Fakulta elektrotechnická Katedra řídicí techniky. Využití robota LEGO MINDSTORMS při výuce předmětu A3B99RO Roboti

ˇ ´ vysoke ´ uc ˇen´ı technicke ´ v Praze Cesk e ´ Fakulta elektrotechnicka ˇ´ıdic´ı techniky Katedra r

´ RSK ˇ ´ PRACE ´ BAKALA A Vyuˇ zit´ı robota LEGO MINDSTORMS pˇ ri v´ yuce pˇ redmˇ etu A3B99RO Roboti

Praha, 2010

Autor: Dan Martinec

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v pˇriloˇzeném seznamu.

V Praze dne

podpis

I

Podˇ ekov´ an´ı T´ımto bych chtˇel podˇekovat vedouc´ımu bakaláˇrské práce Ing. Martinu Hlinovskému Ph.D. za poskytnut´ı pˇr´ıpravk˚ u k u ´lohám a zap˚ ujˇcen´ı LEGO set˚ u. Dále dˇekuji sv´ ym rodiˇc˚ um za jejich lásku, trpˇelivost a porozumˇen´ı a také za to, ˇze jsou tˇemi nejskvˇelejˇs´ımi rodiˇci, které si dovedu pˇredstavit. Rovnˇeˇz dˇekuji sv´ ym bratr˚ um, kteˇr´ı jsou a z˚ ustanou nejen m´ ymi vzory, ale i tˇemi nejlepˇs´ımi pˇráteli.

Nevdˇeˇcný je ten, kdo vrac´ı dobrodin´ı bez u ´roku. Seneca

II

Abstrakt Tato práce pojednává o vyuˇzit´ı LEGO MINDSTORMS pˇri v´ yuce pˇredmˇetu A3B99RO Roboti. Seznamuje s moˇznostmi vyuˇzit´ı stavebnice a podrobnˇe rozeb´ırá programován´ı robota v prostˇred´ı LeJOS-NXJ. Dává instrukce jak provést instalaci a na nˇekolika pˇr´ıkladech ukazuje základn´ı funkce, které toto prostˇred´ı nab´ız´ı. Souˇcást´ı práce je i návrh a ˇreˇsen´ı dvou u ´loh, které mohou b´ yt pouˇzity jako semestráln´ı u ´lohy pro zm´ınˇen´ y pˇredmˇet. Závˇereˇcná ˇca´st práce se vˇenuje webov´ ym stránkám, které budou pˇridány k existuj´ıc´ım stránkám k tomuto pˇredmˇetu.

III

Abstract This thesis discusses the usage of LEGO MINDSTORMS as a teaching tool in the lecture course A3B99RO Robots. It introduces the basic features of this robotics kit and explains in details programming of the robot in the environment LeJOS-NXJ. It gives the instructions of how to install the programming environment for LEGO MINDSTORMS on a PC and shows the basic functions offered by this environment. A part of this thesis is devoted to the designs of two projects and their solutions. The projects can be assigned as a term assignements in the course. The final part deals with constructing web pages on the thesis subject that will be included to the current web pages on this course.

IV

V

Obsah Seznam obr´ azk˚ u

VIII

Seznam tabulek

X

1 Hardwarov´ e vybaven´ı

1

1.1

Inteligentn´ı NXT kostka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

1.2

Senzory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

1.2.1

Dotykov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.2.2

Svˇeteln´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.2.3

Ultrazvukov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.2.4

Zvukov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

NXT Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.3

2 Programov´ an´ı robota

7

2.0.1

V´ yhody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.0.2

Nev´ yhody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.1

Návod na instalaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.2

Kompilace a nahrán´ı programu do NXT . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.3

Pˇr´ıkazová ˇra´dka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.4

V´ yvojové prostˇred´ı NetBeans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.5

Základn´ı pˇr´ıkazy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.5.1

Nˇekolik základn´ıch pˇr´ıkaz˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.5.2

Pˇr´ıklad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

Pokroˇcilejˇs´ı pˇr´ıkazy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

2.6.1

Nˇekolik pokroˇcilejˇs´ıch pˇr´ıkaz˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

2.6.2

Pˇr´ıklady . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Pˇr´ıkazy ovládaj´ıc´ı senzory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.6

2.7

VI

2.7.1

Dotykov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.7.2

Svˇeteln´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.7.3

Ultrazvukov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

2.7.4

Zvukov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3 Soutˇ eˇ zn´ı u ´ lohy ´ 3.1 Uloha: Sledován´ı ˇcáry s kˇr´ıˇzen´ım . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.1.1

Pravidla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.1.2

Plán soutˇeˇze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.1.3

Hardwarové ˇreˇsen´ı u ´lohy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇred´ı NXC . . . . . . . . . . . . . . Reˇ ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇred´ı LeJOS NXJ . . . . . . . . . . . Reˇ

29

3.1.4 3.1.5 3.2

27

30 34

3.1.6 V´ ysledek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ Uloha: Skladiˇstˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

3.2.1

Pravidla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

3.2.2

Plán soutˇeˇze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

3.2.3

Hardwarové ˇreˇsen´ı u ´lohy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

3.2.4

44

3.2.6

Programátorské ˇreˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇred´ı NXC . . . . . . . . . . . . . . Reˇ ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇred´ı LeJOS NXJ . . . . . . . . . . . Reˇ

3.2.7

V´ ysledek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

3.2.5

4 Webov´ e str´ anky

38

47 49

51

4.1

Webová stránka: Návod pro JAVA LeJOS . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

4.2

Webová stránka: Sledován´ı ˇcáry s kˇr´ıˇzen´ım . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

4.3

Webová stránka: Skladiˇstˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

5 Z´ avˇ er

53

Literatura

55

A Pˇ r´ıloha CD

i

VII

Seznam obr´ azk˚ u 1.1

NXT inteligentn´ı kostka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

1.2

Dotykov´ y senzor

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.3

Svˇeteln´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.4

Ultrazvukov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.5

Zvukov´ y senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.6

NXT motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.7

Schéma NXT motoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.8

PWM signál pro 35% u ´roveˇ n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.9

Princip rotaˇcn´ıho senzoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2.1

Flash firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.2

Nové okno na konci flashován´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.3

Ukázka pouˇzit´ı pˇr´ıkaz˚ u nxjc a nxj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.4

Ukázka pˇridán´ı pluginu NXJ do NetBeans . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.5

Ukázka vytvoˇren´ı NXJ projektu v NetBeans . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.6

Pˇridán´ı bal´ıku classes.jar do projektu v NetBeans . . . . . . . . . . . . .

14

2.7

Adresáˇr NetBeans projektu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.8

Build.properties pˇred zmˇenou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.9

Build.properties po zmˇenˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.10 Pˇridaná knihovna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

3.1

Soutˇeˇz´ı dráha pro u ´lohu Sledován´ı ˇca´ry s kˇr´ıˇzen´ım . . . . . . . . . . . . .

29

3.2

Konstrukce robota pro Sledován´ı ˇca´ry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

3.3

V´ yvojov´ y diagram pro koncept Sledován´ı ˇca´ry . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.4

V´ yvojov´ y diagram pro ”Zig-Zag”koncept . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

3.5

Soutˇeˇz´ı dráha pro u ´lohu Skladiˇstˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

3.6

Fotografie soutˇeˇzn´ı dráhy pro u ´lohu Skladiˇstˇe . . . . . . . . . . . . . . .

41

3.7

Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.1. Poloha = rameno nahoˇre . .

42

VIII

3.8

Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.1. Poloha = rameno dole

. . .

42

3.9

Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.2. Poloha = rameno nahoˇre . .

43

3.10 Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.2. Poloha = rameno dole

. . .

44

3.11 V´ yvojov´ y diagram pro skladiˇstˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.12 V´ yvojov´ y diagram pro ”Jed’ k ˇca´ˇre” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46 46

3.13 V´ yvojov´ y diagram pro ”Odvez objekt do skladovac´ıho prostoru” . . . . . 3.14 V´ yvojov´ y diagram pro ”Jed’ ke stˇenˇe” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

4.1

52

Ukázka webové stránky o návodu pro JAVA LeJOS . . . . . . . . . . . .

IX

47

Seznam tabulek 2.1

Pˇrehled programovac´ıch prostˇredk˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.2

Promˇenné prostˇred´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.3

Základn´ı pˇr´ıkazy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.4

Pˇrehled nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch metod tˇr´ıdy Pilot

. . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.5

Pˇrehled nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch pˇr´ıkaz˚ u tˇr´ıdy SimpleNavigator . . . . . . . . . .

