A LEGO robot labirintuson keresztül hajt: 9 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Ez egy egyszerű, autonóm robot, amelyet arra terveztek, hogy a labirintuson keresztül a kijárathoz vezessen. LEGO Mindstorms EV3 segítségével készült. Az EV3 szoftver számítógépen fut, és létrehoz egy programot, amelyet aztán letölt egy EV3 Brick nevű mikrokontrollerre. A programozási módszer ikon alapú és magas szintű. Nagyon könnyű és sokoldalú.

ALKATRÉSZEK

1. LEGO Mindstorms EV3 készlet
2. LEGO Mindstorms EV3 ultrahangos érzékelő. Nem tartalmazza az EV3 szettet.
3. Hullámkarton a labirintushoz. Két kartondoboznak elegendőnek kell lennie.
4. Egy kis darab vékony karton, amely segít stabilizálni néhány sarkot és falat.
5. Ragasztó és szalag a kartondarabok összekapcsolásához.
6. Piros üdvözlőlap boríték a labirintus kijáratának azonosítására.

ESZKÖZÖK

1. Hasznos kés a karton vágásához.
2. Acél vonalzó segíti a vágási folyamatot.

KERÜLETMEGOLDÁSI MÓDSZER

A labirintusban való navigálásnak számos módja van. Ha érdekli a tanulmányozás, nagyon jól leírja őket a következő Wikipédia -cikk:

A bal oldali falkövető szabályt választottam. Az ötlet az, hogy a robot a bal oldalán egy falat tart, és a következő döntéseket hozza, amikor áthalad a labirintuson:

1. Ha lehetséges balra fordulni, tegye meg.
2. Ellenkező esetben menjen egyenesen, ha lehetséges.
3. Ha nem tud balra vagy egyenesen menni, forduljon jobbra, ha lehetséges.
4. Ha a fentiek egyike sem lehetséges, akkor ennek zsákutcának kell lennie. Fordulj meg.

Egy óvatosság az, hogy a módszer meghiúsulhat, ha a labirintusban van hurok. A hurok elhelyezésétől függően a robot folyamatosan körbejárhatja a hurkot. Egy lehetséges megoldás erre a problémára az lenne, ha a robot átállna a jobb oldali falkövető szabályra, ha rájönne, hogy hurokban megy. Ezt a finomítást nem vettem bele a projektembe.

A ROBOT ÉPÍTÉSÉNEK LÉPÉSEI

Bár a LEGO Mindstorms EV3 nagyon sokoldalú, minden egyes típusú érzékelőből legfeljebb egyet engedélyez egy téglához. Két vagy több tégla láncba köthető, de nem akartam másik téglát vásárolni, ezért a következő érzékelőket használtam (három ultrahangos érzékelő helyett): infravörös, színérzékelő és ultrahangos érzékelő. Ez jól sikerült. Az alábbi fotópárok bemutatják, hogyan kell felépíteni a robotot. Minden pár első fotója a szükséges alkatrészeket mutatja, a második pedig ugyanazokat az alkatrészeket.

Lépés: A robot alapja

Az első lépés a robot alapjának felépítése a bemutatott alkatrészek felhasználásával. A robot alapja fejjel lefelé látható. A robot hátsó részén található kis L alakú rész támaszt a hátnak. Csúszik, ahogy a robot mozog. Ez rendben működik. Az EV3 készletnek nincs gördülőgolyós része.

2. lépés: Az alap teteje

A következő 3 lépés a robot alapjának tetejére, a színérzékelőre és a kábelekre vonatkozik, amelyek mind 10 cm (26 cm) kábelek

3. lépés: Infravörös és ultrahangos érzékelők

Ezután az infravörös érzékelő (a robot bal oldalán) és az ultrahangos érzékelő (a jobb oldalon). Ezenkívül a 4 csap a tégla tetejére való rögzítéséhez.

Az infravörös és ultrahangos érzékelők a normál vízszintes helyett függőlegesen helyezkednek el. Ez lehetővé teszi a falak sarkainak vagy végeinek jobb azonosítását.

4. lépés: Kábelek

Csatlakoztassa a téglát és csatlakoztassa a kábeleket az alábbiak szerint:

• B port: bal nagy motor.
• C port: jobb nagy motor.
• 2. port: ultrahangos érzékelő.
• 3. port: színérzékelő.
• 4. port: infravörös érzékelő.

5. lépés: A robot építésének utolsó lépése: dekoráció

A szárnyak és az uszonyok csak dekorációra szolgálnak.

