«Использование датчиков расстояния и касания для огибания препятствий роботом NXT Mindstorms».
|
Даты проведения с 2018-01-01 по 2018-12-01 |
Аннотация
Идея создать специальную программу, с помощью которой роботы смогли бы распознавать и объезжать препятствия, пришла спонтанно. Сначала мы просто собирали и программировали роботов по предложенным схемам. Но, когда это стало получаться быстро и легко, решили усложнить механизмы — научить киборгов преодолевать преграды.
Сначала мы собрали робота из маленьких деталей, как конструктор, а затем написали для него код в специальной программе, который и «научил» киборга действовать по задуманной схеме. Затем код перенесли из компьютера в память робота.
Теперь, если на пути механического устройства на расстоянии 25 сантиметров от него находится какое-либо препятствие, робот опознает и объезжает преграду. Умеет он и реагировать на прикосновения — в этом случае срабатывает специальный датчик, после чего киборг разворачивается и продолжает движение в ином направлении. Действиями робота можно управлять и дистанционно — с телефона или планшетника. Правда, для этого на них должно быть установлено специальное программное обеспечение.
По нашему мнению, помощь таких устройств может быть полезной при создании различных карт. Например, передвигаясь по незнакомой местности, робот распознает и отметит препятствия на ландшафте. Затем их нужно будет лишь перенести на схему.
Введение
Современный мир трудно представить без робототехники. Что же такое робот?
Робот – это электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство, программа, либо их комбинация, работающая без участия человека и выполняющие действия, обычно осуществляемые человеком. Другими словами робот – это автоматическое устройство, имитирующее движения и действия человека.
Современных роботов можно условно разделить на три категории: промышленных, домашних, роботов-игрушек.
Промышленные роботы способны практически полностью заменить человека на многих заводах: например, на большинстве автомобильных заводов всю сборочную работу выполняют именно роботы, человеку же остается только контролировать их. В таком подходе много плюсов: механические «рабочие» не допускают ошибок, не устают, им, в конце концов, не нужно платить зарплату.
Домашние роботы не приспособлены к экстремальным условиям, они не могут выполнять сложную работу. Их задача — помочь человеку в быту и развлечь его. Существует огромное количество недорогих домашних роботов: роботы-пылесосы, роботы-газонокосильщики и многие другие.
Робот игрушка – это великолепный подарок и забавный компаньон. Обладая искусственным интеллектом, робот способен вызвать море радости у ребенка, развеселить компанию друзей и подарить улыбку. Из года в год разработчики радиоуправляемых роботов и других популярных игрушек-роботов из мира животных: собак, динозавров, наделяют их все большими возможностями и "интеллектуальными" функциями. Сейчас роботы уже не просто детские игрушки.
Моё знакомство с роботами LEGO Mindstorms NXT произошло в декабре 2010 года. Mindstorms NXT - настоящий интеллектуальный робот из конструктора Lego, обладающий безграничными возможностями! Чем же это чудо - игрушка так хороша? Сердце Lego Mindstorms - это компьютерный контроллер NXT с широким кругом периферийного оборудования, включающего в себя Bluetooth-модуль для возможности управления роботом в реальном времени с помощью вашего мобильного телефона! Информацию об окружающем их мире Lego Mindstorms NXT роботы получают от
четырех датчиков. Самый простой из них - датчик прикосновения реагирует на сенсорные воздействия. К примеру, если ваш робот Lego Mindstorms NXT в качестве погрузчика встречает на своем пути груз, то датчик дает контроллеру команду и срабатывает захват.
Идея создать специальную программу, с помощью которой роботы смогли бы распознавать и объезжать препятствия, пришла спонтанно, и очень меня заинтересовала.
Актуальность: В нашем проекте рассматриваются датчики расстояния, которые нашли свое применение в областях, где необходимо определять зону приближения или положения объекта. Например, к таким областям промышленности с системами автоматизации и контроля технологических процессов относятся:
•Станкостроение;
•Автомобилестроение;
•Нефтехимическая промышленность.
Ультразвуковые датчики приближения могут реализовать следующие функции управления
•Контроль приближения или положения объекта;
•Регистрация наличия или отсутствия объекта;
•Определение скорости.
Цель проекта, используя, датчик расстояния и касания создать робот NXT Mindstorms 2.0, который будет огибать препятствия на пути.
Задачи:
1. Сконструировать робот NXT Mindstorm 2.0 из Lego конструктора;
2.Познакомиться с программой Lego Mindstorm Educathion для создание программ, исполнителем которых будет являться робот NXT Mindstorm 2.0 ;
3.Изучить назначение датчиков касания и расстояния для дальнейшего использования в программировании роботов
4. Составить программу для робота-исследователя, который будет реагировать на препятствия на его пути.
Устройство робота NXT MINDSTORM 2.0
«Мозг» ПервоРобота – это микрокомпьютер LEGO® NXT, снабженный входными портами для датчиков и выходными портами для исполнительных устройств, делающий робота программируемым, интеллектуальным, способным принимать решения. Можно загружать в микрокомпьютер NXT программу, созданную на настольном компьютере с помощью программного обеспечения для настольного компьютера ПервоРобот NXT, а можно обойтись и без помощи компьютера – используя меню NXT Program (Программы NXT), например, запрограммировать робота таким образом, чтобы он двигался вперёд и назад при нажатии кнопки датчика касания.