21

X

Kapitola 1 Hardwarov´ e vybaven´ı Hardwarové vybaven´ı stavebnice LEGO Mindstorms je pomˇernˇe rozsáhlé. V základn´ım balen´ı LEGO Mindstorms NXT najdeme následuj´ıc´ı souˇcástky: • Inteligentn´ı NXT kostku • Dva dotykové senzory • Jeden ultrazvukov´ y senzor • Jeden svˇeteln´ y senzor • Tˇri interaktivn´ı servomotory s rotaˇcn´ımi senozory pro pˇresnˇejˇs´ı ˇr´ızen´ı • Sedm ˇsesti ˇz´ılov´ ych spojovac´ıch kabel˚ u typu RJ-12 Nyn´ı tento hardware pop´ıˇseme podrobnˇeji.

1

´ VYBAVENÍ KAPITOLA 1. HARDWAROVE

1.1

2

Inteligentn´ı NXT kostka

Obrázek 1.1: NXT inteligentn´ı kostka NXT kostka je základn´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou robota. Obsahuje 32-bitov´ y procesor, bˇeˇz´ıc´ı na frekvenci 48MHz s 256KB flash pamˇeti a 64KB RAM pamˇeti. V´ yhoda této flash pamˇeti je v tom, ˇze do n´ı m˚ uˇzeme nahrát nˇekolik soubor˚ u (program˚ u), které v n´ı z˚ ustanou uloˇzeny i po vypnut´ı NXT kostky. Pro nahrán´ı programu do NXT kostky m˚ uˇzeme vyuˇz´ıt konektor USB 2.0 nebo bezdrátov´ y pˇrenos pomoc´ı technologie Bluetooth. Pro pˇripojen´ı k jednotliv´ ym motor˚ um jsou k dispozici 3 v´ ystupn´ı porty oznaˇcené A, B a C. V´ ystupn´ı signál do motoru je signál PWM, kter´ ym ˇr´ıd´ıme napˇet´ı dodávané do motoru. NXT kostka je vybavena ˇctyˇrmi vstupn´ımi porty, do kter´ ych se nechaj´ı pˇripojit jednotlivé senzory. Pro zobrazován´ı zpráv uˇzivateli je pouˇzit maticov´ y LCD displej s rozmˇery 100x64 pixel˚ u.

1.2

Senzory

Senzor je jednou z nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch komponent kaˇzdého robota. Pomoc´ı senzor˚ u m˚ uˇze robot v reálném ˇcase pˇr´ıjimat informace ze svého okol´ı a následnˇe na nˇe reagovat. Robot


3

se tak m˚ uˇze stát ˇcásteˇcnˇe nebo plnˇe autonomn´ı. Autonomn´ı robot je takov´ y robot, kter´ y se podle pˇrijatého signálu sám rozhodne, jak se má zachovat. V základn´ım balen´ı LEGO Mindstorms NXT nalezneme následuj´ıc´ı typy senzor˚ u.

1.2.1

Dotykov´ y senzor

Jedná se o nejjednoduˇsˇs´ı senzor stavebnice. V´ ystup je dvoustavov´ y. Pokud je oranˇzová pohyblivá ˇcást senzoru stlaˇcena, tak v´ ystup odpov´ıdá stavu stlaˇceno. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe je v´ ystup ve stavu nestlaˇceno. Tento senzor je v´ yhodné pouˇz´ıt jako nárazn´ık, kter´ y bude detekovat pˇrekáˇzky, na které senzor naraz´ı.

Obrázek 1.2: Dotykov´ y senzor

1.2.2

Svˇ eteln´ y senzor

Svˇeteln´ y senzor mˇeˇr´ı svˇetelnou intenzitu. Obsahuje ˇcervenou LED diodu, kterou je moˇzné vyuˇz´ıt jako zdroj svˇetla, a dále fototranzistor pro sn´ımán´ı intenzity svˇetla. Jedn´ım z podstatn´ ych rozd´ıl˚ u oproti dotykovému senzoru je skuteˇcnost, ˇze v´ ystup nen´ı pouze dvoustavov´ y, ale hodnota v rozsahu od 0 do 1023. Zd˚ uraznˇeme, ˇze senzor nevn´ımá barvy jako lidské oko, ale pouze mˇeˇr´ı svˇetelnou intenzitu. Barvu povrchu senzor zjist´ı d´ıky tomu, ˇze kaˇzdá barva odráˇz´ı jiné mnoˇzstv´ı svˇetelné intenzity. Dalˇs´ı zaj´ımavou vˇec´ı je, ˇze fototranzistor um´ıstˇen´ y v senzoru, je mnohem citlivˇejˇs´ı na infraˇcervené záˇren´ı neˇz lidské oko. Jeho viditelné spektrum je od 400 nm do 1150 nm. Svˇeteln´ y senzor je zvláˇstˇe uˇziteˇcn´ yvu ´loze ”sledován´ı ˇca´ry”.


4

Obrázek 1.3: Svˇeteln´ y senzor

1.2.3

Ultrazvukov´ y senzor

Ultrazvukov´ y senzor je jeden z nejuˇziteˇcnˇejˇs´ıch senzor˚ u, které ve stavebnici najdeme. Umoˇzn ˇujeme mˇeˇrit vzdálenost k objektu, na kter´ y je nasmˇerován. Princip je následuj´ıc´ı. Senzor vyˇsle ultrazvukov´ y signál na frekvenci 40 kHz, kter´ y lidské ucho nezaznamená. Ten se odraz´ı od pˇrekáˇzky zpˇet k senzoru, kter´ y signál zachyt´ı a na základˇe jeho doby ˇs´ıˇren´ı vypoˇc´ıtá vzdálenost k objektu. Poznamenejme, ˇze pomoc´ı stejného principu se orientuj´ı mnohá zv´ıˇrata v pˇr´ırodˇe, napˇr. netop´ yˇri ˇci delf´ıni. Senzor je schopen zmˇeˇrit vzdálenost od 0 cm do 250 cm s pˇresnost´ı +/- 3 cm. Tento senzor se pˇredevˇs´ım uplatn´ı ve chv´ıli, kdy je potˇreba vyhnout se pˇrekáˇzkám na trati.

Obrázek 1.4: Ultrazvukov´ y senzor

1.2.4

Zvukov´ y senzor

Pomoc´ı zvukového senzoru m˚ uˇzeme mˇeˇrit r˚ uzné u ´rovnˇe hlasitosti zvuku v decibelech (dB). Rozsah senzoru je < 0, 90 dB >.


5

Obrázek 1.5: Zvukov´ y senzor

1.3

NXT Motor

NXT motor je v mnohém lepˇs´ı oproti starˇs´ım LEGO motor˚ um. Stejnosmˇerné motory vyuˇz´ıvaj´ı napˇet´ı 9V a mohou pohánˇet otoˇcnou ˇca´st motoru rychlost´ı aˇz 1500 otáˇcek za minutu. Aby NXT motor dokázal udrˇzet i pomalejˇs´ı rychlost, tak vyuˇz´ıvá systém nˇekolika ozuben´ ych kol, které funguj´ı jako pˇrevody.

Obrázek 1.6: NXT motor

Obrázek 1.7: Schéma motoru

NXT

Rychlost motoru ovládáme pulzn´ı ˇs´ırkovou modulac´ı (PWM). Pomoc´ı tohoto signálu se ˇr´ıd´ı pr˚ umˇerné napˇet´ı, kter´ ym se napáj´ı motor. Na obrázku 1.8 vid´ıme pr˚ ubˇeh PWM signálu pro 35% u ´roveˇ n dodávané energie.

Obrázek 1.8: PWM signál pro 35% u ´roveˇ n


6

Dalˇs´ı d˚ uleˇzitá souˇcást motoru je rotaˇcn´ı senzor, kter´ y umoˇzn ˇuje velmi pˇresné otoˇcen´ı a t´ım i pˇresn´ y pohyb robota. Princip rotaˇcn´ıho senzoru je následuj´ıc´ı. LED dioda emituje infraˇcervené paprsky svˇetla, které procházej´ı skrz kotouˇc spojen´ y s motorem. Na kotouˇci jsou pravidelnˇe rozm´ıstˇeny ˇstˇerbiny, které propouˇstˇej´ı svˇetlo. Za ˇstˇerbinami jsou um´ıstˇeny fototranzistory, které detekuj´ı svˇetlo a podle impulz˚ u, které takto vznikaj´ı, lze urˇcit o kolik se motor otoˇcil.

Obrázek 1.9: Princip rotaˇcn´ıho senzoru

Kapitola 2 Programov´ an´ı robota NXT kostku m˚ uˇzeme programovat v mnoha r˚ uzn´ ych jazyc´ıch. Jejich hlavn´ı odliˇsnosti popisuje tabulka 2.1 NXT-G

NXC

RobotC

Jazyk

Grafick´ y

Notexactly C

C

Platforma

Windows, MAC OS

Windows

IDE

Ano

Windows, Linux, MAC OS Ano

V´ıcevláknové aplikace Obsluha událost´ı Podpora datového typu float Podpora Bluetooth

Ano

Ano

Ano

Ne

Ne

Ano

Ne

Ne

Ano

Ano

Ano

LeJOS NXJ JAVA

Windows, Linux, MAC OS plugin do Eclipse a NetBeans Ano

RWTH – Mindstorms NXT Toolbox Windows

Ano

Ano

Ano

Ano

Ano (JAVA events) Ano

Ano

Ano

Ano

Tabulka 2.1: Pˇrehled programovac´ıch prostˇredk˚ u Dále se budeme vˇenovat prostˇred´ı LeJOS-NXJ.