6. lépés: A program pszeudokódja

1. Várjon 3 másodpercet, és mondja: „Menj”.
2. Indítsa el a robotot egyenesen előre.
3. Ha lehetséges balra kanyarodni (azaz ha az infravörös érzékelő nem érzékel egy közeli tárgyat), akkor mondja ki a „Bal” gombot, és menjen balra.
4. Menjen előre körülbelül 15 cm -rel, hogy elkerülje a hamis balra fordulást. Ennek oka az, hogy miután a robot megfordult, az érzékelő látta a hosszú teret, ahonnan éppen jött, és a robot azt gondolná, hogy balra kell fordulnia, ami nem megfelelő. Térjen vissza a 2. lépéshez.
5. Ha nem lehet balra kanyarodni, ellenőrizze, mit lát a színérzékelő a robot előtt.
6. Ha nincs szín (azaz nincs objektum), akkor térjen vissza a 2. lépéshez.
7. Ha a szín piros, akkor ez a kijárat. Állítsa le a robotot, játsszon fanfárt, és állítsa le a programot.

8. Ha a színe barna (azaz barna karton előtt), akkor állítsa le a robotot.

   1. Ha lehetséges jobbra kanyarodni (azaz ha az ultrahangos érzékelő nem érzékel egy közeli tárgyat), akkor mondja ki a „Right” (jobbra) lehetőséget, és menjen jobbra. Térjen vissza a 2. lépéshez.
   2. Ha nem lehet jobbra kanyarodni, mondja azt, hogy „Uh-oh”, menjen vissza körülbelül 12,5 cm-re, és forduljon meg. Térjen vissza a 2. lépéshez.

7. lépés: Programozás

A LEGO Mindstorms EV3 nagyon kényelmes ikon-alapú programozási módszerrel rendelkezik. A blokkok a számítógép képernyőjének alján jelennek meg, és a program létrehozásához áthúzhatók a programozási ablakba. A képernyőkép a projekt programját mutatja. A blokkokat a következő lépésben ismertetjük.

Nem tudtam rájönni, hogyan állíthatom be a program letöltését az embereknek, így a blokkokat a következő lépésben ismertetjük. Minden blokk rendelkezik opciókkal és paraméterekkel. Nagyon könnyű és sokoldalú. Nem sok időbe telhet, amíg kifejleszti a programot és/vagy megváltoztatja azt az igényeinek megfelelően. Mint mindig, a program fejlesztése során érdemes rendszeresen menteni a programot.

Az EV3 Brick USB-kábellel, Wi-Fi-n vagy Bluetooth-on keresztül csatlakoztatható a számítógéphez. Ha csatlakoztatva van és be van kapcsolva, ezt egy kis ablak jelzi a számítógép EV3 ablakának jobb alsó sarkában. A jobb oldali „EV3” pirosra vált. Ha ez a kijelző Port nézetre van állítva, akkor valós időben mutatja, hogy mit érzékel az egyes érzékelők. Ez hasznos a kísérletezéshez.

A program felépítésekor azt javaslom, hogy balról jobbra és fentről lefelé haladva dolgozzon, és növelje a hurok- és kapcsolóblokkokat, mielőtt más blokkokat magába húz. Rendetlen problémákba ütköztem, amikor további blokkokat akartam beilleszteni a nagyítás előtt.

8. lépés: Programblokkok

1. A program bal oldalán kezdődően a Start blokk automatikusan megjelenik, amikor egy programot fejlesztenek.
2. Következzen egy várakozási blokk, amely a program elindítása után 3 másodpercet ad a robot elhelyezésére az útvesztő bejáratánál.
3. A hangblokk miatt a robot azt mondja: „Menj”.
4. A Loop Block a program nagy részét tartalmazza. Mielőtt elkezdené a blokkok beszúrását, a kijelzőt négyszer vagy ötször ki kell kicsinyíteni, és ezt a hurokblokkot szinte a programozási vászon jobb széléig kell kinagyítani. Utána kisebbre tehető.
5. A hurkon belüli első blokk egy mozgató kormányblokk, a kormányzást nullára állítva, és a teljesítményt 20 -ra állítva. Ez elindítja a motorokat egyenesen előre, alacsony fordulatszámon. A gyorsabb sebesség miatt a robot túl messzire mozdulhat el, amikor előrehalad, miközben a következő lépésekben beszél.
6. Az infravörös érzékelő közelségi módjában lévő kapcsolóblokk ellenőrzi, hogy van -e olyan tárgy, amely a 30. értéknél távolabb van. Ez barna karton esetében körülbelül 23 hüvelyknek felel meg. Ha az érték nagyobb, mint 30, akkor a 7., 8. és 9. blokk kerül végrehajtásra, ellenkező esetben a program az alábbi 10. blokkra megy.
7. A hangblokk miatt a robot azt mondja: „Bal”.
8. A Move Steering Block, amikor a kormányzás -45 -re van állítva, a teljesítmény 20 -ra van állítva, az elforgatások 1,26 -ra vannak állítva, és a fék a végén beállítás True -ra van állítva. Így a robot balra fordul.
9. A Move Steering Block a kormányzást nullára állítva, a teljesítményt 20 -ra, a forgást 1,2 -re állítva, és a fék a végén értéket True -ra állítva. Így a robot körülbelül 15 cm -rel előrehalad, hogy elkerülje a hamis balra fordulást.
10. A színérzékelő színmérési módjában lévő kapcsolóblokk ellenőrzi, hogy milyen szín áll a robot előtt. Ha nincs szín (azaz nincs objektum), akkor a program a ciklus végére megy. Ha a szín piros, akkor a 11., 12. és 13. blokk kerül végrehajtásra. Ha a szín barna, akkor a program az alábbi 14. blokkra megy.
11. A Mozgassa a kormányblokkot kikapcsolt üzemmódban a motorok leállításához.
12. A Sound Block fanfart játszik.
13. A hurok megszakítás blokk kilép a hurokból.
14. A Mozgassa a kormányblokkot kikapcsolt üzemmódban a motorok leállításához.
15. Az Ultrasonic Sensor Compare Distance Inches módban lévő kapcsolóblokk ellenőrzi, hogy van -e olyan tárgy, amely 20 cm -nél távolabb van. Ha nagyobb, mint 8 hüvelyk, akkor a 16. és 17. blokkot hajtja végre, ellenkező esetben a program az alábbi 18. blokkra megy.
16. A hangblokk miatt a robot azt mondja: „Rendben”.
17. A Move Steering Block, amikor a kormányzás -55 -re van állítva, a teljesítmény -20 -ra van állítva, a forgatások 1,1 -re vannak állítva, és a fék a végén igazra van állítva. Ezáltal a robot jobbra fordul.
18. A hangblokk miatt a robot azt mondja: „Uh-oh”.
19. Egy mozgatási tartályblokk, amikor a bal oldali tápellátás értéke -20, a jobb oldali tápellátás -20, a forgatások értéke 1, a fék a végén pedig igaz. Így a robot körülbelül 12,5 cm (5 hüvelyk) hátrafelé áll, hogy legyen helye a megfordulásra.
20. Egy mozgatási tartályblokk, amikor a bal oldali tápellátás értéke -20, a jobbra állított teljesítmény értéke 20, a forgatások értéke 1,14, a fék pedig végén pedig igaz. Így a robot megfordul.
21. A hurok kijáratánál egy Stop Program blokk található.