Для обмена данными между персональным компьютером и микрокомпьютером NXT можно воспользоваться USB портом. А можно установить беспроводное соединение между NXT и другими устройствами, поддерживающими Bluetooth-связь, например, с другими NXT, с мобильными телефонами или с компьютерами.
Составные части робота:
Характеристика сенсоров NXT Mindstorms
| Название сенсора | Внешний вид | Краткое описание |
| Сенсор звука NXT | Позволяет роботу реагировать на звуки различной громкости – можно запрограммировать робота так, чтобы его действия зависели от показаний датчика звука. | |
| Сенсоррасстояния NXT (ультразвуковой сенсор) | Помогает роботу измерять расстояние до окружающих предметов, избегать препятствий и реагировать на движение других объектов. | |
| Сенсор освещенности NXT | Позволяет роботу реагировать на изменение освещённости и цвета поверхности. | |
| Сенсор касания NXT | Даютроботувозможность «ощущать» окружающие его препятствия.Можно запрограммировать датчик касания так, чтобы действия робота зависели от того, нажата кнопка датчика или отпущена. | |
| Двигатель-тахометр NXT | Три интерактивных сервомотора оснащены встроенными датчиками оборотов, которые управляют мощностью моторов, измеряют и задают различную скорость вращения, обеспечивая высокую точность движений робота. |
Робот «Исследователь»
Мы создали робота, в котором использовали два вида датчиков: датчик расстояния и датчик касания. Датчик расстояния измеряет расстояние до предметов при помощи импульсов, которые он направляет, эти импульсы отражаются от предметов и возвращаются к роботу за определенное время (основан на принципе работы радара). Датчик касания даёт роботу возможность «ощущать» окружающие его препятствия.
Когда робот исследователь будет врезаться в препятствующий ей предмет своим бампером или будет видеть препятствие, то эти датчики будут сообщать что нужно развернуться и ехать в другое место, так робот исследователь будет кататься бесконечно, пока Вы не выключите его. Программу для робота мы составили в среде программирования Lego Mindstorms NXT, использовали разветвляющийся алгоритм, так как нашему роботу необходимо для правильной работы в зависимости от полученных данных из внешней среды выполнять два вида действия : ехать прямо или совершать поворот на определенный угол и продолжать ехать дальше.
Программадляогибанияпрепятствийроботомсозданавсреде программирования Lego Mindstorm Educathion и выглядит следующим образом:
8
Подробное описание программы робота «Исследователя»:
| Номер
блока | Изображение | Описание |
| 1 |
| Этот блок программы отвечает за начало движения робота И срабатывания датчика касания и датчика расстояния, если предмет находится на расстоянии 25см. А если же не сработал не один из датчиков, то продолжить движение. |
| 2 | На данном этапе программа при срабатывании датчика касания,торобот воспроизводит звук и отъезжает назад и начинает сканировать все препятствия в радиусе 90 градусов, и в соответствии с полученными данными принимаетрешение. | |
| 3 |
| Если сработал датчик расстояния, то это означает что на расстоянии в 25см появилось препятствие, и необходимотакже просканировать местность, принятьрешениеи продолжить путь. |
| 4 |
| Вся программа заключена в цикл, т.е она будет выполняться повторно после прохождения препятствия. |
Выводы
Конструирование роботов это довольно интересный и увлекательный процесс, в который я втянулся с 7 класса и по сей день этим увлекаюсь. Но в роботах Mindstorms
очень большую роль играет не сам процесс сборки, а процесс программирования робота, то есть написания программы, которую будет выполнять робот. На данном этапе я столкнулся с проблемой составления и реализации алгоритмов на компьютере. Я подробно изучил структуры линейных, разветвляющих и циклических алгоритмов.
Считаю, что на роботах можно наглядно отобразить выполнении различных структур алгоритмов.
Мой робот «Исследователь» это результат многодневной кропотливой работы над программным кодом, благодаря которому я научился моделировать ситуацию и представлять информационную модель в реальный объект, который может «думать» и принимать верные решения, следуя составленному мною алгоритму.
В дальнейшем планирую усовершенствовать своего «Исследователя» таким образом, чтобы он мог передавать данные на расстоянии или фиксировать их в своей памяти в виде фотографий или каких либо графиков и чисел. Так же считаю, что используя датчики касания и расстояния можно запрограммировать робота, так чтобы он мог выйти из лабиринта. Я думаю, что это будет мой следующий научный проект.
Список литературы
1.Гаазе-Рапопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амебы до робота: модели поведения. -М.: Наука, 1987.
2.Карпов В.Э. Импринтинг и центральные моторные программы в робототехнике. IV-я Международная научно-практическая конференция "Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте" (28-30 мая 2007 г.) Сб. научн. трудов, М.: Физматлит, 2007.
3.Добрынин Д.А., Карпов В.Э. Моделирование некоторых форм адаптивного поведения интеллектуальных роботов. //Информационные технологии и вычислительные системы.
Ссылки на ресурсы в Интернете
http://www.ai.hccnet.nl/projectgroepen/B-AI-kar.html http://www.discuss.visual-prolog.com http://wiki.visual-prolog.com
Проект опубликовал