7

Matlab

Ne

´ Í ROBOTA KAPITOLA 2. PROGRAMOVAN

2.0.1

8

V´ yhody

• Mnoho pˇredpˇripraven´ ych metod, které usnadˇ nuj´ı a urychluj´ı programován´ı. • Programovac´ı prostˇred´ı NetBeans, které lze volnˇe stáhnout na internetu. Pokud je nastaveno správnˇe, tak jeho nápovˇeda umoˇzn ˇuje pohodlnˇejˇs´ı psan´ı programu. • Moˇznost objektového programován´ı ve standartn´ım jazyce JAVA. • Podpora v´ıce platforem. • Podpora datového typu float. • Podpora obsluhy událost´ı. • . . . a mnoho dalˇs´ıho na internetové stránce [1].

2.0.2

Nev´ yhody

• Komplikovaná instalace. • Nutnost základn´ı znalosti programován´ı.

2.1

N´ avod na instalaci

1. Nainstalujte ovladaˇc na pˇripojen´ı NXJ pˇres USB rozhran´ı. Pokud jste nainstalovali software od LEGO Mindstorms, kter´ y se k legu pˇrikládá, tak se jiˇz tento ovladaˇc nainstaloval a tento krok se pˇreskoˇc´ı. Pokud nechcete instalovat software od LEGO Minstorms, tak lze ovladaˇc stáhnout z webov´ ych stránek [2]. 2. Dále bude potˇreba m´ıt nainstalovan´ y Java Development Kit (JDK). Nejnovˇejˇs´ı JDK lze stáhnout z webov´ ych stránek [3]. Doporuˇcuje se m´ıt nainstalovanou alespoˇ n verzi JDK 1.6. Po instalaci se ujistˇete, ˇze se správnˇe nastavily promˇenné prostˇred´ı. Ty zajist´ı, ˇze dalˇs´ı programy ”uvid´ı”, ˇze je jiˇz nainstalovan´ y JDK. Promˇenné prostˇred´ı m˚ uˇzete editovat v sekci Ovládac´ı panely → Systém → Upˇresnit → Promˇenné prostˇred´ı. Mˇely by b´ yt nastaveny takto:

´ Í ROBOTA KAPITOLA 2. PROGRAMOVAN Promˇ enn´ a Hodnota JAVA HOME Cesta k nainstalovanému JDK

Pˇ r´ıklad C:\Program Files\Java\jdk1.6.0 16

PATH

C:\Program Files\Java\jdk1.6.0 16\bin

Cesta k bin sloˇzce nainstalovaného JDK

9

Tabulka 2.2: Promˇenné prostˇred´ı

3. Nyn´ı je potˇreba stáhnout LeJOS NXJ software. Ten lze stáhnout z webové stránky [4]. Po staˇzen´ı spust’te instalaˇcn´ı soubor a ˇrid’te se instrukcemi.

4. Po dokonˇcen´ı instalace se objev´ı okno, pomoc´ı kterého m˚ uˇzete do NXJ nahrát nov´ y firmware. (Stejné okno m˚ uˇzete vyvolat pˇr´ıkazem nxjflashg.)

Obrázek 2.1: Flash firmware


10

Ujistˇete se, ˇze NXT je pˇripojen pˇres USB k poˇc´ıtaˇci a stisknˇete tlaˇc´ıtko Start program 5. Po u ´spˇeˇsném flashnut´ı firmwaru se zobraz´ı nové okno (obrázek 2.2) a na displeji NXT se bude pˇri spouˇstˇen´ı zobrazovat text LEJOS.

Obrázek 2.2: Nové okno na konci flashován´ı

2.2

Kompilace a nahr´ an´ı programu do NXT

Programy pro NXT se p´ıˇsou v jazyce JAVA. Takové programy lze psát v jednoduchém textovém prohl´ıˇzeˇci a poté je pomoc´ı pˇr´ıkazové ˇra´dky pˇreloˇzit do JAVA formátu. Alternativou je pouˇz´ıt v´ yvojové prostˇred´ı. T´ım se z´ıská soubor typu .java. Aby takov´ yto soubor mohl b´ yt nahrán do NXT, je nutné ho zkompilovat (pˇrevést .java do .nxt). Tato operace lze provést v´ıce zp˚ usoby, asi nejjednoduˇsˇs´ı je pouˇzit´ı pˇr´ıkazové ˇrádky.

2.3

Pˇ r´ıkazov´ aˇ r´ adka

Existuj´ı 4 pˇr´ıkazy: nxjc, nxjlink, nxjupload, nxj nxjc soubor.java Zkompiluje se soubor.java. Vznikne soubor.class nxjlink soubor class -o soubor.nxj Zavolá se leJOS NXJ linker. Ze souboru soubor class.class se vytvoˇr´ı soubor.nxj. Tento soubor se jiˇz m˚ uˇze nahrát do NXT. nxjupload soubor.nxj Nahraje soubor.nxj do NXT. nxj -r soubor class Tento pˇr´ıkaz je kombinac´ı pˇredchoz´ıch dvou. Ze souboru soubor class.class vytvoˇr´ı soubor.nxj, kter´ y následnˇe nahraje do NXT. Pokud je zapnut´ y pˇrep´ınaˇc -r, tak se tento nahran´ y program ihned po nahran´ı do NXT spust´ı.


11

Obrázek 2.3: Ukázka pouˇzit´ı pˇr´ıkaz˚ u nxjc a nxj

2.4

V´ yvojov´ e prostˇ red´ı NetBeans

Tento zp˚ usob je na nastaven´ı o nˇeco sloˇzitˇejˇs´ı, ale v´ yhoda je, ˇze pokud vˇse správnˇe nastav´ıme, bude staˇcit kliknout na jediné tlaˇc´ıtko a kompilace, linkován´ı a nahrán´ı do NXT kostky se provede najednou. V´ yvojové prostˇred´ı NetBeans, lze stáhnout z internetov´ ych stránek [5]. Nejdˇr´ıve je potˇreba do NetBeans nahrát NXJ plugin. Ten najdete v m´ıstˇe, kam jste nainstalovali leJOSNXJProjects. Obvykle b´ yvá ve sloˇzce Documents and settings. Plugin poté najdete v leJOSNXJProjects\NXJPlugin\build\nxjplugin.nbm. Do NetBeans tento plugin nainstalujete následuj´ıc´ım zp˚ usobem. Kliknˇete na Tools → Plugins → Downloaded → Add Plugins a vyberte nxjplugin.nbm


12

Obrázek 2.4: Ukázka pˇridán´ı pluginu NXJ do NetBeans Po pˇridán´ı pluginu do NetBeans, je moˇzné vytváˇret NXJ projekt následuj´ıc´ım zp˚ usobem. Kliknˇete na File → New Project → Samples → NXJ project → Next a urˇcete název a m´ısto uloˇzen´ı projektu.


13

Obrázek 2.5: Ukázka vytvoˇren´ı NXJ projektu v NetBeans Nyn´ı je potˇreba do tohoto projektu zadat cestu k LeJOS bal´ıˇck˚ um, abychom mohli pracovat s LeJOS tˇr´ıdami a metodami. Nejdˇr´ıve pˇridáme bal´ıˇcek LeJOS do právˇe vytvoˇreného projektu v NetBeans. Kliknˇete prav´ ym tlaˇc´ıtkem na název projektu Properties → Java Sources Classpath → Add JAR/Folder → classes.jar. Soubor classes.jar najdete v adresáˇri kam jste nainstalovali LeJOS NXJ, tedy obvykle v C:\Program Files\leJOS NXJ\lib\classes.jar


14

Obrázek 2.6: Pˇridán´ı bal´ıku classes.jar do projektu v NetBeans T´ım jsme nastavili cestu pro projekt v NetBeans. Dalˇs´ı vˇec´ı, kterou je potˇreba nastavit je cesta k LeJOS bal´ıˇck˚ um pro build.xml, pomoc´ı kterého nahraváme program do NXT kostky. Abychom ji nastavili, tak mus´ıme otevˇr´ıt adresáˇr, kam jsme uloˇzili náˇs NetBeans projekt. Mˇel by se zobrazit následuj´ıc´ı adresáˇr.


