" и "C" установим в максимальное значение - 100 (Рис. 5 поз. 2) .

Слайд 20

Следом за блоком "Независимое управление моторами" поместим программный блок "Датчик цвета" "Желтой палитры" . Режим работы блока установим в значение "Сравнение - Яркость отраженного света" (Рис. 6)

Слайд 21

Параметры "Тип сравнения" и "Пороговое значение" на Рис. 7 поз. 1, 2 установим таким образом, чтобы выходной параметр "Результат сравнения" (Рис. 7 поз. 3) выдавал логическое значение "Истина" при пересечении датчиком цвета черной границы ринга.

Слайд 22

В случае использования ультразвукового датчика за блоком "Датчик цвета" установим программный блок "Ультразвуковой датчик" "Желтой палитры" . Режим работы блока установим в значение "Сравнение - Расстояние в сантиметрах" (Рис. 8 поз. 1) . Параметр "Тип сравнения" (Рис. 8 поз. 2) , параметр "Пороговое значение" (Рис. 8 поз. 3) установим таким образом, чтобы выходной параметр "Результат сравнения" (Рис. 8 поз. 4) выдавал логическое значение "Истина" в случае потери из виду роботом соперника .

Слайд 23

В случае использования инфракрасного датчика за блоком "Датчик цвета" установим программный блок "Инфракрасный датчик" "Желтой палитры" . Режим работы блока установим в значение "Сравнение - Приближение" (Рис. 9 поз. 1) . Параметр "Тип сравнения" (Рис. 9 поз. 2) , параметр "Пороговое значение" (Рис. 9 поз. 3) установим таким образом, чтобы выходной параметр "Результат сравнения" (Рис. 9 поз. 4) выдавал логическое значение "Истина" в случае потери из виду роботом соперника.

Слайд 24

Если наш робот потеряет соперника, то значение выходного параметра "Результат сравнения" датчика, следящего за соперником, также примет значение "Истина" . В любом из этих случаев нам следует прекратить атаку, завершив наш цикл. В этом нам поможет программный блок "Логические операции" "Красной палитры" . Познакомимся с этим блоком подробнее: программный блок "Логические операции" предназначен для выполнения операций над логическими данными (Рис. 10) .

Слайд 25

Выбранный режим программного блока "Логические операции" "Красной палитры" определяет одну из четырех операций над логическими данными: "И (AND)" , "ИЛИ (OR)" , "Исключающее ИЛИ" и "Исключение (NOT)". Д ва входных параметра "a" и "b" (для операции "Исключение (NOT)" - один входной параметр "a" ) передают в программный блок входные значения, а результирующее значение выдается выходным параметром "Результат" . Если вы ранее не сталкивались с логическими операциями, то можете ознакомиться с базовыми знаниями в прилагаемой справке под спойлером.

Слайд 26

За программным блоком "Ультразвуковой датчик" или "Инфракрасный датчик" поместим программный блок "Логические операции" "Красной палитры" . Выходной параметр "Результат сравнения" программного блока "Датчик цвета" (Рис. 11, 12 поз. 1) соединим с входным параметром "a" программного блока "Логические операции" (Рис. 11, 12 поз. 4). Выходной параметр "Результат сравнения" программного блока "Ультразвуковой (инфракрасный) датчик" (Рис. 11, 12 поз. 2) соединим с входным параметром "b" программного блока "Логические операции" (Рис. 11, 12 поз. 5). Режим работы программного блока "Логические операции" установим в "ИЛИ (OR)" (Рис. 11, 12 поз. 3) . В этом случае результат выполнения логической операции будет принимать значение "Истина" , только если будет выполнено одно из условий: датчик цвета пересёк черную линию, робот потерял соперника.

Слайд 27

Установив режим программного блока "Цикл" в значение "Логическое значение" (Рис. 11, 12 поз. 7) , выходной параметр "Результат" программного блока "Логические операции" (Рис. 11, 12 поз. 6) соединим с входным параметром "Пока не будет истина" программного блока "Цикл" (Рис. 11, 12 поз. 8) . Данные настройки завершат выполнение цикла при "Истинном" результате выполнения логической операции.

Слайд 28

Законченная программа сумоиста должна в бесконечном цикле выполнять последовательно поиск соперника, а затем - атаку соперника. Можно было бы уже объединить обе части нашей программы, если бы не одно маленькое дополнение. Если наш робот остановился над границей ринга, то перед тем, как начать поиск, роботу следует, отъехав немного назад, вернуться внутрь ринга

Слайд 29

Дополним нашу программу атаки следующим кодом: за пределами цикла атаки, воспользуемся программным блоком " Переключатель" "Оранжевой палитры" . Режим работы блока "Переключатель" установим в "Датчик цвета - Сравнение - Яркость отраженного света". Параметры "Тип сравнения" и "Пороговое значение" установим аналогично ранее используемым в программном блоке "Датчик цвета" "Желтой палитры" . Следовательно, если наш робот остановился над черной линией, то выполнение будет передано верхнему контейнеру программного блока "Переключатель" .

Слайд 30

Именно в верхний контейнер поместим программный блок "Рулевое управление" "Зеленой палитры" , с настройками параметров, заставляющими робота отъехать назад на один оборот моторов. В нижний контейнер программного блока "Переключатель" поместим программный блок, выключающий моторы (Рис. 13) . Повторно протестировав алгоритм атаки, убедимся, что после того, как робот-сумоист вытолкал соперника за пределы ринга, он вернулся немного назад.

Слайд 31

Вот теперь можно завершить разработку программы для робота-сумоиста. Внутрь бесконечного цикла последовательно вложим программу поиска соперника, а затем программу атаки соперника. Попробуйте выполнить эту работу самостоятельно, не подглядывая в решение.

Слайд 32

Программа, которую мы разобрали с вами на этом занятии, реализует только один прямой силовой алгоритм поведения робота-сумоиста. Она подразумевает, что в прямом силовом противостоянии робот должен непременно одолеть своего соперника.

Слайд 33

Главная же цель этого занятия - на практическом примере показать вам метод непрерывной обработки показаний от пары датчиков. Можно ли усовершенствовать нашу программу? Безусловно! Например, используя программный блок "Случайное значение" "Красной палитры" , изменить алгоритм поиска соперника таким образом, чтобы задавать случайное вращение робота влево или вправо, тем самым, дезориентируя соперника. Попробуйте самостоятельно встроить в нашу программу этот дополнительный код. Подумайте так же над тем, какие изменения нужно внести в прорамму, в случае проведения соревнования на черном ринге с белой границей.