9. LÉPÉS: ÉPÍTETNI KÖZPONTOT

Két hullámkarton kartonnak elegendőnek kell lennie az útvesztőhöz. A labirintus falait 12,5 cm magasra tettem, de 10 cm -nek ugyanolyan jól kell működnie, ha hiányzik a hullámkarton.

Először körbevágtam a kartondobozok falait, 25 cm -re az aljától. Aztán a falakat körbevágtam 5 centiméterre az aljától. Ez több 5 hüvelykes falat biztosít. Továbbá körbevágtam a kartondobozok alját, és körülbelül 2,5 cm -t hagytam a falakon a stabilitás érdekében.

A különböző darabok vághatók, ragaszthatók vagy ragaszthatók, ahol szükséges a labirintus kialakításához. A zsákutcás utakon a falak között 30 cm távolságnak kell lennie. Ez a távolság szükséges ahhoz, hogy a robot megfordulhasson.

Előfordulhat, hogy a labirintus néhány sarkát meg kell erősíteni, és bizonyos egyenes falakat meg kell akadályozni a hajlítástól, ha tartalmaznak kiegyenesített karton sarkot. Kis vékony kartondarabokat kell ragasztani az aljára ezeken a helyeken, az ábrán látható módon.

A kijáraton piros sorompó található, amely fél piros üdvözlőlap borítékból és 2 darab vékony kartonból készült alapból áll, az ábrán látható módon.

Egy óvatosság az, hogy a labirintus ne legyen nagy. Ha a robot kanyarjai kissé szögben vannak a megfelelőtől, néhány eltérés után az eltérések összeadódnak. Például, ha egy balra kanyarodás 3 fokkal lejjebb van, akkor 5 bal kanyar után a robot 15 fokkal elfordul. Egy nagy labirintusnak több kanyarja és hosszabb útja lenne, mint egy kicsinek, és a robot befuthatna a falakba. Többször kellett hegedülnöm a kanyarok Rotations beállításaival annak érdekében, hogy még az általam készített kis labirintusban is sikeres legyen a hajtás.

A JÖVŐ BŐVÍTÉSE

Nyilvánvaló folytatási projekt, hogy a robot képes legyen meghatározni a labirintuson áthaladó közvetlen utat, miközben navigál, és ezt követően meghajtja ezt a közvetlen utat (elkerülve a zsákutcákat).

Ez sokkal bonyolultabb, mint a jelenlegi projekt. A robotnak emlékeznie kell a megtett útra, el kell távolítania a zsákutcákat, el kell tárolnia az új utat, majd követnie kell az új utat. Tervezem, hogy a közeljövőben dolgozom ezen a projekten. Azt várom, hogy a LEGO Mindstorms EV3 segítségével megvalósíthatók tömbműveleti blokkok és néhány matematikai blokk használatával.

ZÁRÓ MEGJEGYZÉS

Ez egy szórakoztató projekt volt. Remélem, te is érdekesnek találod.