15

Obrázek 2.7: Adresáˇr NetBeans projektu Otevˇrete si soubor build.properties v textovém editoru (staˇc´ı napˇr. program WordPad ). Na prvn´ım ˇra´dku je napsáno nxj.home=../snapshot. Text za rovn´ıtkem zmˇen ˇte na cestu k adresáˇri LeJOS NXJ. Prvn´ı ˇra´dek bude vypadat napˇr. takto nxj.home=C:/Program Files/leJOS NXJ (ujistˇete se, ˇze jste správnˇe zadali lom´ıtka a ˇrádek nekonˇc´ı mezerou).

Obrázek 2.8: Build.properties pˇred zmˇenou

Obrázek 2.9: Build.properties po zmˇenˇe

Jako posledn´ı vˇec je potˇreba do NetBeans pˇridat Javadoc (dokumentaci), aby se kód psal lépe. To se udˇelá následuj´ıc´ım zp˚ usobem. Kliknˇete na Tools → Libraries → New Library a pojmenujte ji LeJOS. Do sekce classpath pˇridejte stejnou tˇr´ıdu jako jste pˇridali do projektu na obrázku 2.6. Do sekce Javadoc pˇridejte adresáˇr ...\lejosNXJProjects\classes\doc


16

Obrázek 2.10: Pˇridaná knihovna Nyn´ı je vˇse nastaveno. Jednotlivé akce (kompilace, linkován´ı, upload) provád´ıme pomoc´ı skriptu build.xml. Na pˇr´ısluˇsnou záloˇzku klikneme prav´ım tlaˇc´ıtkem a vybereme Run Target. Nebo m˚ uˇzeme spustit projekt v NetBeans (F6), t´ım se nahraje program do NXT a poté se spust´ı.


2.5 2.5.1 Tˇ r´ıda Button LCD

Motor

17

Z´ akladn´ı pˇ r´ıkazy Nˇ ekolik z´ akladn´ıch pˇ r´ıkaz˚ u Jm´ eno metody void waitForPress() void drawString(String str, int x, int y) void backward() void changeDirection() void forward() void setSpeed(int speed) void stop() void rotate(float angle)

Pozn´ amka ˇ Ceká se dokud se nezmáˇckne tlaˇc´ıtko. Vykresl´ı ˇretˇezec na displej na urˇcenou pozici. Spust´ı motor, kter´ y se bude toˇcit dozadu. Obrat´ı smˇer chodu motoru. Spust´ı motor, kter´ y se bude toˇcit dopˇredu. Nastav´ı rychlost pohybu (´ uhlov´ ych stupˇ n˚ u za vteˇrinu) motoru. Maximum je pˇribliˇznˇe 900 pˇri plné baterii. Vypne motor. Otoˇc´ı motor o u ´hel (ve stupn´ıch).

Tabulka 2.3: Základn´ı pˇr´ıkazy Uk´ azka pouˇ zit´ı pˇ r´ıkaz˚ u Motor.A.setSpeed(200);

T´ımto pˇr´ıkazem vybereme tˇr´ıdu Motor. Specifikujeme, ˇze chceme pouˇz´ıvat motor na pozici A a vybereme metodu setSpeed se vstupn´ım parametrem 200. V´ ysledkem bude, ˇze motor A se zaˇcne toˇcit rychlost´ı 200 u ´hlov´ ych stupˇ n˚ u za vteˇrinu.

2.5.2

Pˇ r´ıklad

Robot pojede dopˇredu, dokud se nestiskne tlaˇc´ıtko. Poté zrychl´ı a po druhém stisknut´ı tlaˇc´ıtka zaˇcne jezdit dokola. Po tˇret´ım stisknut´ı tlaˇc´ıtka se vypne. package o r g . l e j o s . example ; import l e j o s . nxt . ∗ ; p u b l i c c l a s s Example {


18

p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { // S p u s t i s e motory A a C, v y p i s e s e t e x t na LCD a ceka s e // dokud s e nezmackne t l a c i t k o Motor .A. s e t S p e e d ( 2 0 0 ) ; Motor . C . s e t S p e e d ( 2 0 0 ) ; Motor .A. f o r w a r d ( ) ; Motor . C . f o r w a r d ( ) ; LCD. d r a w S t r i n g ( ”DOPREDU” , 0 , 0 ) ; Button . w a i t F o r P r e s s ( ) ; // Z r y c h l i s e Motor .A. s e t S p e e d ( 5 0 0 ) ; Motor . C . s e t S p e e d ( 5 0 0 ) ; LCD. d r a w S t r i n g ( ”RYCHLEJI” , 0 , 1 ) ; Button . w a i t F o r P r e s s ( ) ; // Zacne j e z d i t v kruhu Motor .A. s e t S p e e d ( 5 0 0 ) ; Motor . C . s e t S p e e d ( 2 0 0 ) ; LCD. d r a w S t r i n g ( ”DOKOLA” , 0 , 2 ) ; Button . w a i t F o r P r e s s ( ) ; // Z a s t a v i s e motory Motor .A. s t o p ( ) ; Motor . C . s t o p ( ) ; } }

2.6 2.6.1

Pokroˇ cilejˇ s´ı pˇ r´ıkazy Nˇ ekolik pokroˇ cilejˇ s´ıch pˇ r´ıkaz˚ u

Jedna z v´ yhod pouˇz´ıván´ı programovac´ıho jazyku JAVA je moˇznost pouˇz´ıt pˇreddefinovan´ ych tˇr´ıd a metod. Jedn´ım z velmi uˇziteˇcn´ ych prostˇredk˚ u je interface Pilot. Interface Pilot se pouˇz´ıvá pro robota typu vozidlo. Tedy takového robota, kter´ y má dva nezávislé motory, které pohánˇej´ı kola. Ukáˇzeme si pouˇzit´ı tˇr´ıdy TachoPilot, která interface Pilot implementuje. Do konstruktoru této tˇr´ıdy zadáme pr˚ umˇer a rozkol pohánˇen´ ych kol a pozice, na kter´ ych jsou motory pˇripojeny. Poté jiˇz m˚ uˇzeme vyuˇz´ıvat pokroˇcilejˇs´ıch funkc´ı. Konstruktory tˇ r´ıdy Pilot: TachoPilot(float wheelDiameter, float trackWidth,Motor leftMotor, Motor rightMotor) TachoPilot(float wheelDiameter, float trackWidth,Motor leftMotor, Motor rightMotor, boolean reverse)


19

Hodnoty parametr˚ u m˚ uˇzeme zadávat v libovoln´ ych jednotkách. D˚ uleˇzité je, abychom ve vˇsech metodách pouˇz´ıvali stejné jednotky, jaké jsme zadali do konstruktoru. Rovnˇeˇz velmi uˇziteˇcná je tˇr´ıda SimpleNavigator. Tato tˇr´ıda poskytuje hrub´ y odhad polohy. Funguje tak, ˇze na poˇca´tku programu um´ıst´ı robota do polohy {0,0}. Postupnˇe jak se vykonávaj´ı pˇr´ıkazy, tak se pˇrepoˇc´ıtává a zaznamenává aktuáln´ı poloha. Takto udrˇz´ıme pˇrehled o tom, kde se robot pohybuje. Konstruktor tˇ r´ıdy SimpleNavigator : SimpleNavigator(Pilot pilot) SimpleNavigator(float wheelDiameter, float trackWidth,Motor leftMotor, Motor rightMotor) SimpleNavigator(float wheelDiameter, float trackWidth,Motor leftMotor, Motor rightMotor, boolean reverse) Pˇ r´ıklad pouˇ zit´ı: M˚ uj robot-voz´ıtko má pr˚ umˇer kola (napsáno na pneumatice) 81.6mm, rozkol kol je pˇribliˇznˇe 110mm a motory mám zapojeny na v´ ystupy A a C. Konstruktory pro tuto situaci bude vypadat takto: Pilot pilot = new TachoPilot(81.6f, 110f, Motor.A, Motor.C); SimpleNavigator navigator = new SimpleNavigator(pilot);

´ Í ROBOTA KAPITOLA 2. PROGRAMOVAN Metody tˇr´ıdy Pilot: Jm´ eno metody void arc(float radius); void arc(float radius, float angle)

void backward() void forward() float getAngle() void setMoveSpeed(float speed) void steer(float turnRate); void steer(float turnRate, float angle)

void travel(float distance)

void travelArc(float radius, float distance)

float getTravelDistance()

Pozn´ amka Robot pojede po oblouku. Hodnota radius urˇcuje polomˇer zatáˇcky. Pokud je radius > 0, tak se robot zaˇcne otáˇcet doleva, pokud je radius < 0, tak doprava. angle je hodnota u ´hlu ve stupn´ıch o kterou se robot otoˇc´ı Robot se zaˇcne pohybovat zpˇet. Robot se zaˇcne pohybovat dopˇredu. Metoda vrát´ı hodnotu u ´hlu ve stupn´ıch, kterou robot urazil od zaˇca´tku bˇehu. Nastav´ı rychlost pohybu (hodnota promˇenné speed za vteˇrinu). Robot pojede po zakˇrivené dráze. Hodnota turnRate m˚ uˇze b´ yt -200 aˇz 200. turnRate = 100 ... levé kolo stoj´ı, pravé se toˇc´ı dopˇredu→ ostrá levé zatáˇcka turnRate = 200 ... levé kolo se toˇc´ı dozadu, pravé se toˇc´ı dopˇredu → otoˇcen´ı doleva na m´ıstˇe Pokud pˇred hodnotu dop´ıˇseme minus, tak se robot bude otáˇcet doprava. angle je hodnota u ´hlu ve stupn´ıch o kterou se robot otoˇc´ı Robot pojede dopˇredu (pokud je hodnota distance záporná, tak dozadu), dokud neuraz´ı hodnotu promˇenné distance. Robot pojede po oblouku. Hodnota radius urˇcuje polomˇer zatáˇcky. Pokud je radius > 0, tak se robot zaˇcne otáˇcet doleva, pokud je radius < 0, tak doprava. hodnota distance je dráha, kterou robot uraz´ı. Metoda vrát´ı vzdálenost, kterou robot urazil od zaˇcátku bˇehu.

Tabulka 2.4: Pˇrehled nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch metod tˇr´ıdy Pilot

20


21

Metody tˇr´ıdy SimpleNavigator : Jm´ eno metody float angleTo(float x, float y) float distanceTo(float x, float y) float getAngle(float x, float y)

float getX() float getY() void goTo(float x, float y) void setPose(float x, float y, float heading)

Pozn´ amka Metoda vrát´ı hodnotu u ´hlu ve stupn´ıch mezi aktuáln´ı pozic´ı a zadan´ ym bodem {x,y} Metoda vrát´ı vzdálenost k zadanému bodu {x,y}

Metoda vrát´ı hodnotu u ´hlu ve stupn´ıch mezi smˇerem, kam robot smˇeˇruje, a smˇerem, kam robot smˇeˇroval na zaˇca´tku. Metoda vrát´ı souˇradnici x aktuáln´ı pozice. Metoda vrát´ı souˇradnici y aktuáln´ı pozice. Metoda zaˇr´ıd´ı, aby robot dojel na urˇcenou pozici {x,y} Nastav´ı nové hodnoty jako v´ ychoz´ı bod.

Tabulka 2.5: Pˇrehled nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch pˇr´ıkaz˚ u tˇr´ıdy SimpleNavigator

2.6.2

Pˇ r´ıklady

Robot pojede po pˇr´ımé dráze a udˇelá zatáˇcku o 180◦ . Takto bude jezdit, dokud se nestiskne tlaˇc´ıtko Escape. Robot tedy bude jezdit po dráze, která má tvar stadionu. package o r g . l e j o s . example ; import l e j o s . nxt . ∗ ; import l e j o s . r o b o t i c s . n a v i g a t i o n . P i l o t ; import l e j o s . r o b o t i c s . n a v i g a t i o n . T a c h o P i l o t ; p u b l i c c l a s s Example2 { P i l o t p i l o t = new T a c h o P i l o t ( 8 1 . 6 f , 120 f , Motor . A, Motor . C) ; boolean stop = f a l s e ; p u b l i c v o i d go ( ) { /∗ Vytvorim l i s t e n e r a na t l a c i t k o CANCEL −> p o t e ∗ co ho s t i s k n u , tak s e hodnota s t o p zmeni na t r u e ∗/ B u t t o n L i s t e n e r l i s t e n = new B u t t o n L i s t e n e r ( ) { p u b l i c v o i d b u t t o n P r e s s e d ( Button b ) { stop = true ; } /∗ B u t t o n L i s t e n e r j e i n t e r f a c e , p r o t o musim n a p s a t ∗ vsechny j e h o t r i d y , i ty k t e r e n e p o u z i j i ∗/ p u b l i c v o i d b u t t o n R e l e a s e d ( Button b ) { }


22

}; /∗ l i s t e n e r a i n i c i a l i z u j i ∗/ Button .ESCAPE. a d d B u t t o n L i s t e n e r ( l i s t e n ) ; /∗ Jedu , dokud s e nezmeni hodnota stop , ∗ tu prubezne k o n t r o l u j i . ∗/ w h i l e ( s t o p == f a l s e ) { i f ( s t o p == f a l s e ) { p i l o t . travel (250) ; } i f ( s t o p == f a l s e ) { p i l o t . s t e e r (100 , 180) ; } } } p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { // S p u s t i s e metoda go ( ) Example2 exam = new Example2 ( ) ; exam . go ( ) ; } }

2.7

Pˇ r´ıkazy ovl´ adaj´ıc´ı senzory

Nyn´ı uvedeme pˇr´ıkazy, kter´ ymi budeme obsluhovat jednotlivé senzory.

2.7.1

Dotykov´ y senzor

Konstruktor TouchSensor(ADSensorPort port) Metoda Pro dotykov´ y senzor máme k dispozici metodu boolean isPressed() Metoda zkontroluje, jestli senzor sepnul (nastal dotyk). Pokud ano, tak navrac´ı true, jinak false.


23

Pˇ r´ıklad Dokud nesepne dotykov´ y senzor, tak motory na pozic´ıch A a C budou v chodu. package o r g . l e j o s . example ; import l e j o s . nxt . ∗ ; p u b l i c c l a s s Example { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { // S e n z o r j e na vstupu c i s l o 1 TouchSensor s e n s o r = new TouchSensor ( S e n s o r P o r t . S1 ) ; w h i l e ( s e n s o r . i s P r e s s e d ( ) == f a l s e ) { Motor .A. f o r w a r d ( ) ; Motor . C . f o r w a r d ( ) ; } } }

2.7.2

Svˇ eteln´ y senzor

Konstruktory LightSensor(ADSensorPort port) LightSensor(ADSensorPort port, boolean floodlight) Hodnotou promˇenné floodlight ˇr´ıkáme, zda chceme pouˇz´ıt ˇcervenou LED diodu pro osv´ıcen´ı povrchu. Pokud pouˇzijeme konstruktor bez této promˇenné (ten prvn´ı), tak se dioda rozsv´ıt´ı automaticky. Tedy LightSensor(SensorPort.S1) je ekvivalentn´ı LightSensor(SensorPort.S1,true) Konstruktorem LightSensor(SensorPort.S1,false) zajist´ıme, ˇze se dioda nerozsv´ıt´ı. Metody int readNormalizedValue() Metoda vrát´ı normalizovanou hodnotu jasu v rozsahu od 0 (´ uplná tma) do 1023 (intenzivn´ı svˇetlo). int readValue() Metoda vrát´ı hodnotu jasu v procentech podle nastavené kalibrace. void setFloodlight(boolean floodlight) Touto metodou m˚ uˇzeme rozsv´ıtit nebo zhasnout ˇcervenou LED diodu.


24

void setHigh(int high) Tato metoda provede kalibraci horn´ı hranice senzoru. Metoda readValue poté bude pro hodnotu high vracet hodnotu 100%. void setLow(int low) Tato metoda provede kalibraci spodn´ı hranice senzoru. Metoda readValue poté bude pro hodnotu low vracet hodnotu 0%.

Pˇ r´ıklad Robot reaguj´ıc´ı na svˇetlo. Pokud robota osv´ıt´ıme svˇetlem, tak pojede do té doby, neˇz svˇetlo zhasne. Jeho rychlost bude u ´mˇerná intenzitˇe svˇetla. package o r g . l e j o s . example ; import l e j o s . nxt . ∗ ; p u b l i c c l a s s Example { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { L i g h t S e n s o r s e n s o r = new L i g h t S e n s o r ( S e n s o r P o r t . S1 , f a l s e ) ; // Program s e u k o n c i p o t e co s e s t i s k n e t l a c i t k o u ESCAPE. w h i l e ( Button .ESCAPE. i s P r e s s e d ( ) == f a l s e ) { i n t l i g h t = s e n s o r . readNormalizedValue ( ) ; /∗ Pokud j e uroven j a s u v i c e j a k 1 8 0 , tak s e motory s p u s t i a ∗ j e j i c h r y c h l o s t s e n a s t a v i na zmerenou hodnotu j a s u . ∗ Hodnota 180 b y l a e x p e r i m e n t a l n e n a s t a v e n a . ∗/ i f ( l i g h t >= 1 8 0 ) { Motor .A. s e t S p e e d ( l i g h t ) ; Motor . C . s e t S p e e d ( l i g h t ) ; Motor .A. f o r w a r d ( ) ; Motor . C . f o r w a r d ( ) ; } // Pokud ne , tak s e motory z a s t a v i else { Motor .A. s t o p ( ) ; Motor . C . s t o p ( ) ; } } } }


2.7.3

25

Ultrazvukov´ y senzor

Konstruktor UltrasonicSensor(I2CPort port) Metody U ultrazvukového senzoru je nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı metoda float getRange() Metoda vrát´ı vzdálenost v centimetrech k nejbliˇzˇs´ımu objektu. Funguje spolehlivˇe v rozsahu pˇribliˇznˇe 5cm aˇz 190cm. Pˇ r´ıklad Dokud nestisknu tlaˇc´ıtko Escape, bude se na displej vypisovat vzdálenost k nejbliˇzˇs´ımu objektu. package o r g . l e j o s . example ; import l e j o s . nxt . ∗ ; p u b l i c c l a s s Example { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { // S e n z o r j e na vstupu c i s l o 1 U l t r a s o n i c S e n s o r s e n s o r = new U l t r a s o n i c S e n s o r ( S e n s o r P o r t . S1 ) ; // Program s e u k o n c i p o t e co s e s t i s k n e t l a c i t k o u ESCAPE. w h i l e ( Button .ESCAPE. i s P r e s s e d ( ) == f a l s e ) { LCD. d r a w S t r i n g ( ” ”+s e n s o r . getRange ( ) , 0 , 0 ) ; } } }

2.7.4

Zvukov´ y senzor

Konstruktory SoundSensor(ADSensorPort port) SoundSensor(ADSensorPort port, boolean dba) Promˇennou dba nastavujeme reˇzim senzoru. Pokud je dba true, tak bude senzor nastaven do reˇzimu dBA, jinak bude v reˇzimu dB.

´ Í ROBOTA KAPITOLA 2. PROGRAMOVAN Metody int readValue() Metoda vrát´ı hodnotu namˇeˇrenou senzorem v dB. void setDBA(boolean dba) Nastavuje reˇzim senzoru stejn´ ym zp˚ usobem, jak´ y je vysvˇetlen u konstruktoru. Pˇ r´ıklad Dokud nestisknu tlaˇc´ıtko Escape, bude se na displej vypisovat velikost hluku. package o r g . l e j o s . example ; import l e j o s . nxt . ∗ ; p u b l i c c l a s s Example { p u b l i c s t a t i c v o i d main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { // S e n z o r j e na vstupu c i s l o 1 , r e z i m dBA SoundSensor s e n s o r = new SoundSensor ( S e n s o r P o r t . S1 , t r u e ) ; // Program s e u k o n c i p o t e co s e s t i s k n e t l a c i t k o u ESCAPE. w h i l e ( Button .ESCAPE. i s P r e s s e d ( ) == f a l s e ) { LCD. d r a w S t r i n g ( ” ”+s e n s o r . readValue ( ) , 0 , 0 ) ; } } }

26

Kapitola 3 Soutˇ eˇ zn´ı u ´ lohy Jedn´ım z u ´kol˚ u bakaláˇrské práce bylo provést návrh jedné nebo dvou nov´ ych soutˇeˇzn´ıch u ´loh s ˇr´ızen´ım ve tˇrech r˚ uzn´ ych programovac´ıch prostˇred´ıch (NXT-G, NXC a leJOS-NXJ). Obˇe dvˇe navrˇzené u ´lohy jsou vˇsak natolik komplikované, ˇze je v grafickém prostˇred´ı NXT-G nelze naprogramovat, ale je potˇreba vyuˇz´ıt vyˇsˇs´ıho programovac´ıho jazyka, jako je NXC nebo LeJOS-NXJ, ke zdárné implementaci. Proto ˇreˇsen´ı u ´loh v programovac´ım prostˇred´ı NXT-G nen´ı v práci uvedeno.

3.1

´ Uloha: Sledov´ an´ı ˇ c´ ary s kˇ r´ıˇ zen´ım

Návrh této u ´lohy byl pˇripraven jako nová u ´loha pro pˇredmˇet ROBOTI. V této u ´loze se vyuˇzije pˇredevˇs´ım práce se svˇeteln´ ym senzorem a pohybov´ ymi souˇca´stmi robota.

3.1.1

Pravidla

C´ıl u ´ lohy Z poskytnut´ ych LEGO d´ıl˚ u postavit a naprogramovat robota tak, aby samostatnˇe a co nejrychleji ujel dvˇe kola vyznaˇcenou dráhou, aniˇz by se stˇretl s druh´ ym závod´ıc´ım robotem. Technick´ e prostˇ redky R MINDSTORMS R T´ ymu je na zaˇca´tku soutˇeˇze zap˚ ujˇcena základn´ı souprava LEGO Education (9797). Dále souprava doplˇ nkov´ ych technick´ ych d´ıl˚ u (9648) a s´ıt’ov´ y adaptér

(9833), které se po skonˇcen´ı soutˇeˇze vrát´ı v kompletn´ım stavu organizátorovi soutˇeˇze na

27

ˇ ZN ˇ Í ULOHY ´ KAPITOLA 3. SOUTE

28

Katedˇre ˇr´ıd´ıc´ı techniky. Robota lze sestrojit libovoln´ ym zp˚ usobem, ale pouze ze souˇcástek zap˚ ujˇcen´ ych d´ıl˚ u. Vyp˚ ujˇcován´ı si souˇcástek od jin´ ych t´ ym˚ u je zakázáno. Pˇri vlastn´ı soutˇeˇzi je moˇzné pouˇz´ıt pouze akumulátor nebo baterie, nikoliv s´ıt’ov´ y adaptér. NXT kostku lze naprogramovat libovoln´ ym zp˚ usobem, ale pˇri navrácen´ı mus´ı kostka obsahovat standardn´ı firmware LEGO MINDSTORMS.

3.1.2

Pl´ an soutˇ eˇ ze

Podrobnosti k pravidl˚ um pr˚ ujezdu dr´ ahy Robota lze do startovn´ı pozice poloˇzit ruˇcnˇe. Dále jiˇz mus´ı pokraˇcovat sám, bez jakékoliv vnˇejˇs´ı pomoci. Robot mus´ı ujet dvˇe kola na dráze, a to jedno kolo vnitˇrn´ı dráhou a jedno kolo vnˇejˇs´ı dráhou. C´ılová pozice robota je tedy stejná, jako jeho poˇca´teˇcn´ı pozice. Robot pˇri pr˚ ujezdu nesm´ı ˇzádnou svoj´ı ˇcást´ı pˇresáhnout hranici své dráhy, která je vyznaˇcena ˇzlutou ˇca´rou. Prostor kˇr´ıˇzen´ı je vyznaˇcen ˇzlutou ˇcarou. Robot, kter´ y jako prvn´ı pˇrekroˇc´ı tuto ˇca´ru má na kˇriˇzovatce pˇrednost. V pˇr´ıpadˇe kolize bude posouzena m´ıra zavinˇen´ı a v dané rozj´ıˇzd’ce diskvalifikován ten robot, kter´ y poruˇsil pravidla. Pokud je vin´ık kolize nejasn´ y, m˚ uˇze se zopakovat rozj´ıˇzd’ka s prohozen´ ymi startovn´ımi pozicemi. Pokud by mˇelo doj´ıt k opakován´ı rozj´ıˇzd’ky u stejn´ ych soupeˇr˚ u potˇret´ı, pak bude závod ukonˇcen jako nerozhodn´ y. Poruˇsen´ı jakéhokoliv pravidla vede k diskvalifikaci robota v pˇr´ısluˇsné rozj´ıˇzd’ce. Druh´ y robot vˇsak mus´ı j´ızdu dokonˇcit. Diskvalifikace obou robot˚ u je chápána jako nerozhodn´ y v´ ysledek. Soutˇ eˇ zn´ı dr´ aha Vod´ıc´ı ˇca´ru jedné dráhy pˇredstavuj´ı dvˇe soubˇeˇznˇe vedené ˇcerné ˇca´ry, jejichˇz tlouˇst’ka je pˇribliˇznˇe 10 mm. Vzdálenost mezi tˇemito ˇcarami je pˇribliˇznˇe 20 mm. Rovn´ yu ´sek dráhy je dlouh´ y 1000 mm. Polomˇer vnˇejˇs´ıho oblouku je 560 mm (délka 1759 mm) a polomˇer vnitˇrn´ıho oblouku je 200 mm (délka 628 mm). Na rovném u ´seku je ˇzlutou ˇcárou vyznaˇcen startovn´ı prostor. Startovn´ı prostor je ˇctverec o stranˇe 350 mm, jehoˇz stˇredem procház´ı vod´ıc´ı ˇca´ra. Robot mus´ı b´ yt pˇri startu cel´ y v tomto startovn´ım prostoru (hranice startovn´ıho prostoru se prom´ıtá svisle vzh˚ uru). Za start je povaˇzována osa vnitˇrn´ı startovn´ı ˇca´ry (zdvojená ˇcára). Start je vyznaˇcen 155 mm od prvn´ı zatáˇcky.


29

Prostor kˇr´ıˇzen´ı zaˇc´ıná 155 mm za prvn´ı zatáˇckou. Polomˇer zatáˇcky realizované v kˇr´ıˇzen´ı je 200 mm (délka dráhy 157 mm). Délka rovného u ´seku je 343 mm. Kˇriˇzovatka tak zab´ırá 526 mm rovného u ´seku a pˇri jej´ım projet´ı se uraz´ı vzdálenost 657 mm. Zb´ yvaj´ıc´ı rovné u ´seky v souˇctu tvoˇr´ı dráhu dlouhou 474 mm. Hranice dráhy, ve které se robot sm´ı pohybovat je ˇsiroká 350 mm. Celková dráha, kterou robot mus´ı ujet, tj. obˇe dvˇe kola, má délku 9036 mm.

Obrázek 3.1: Soutˇeˇz´ı dráha pro u ´lohu Sledován´ı ˇca´ry s kˇr´ıˇzen´ım

3.1.3

Hardwarov´ eˇ reˇ sen´ı u ´ lohy

V této u ´loze bude nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı souˇca´stkou svˇeteln´ y senzor, ten je v´ yhodné um´ıstit co nejn´ıˇze nad povrch dráhy, aby fototranzistor senzoru byl zamˇeˇren na malou plochu, ˇc´ımˇz se mˇeˇren´ı stane pˇresnˇejˇs´ı. Mus´ıme ale dát pozor na nerovnosti trati, protoˇze ˇc´ım je senzor um´ıstˇen n´ıˇze, t´ım v´ıce se stává náchylnˇejˇs´ı na ruˇsen´ı v podobˇe nerovnost´ı na trati. Pro konstrukci robota vyuˇzijeme základn´ı návod, kter´ y je k dispozici na webové R MINDSTORMS R Education stránce [6], kter´ y je souˇcást´ı základn´ı soupravy LEGO

(9797). Pouˇzijeme modifikaci podle návodu na webové stránce [7], ve kterém je svˇeteln´ y senzor um´ıstˇen na ˇcele robota. Dalˇs´ı senzor, kter´ y bude zapotˇreb´ı, je ultrazvukov´ y senzor. Ten namontujeme nad svˇeteln´ y senzor tak, aby smˇeˇroval pˇred robota.


30

Obrázek 3.2: Konstrukce robota pro Sledován´ı ˇca´ry

3.1.4

ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇ Reˇ red´ı NXC

Jak jeˇstˇe bude zm´ınˇeno, prostˇred´ı NXC má delˇs´ı periodu vykonáván´ı jednotliv´ ych metod, proto nen´ı moˇzné implementovat koncept ”Zig-Zag”(bude vysvˇetleno dále). Z tohoto d˚ uvodu zde pouˇzijeme jin´ y koncept. Koncept Sledov´ an´ı ˇ c´ ary Koncept ”Sledován´ı ˇcáry”je velmi populárn´ı soutˇeˇzn´ı u ´lohou, na které m˚ uˇzeme ukázat základn´ı koncept ˇr´ızen´ı. Robot pojede na rozhran´ı ˇcerné a b´ılé ˇca´ry a svˇeteln´ ym senzorem bude sn´ımat intenzitu svˇetla, která se odráˇz´ı od dráhy, na kterou sv´ıt´ı ˇcervenou LED diodou. Namˇeˇrená intenzita svˇetla leˇz´ı v jistém rozsahu hodnot. Je v´ yhodné nejdˇr´ıve zmˇeˇrit maximáln´ı a minimáln´ı moˇzné velikosti intenzity, abychom podle tˇechto hodnot mohli kalibrovat senzor. Po kalibraci bude senzor vracet relativn´ı hodnotu intenzity svˇetla od 0% (ˇcerná ˇcára) do 100% (b´ılá ˇcára). Náˇs program se t´ım stane pˇrehlednˇejˇs´ı. Je tˇreba si uvˇedomit, ˇze robot nedokáˇze jet pouze po ˇcerné nebo b´ılé ˇca´ˇre, ale pouze po jejich rozhran´ı. To vede k rozhodnut´ı, jakou ˇcáru si zvolit a ze které strany ji sledovat.


31

Zvol´ıme ˇca´ru, která je napravo z pohledu robota a tuto ˇca´ru bude robot sledovat z levé strany. Pozdˇeji ukáˇzeme, ˇze tato volba je nejv´ yhodnˇejˇs´ı. Pˇredpokládejme, ˇze jsme u ´spˇeˇsnˇe kalibrovali senzor. Budeme poˇzadovat, aby senzor mˇel na v´ ystupu hodnotu 70%. Pojede tedy bl´ıˇze b´ılé ˇca´ˇre. K dosaˇzen´ı tohoto poˇzadavku mus´ıme sestavit regulátor. Zaˇcnˇeme s nejjednoduˇsˇs´ım moˇzn´ ym regulátorem. Senzorem zmˇeˇr´ıme relativn´ı intenzitu svˇetla a odchylku od námi poˇzadované hodnoty vynásob´ıme konstantou. T´ım z´ıskáme akˇcn´ı zásah nebo-li vstup do soustavy. Toto m˚ uˇzeme zapsat do rovnice u(t) = kp · e(t)

(3.1)

Pro náˇs diskrétn´ı pˇr´ıpad bude rovnice vypadat u = kp · (y − r)

(3.2)

kde e(t) je odchylka od poˇzadované hodnoty, u je akˇcn´ı zásah, y je v´ ystup senzoru, r je poˇzadovaná hodnota a kp je proporcionáln´ı konstanta, kterou v tomto pˇr´ıpadˇe nalezneme metodou cyklické optimalizace. Takov´ yto regulátor naz´ yváme P-regulátor a regulaci ˇr´ızen´ı odchylkou. V naˇsem pˇr´ıpadˇe je tento regulátor nedostaˇcuj´ıc´ı. Perioda vykonáván´ı metod je v prostˇred´ı NXC delˇs´ı neˇz v prostˇred´ı LeJOS. D´ıky tomu robot pˇr´ıliˇs pˇrekmitává pˇri pr˚ ujezdu zatáˇcek. Zm´ınˇen´ y jev odstran´ı pouˇzit´ı derivaˇcn´ı sloˇzky. Tato sloˇzka pˇredpov´ıdá v´ yvoj stavu v nejbliˇzˇs´ı budoucnosti podle u ´daj˚ u z minulosti. Akˇcn´ı zásah poté bude m´ıt tvar u(t) = kp · e(t) + kd · e(t) ˙

(3.3)

Pro náˇs diskrétn´ı pˇr´ıpad bude rovnice vypadat u = kp · (y − r) + kd · ((y − r) − (y−1 − r))

(3.4)

˙ je derivace odchylky od poˇzadované kde e(t) je odchylka od poˇzadované hodnoty, e(t) hodnoty, u je akˇcn´ı zásah, y je v´ ystup senzoru, y−1 je v´ ystup senzoru v pˇredchoz´ım kroku, r je poˇzadovaná hodnota kp je proporcionáln´ı konstanta, kd je derivaˇcn´ı konstanta, kterou opˇet nalezneme experimentálnˇe. Tento regulátor se naz´ yvá PD-regulátor. S t´ımto regulátorem dokáˇzeme sledovat ˇca´ru a zároveˇ n eliminovat pˇrekmity. Zb´ yvá vyˇreˇsit pr˚ ujezd kˇriˇzovatkou, kde robot na chv´ıli sjede z ˇcáry. Toto vyˇreˇs´ıme zaveden´ım podm´ınky vyˇzaduj´ıc´ı, ˇze pokud robot sjede z ˇcerné ˇca´ry, tak pojede rovnˇe dokud na ni


32

opˇet nenaraz´ı. To je právˇe d˚ uvodem, aby robot jel nalevo od pravé ˇcáry, jinak by mohla nastat situace, ˇze by robot vyjel z trati. Na kˇriˇzovatce rovnˇeˇz mus´ıme zabránit sráˇzce robot˚ u. K tomu vyuˇzijeme ultrazvukov´ y senzor. Pokud senzor detekuje, ˇze v bezprostˇredn´ı bl´ızkosti pˇred n´ım se nacház´ı nˇejak´ y objekt (v naˇsem pˇr´ıpadˇe druh´ y robot), tak robot zastav´ı a vyˇcká, dokud druh´ y robot neprojede.

ˇ ZN ˇ Í ULOHY ´ KAPITOLA 3. SOUTE V´ yvojov´ y diagram

Obrázek 3.3: V´ yvojov´ y diagram pro koncept Sledován´ı ˇca´ry

33


34

D˚ uleˇ zit´ eˇ c´ asti zdrojov´ eho k´ odu Uvedeme zde nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı ˇca´sti pouˇzitého kódu. Poznamenejme, ˇze pokud se v uvedeném kódu vyskytnou ... (tˇri teˇcky), tak se jedná o ˇcást, která nen´ı d˚ uleˇzitá pro pochopen´ı kódu, proto byla vypuˇstˇena z následuj´ıc´ıho pˇrehledu. NXC nenab´ız´ı moˇznost kalibrovat senzor, proto je kaˇzdá zmˇeˇrená hodnota pˇrepoˇc´ıtána následuj´ıc´ı metodou int ReadCalibratedSensor(){ int readings = 0; sensorValue = Sensor(IN_1); readings = (sensorValue - LOW_VALUE) * 100; readings= readings/(HIGH_VALUE-LOW_VALUE); return readings; }

V´ yˇse zm´ınˇen´ y PD regulátor realizuje funkce CalculateSteerRate int CalculateSteerRate(){ last_error = error; int calculation = 0; error = calibratedSensorValue - CALIBRATION; derivative = error - last_error; ... // PD regul´ ator calculation = (KP * error)/100 + (KD * derivative)/100; return calculation; }

Pr˚ ujezd kˇriˇzovatkou if(sensorValue<100){ ... OnFwdSync(OUT_AC, SPEED,steerRate); } // Na kˇ riˇ zovatce else{ OnFwdReg(OUT_AC, SPEED,1); }

3.1.5

ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇ Reˇ red´ı LeJOS NXJ

Prostˇred´ı LeJOS NXJ nab´ız´ı mnoho v´ yhod pˇri programován´ı robota. Jednou z nich je menˇs´ı perioda vykonáván´ı metod. Robot následnˇe m˚ uˇze jet rychleji a pˇresnˇeji. Pˇri programován´ı konceptu ”Sledován´ı ˇca´ry”byl ˇcas projet´ı dvou kol 2 minuty a 7 vteˇrin. Oproti prostˇred´ı NXC se pr˚ ujezd zrychlil o 8 vteˇrin. Rovnˇeˇz nebyla zapotˇreb´ı derivaˇcn´ı sloˇzka. Dále se budeme vˇenovat pouze konceptu ”Zig-Zag”.


35

Koncept Zig-Zag Koncept ”Zig-Zag”nám dovoluje pouˇz´ıt skuteˇcnost, ˇze dráhu tvoˇr´ı dvojice ˇcern´ ych ˇcar. Jak uˇz sám název konceptu napov´ıdá, robot bude stˇr´ıdavˇe jezdit od jedné ˇca´ry ke druhé. D´ıky tomu budeme moci v´ yraznˇe zv´ yˇsit jeho rychlost. Oproti v´ yˇse zm´ınˇené metodˇe je rychlost robota v´ıce jak dvojnásobná. Zásadn´ı podm´ınkou, kterou mus´ıme dodrˇzet, aby mˇel tento koncept ˇsanci na u ´spˇech, je stˇr´ıdán´ı ˇcern´ ych ˇcar. Pokud by nastala situace, ˇze robot dvakrát za sebou najede na stejnou ˇca´ru, tak se ztrat´ı a zpˇet na dráhu by ho vrátila pouze ˇst’astná shoda okolnost´ı. Robot tedy mus´ı pˇrej´ıˇzdˇet od pravé ˇca´ry k levé ˇca´ˇre a zpˇet pod co nejvˇetˇs´ım u ´hlem, aby dokázal bezpeˇcnˇe projet i tˇemi nejostˇrejˇs´ımi zatáˇckami na trati. Pokud ovˇsem zvol´ıme tento u ´hel pˇr´ıliˇs velk´ y, tak se robot bude posouvat dopˇredu velmi pomalu. Jedná se tedy o kompromis mezi bezpeˇcn´ ym a rychl´ ym projet´ım. Tvar trati nám napov´ı, jak tento problém vyˇreˇsit. Vˇsimneme si, ˇze vˇetˇsina zatáˇcek je levotoˇciv´ ych. Toho vyuˇzijeme a robota naprogramujeme tak, aby od pravé ˇcáry k levé ˇcáˇre toˇcil pod velk´ ym u ´hlem a od levé ˇca´ry zpˇet k pravé se toˇcil velmi pozvolna, aˇz neznatelnˇe. T´ım se znatelnˇe zrychl´ı rychlost robota a levotoˇcivé zatáˇcky projede bezpeˇcnˇe. Bohuˇzel t´ım vznikl problém s projet´ım pravotoˇciv´ ych zatáˇcek, které jsou na trati právˇe dvˇe. Tuto situaci vyˇreˇs´ıme tak, ˇze robot pˇri pˇribl´ıˇzen´ı k pravotoˇcivé zatáˇcce zmˇen´ı reˇzim a zaˇcne pˇrej´ıˇzdˇet od levé ˇcáry k pravé pod vˇetˇs´ım u ´hlem. Po projet´ı zatáˇcky se vrát´ı do p˚ uvodn´ıho reˇzimu. Robot tedy mus´ı vˇedˇet, kde se na trati pˇribliˇznˇe nacház´ı. S t´ımto u ´kolem nám pomohou LeJOS metody, které bychom v NXC nenaˇsli. Jedná se o metody getAngle() pro zjiˇstˇen´ı celkového u ´hlu otoˇcen´ı a getTravelDistance() pro zjiˇstˇen´ı celkové uraˇzené vzdálenosti. Pomoc´ı tˇechto dvou metod m˚ uˇzeme polohu pravotoˇciv´ ych zatáˇcek pomˇernˇe pˇresnˇe stanovit. Nesm´ıme vˇsak zapomenout na skuteˇcnost, ˇze nev´ıme jestli bude robot zaˇc´ınat na vnitˇrn´ı nebo vnˇejˇs´ı trati. Proto mus´ıme poˇc´ıtat s periodou -360◦ , respektive 4400 mm. Tˇret´ı zásadn´ı metodou, kterou budeme pouˇz´ıvat je steer(float turnRate). Tato metoda nám umoˇzn´ı hladce proj´ıˇzdˇet zatáˇcky t´ım, ˇze se motory navzájem synchronizuj´ı v pohybu. Jak je uvedeno v tabulce 2.4, jako argument této metody m˚ uˇzeme zadat ˇc´ıslo od -200 do 200. Pokud zvol´ıme ˇc´ıslo, které je absolutnˇe vˇetˇs´ı neˇz 100, tak robot toˇc´ı jedn´ım motorem dopˇredu a druh´ ym dozadu, ˇc´ımˇz se otoˇc´ı na menˇs´ım polomˇeru. Bohuˇzel zjist´ıme, ˇze pokud jako argument zadáme takovéto ˇc´ıslo, tak se robot zaˇcne toˇcit na m´ıstˇe a stane se neovladateln´ ym. Jedná se patrnˇe o chybu firmwaru (0.8.5beta) a v novˇejˇs´ıch verz´ıch jiˇz m˚ uˇze b´ yt tento problém vyˇreˇsen.


36

Koneˇcnˇe, mus´ıme zabránit, aby se roboti stˇretli pˇri pr˚ ujezdu kˇriˇzovatkou, coˇz vyˇreˇs´ıme stejn´ ym zp˚ usobem jako v prostˇred´ı NXC. Ultrazvukov´ ym senzorem budeme hl´ıdat, aby pˇred robotem nebyl ˇza´dn´ y objekt. V´ yvojov´ y diagram

Obrázek 3.4: V´ yvojov´ y diagram pro ”Zig-Zag”koncept


37

D˚ uleˇ zit´ eˇ c´ asti zdrojov´ eho k´ odu Zda je robot na ˇcerné nebo b´ılé ˇca´ˇre se pozná podle podm´ınky: sensor_value = sensor.readValue(); if (sensor_value > WHITE_THRESHOLD) { white_line(); } else { black_line(); }

Metoda pro j´ızdu po b´ılé ˇcáˇre Pokud robot na ˇcerné ˇcáˇre zatáˇcel doleva, tak v tom bude pokraˇcovat. Pokud zatáˇcel doprava, tak se ovˇeˇr´ı, zda nen´ı pˇred pravotoˇcivou zatáˇckou a podle toho se zachová. private void white_line() { ... if (steerRate < 0) { pilot.steer(WHITE_LEFT_STEER); } else { // Jsem pˇ red pravotoˇ civou zat´ aˇ ckou? if((check_front_right_angle() && check_front_right_distance()) || (check_back_right_angle() && check_back_right_distance())){ pilot.setMoveSpeed(SPEED_SLOW); pilot.steer(WHITE_RIGHT_STEER); } else{ pilot.setMoveSpeed(SPEED); pilot.forward(); } } }

Metoda pro j´ızdu po ˇcerné ˇcáˇre Nejdˇr´ıve se podle u ´daje ze senzoru vypoˇcte jak prudce zatoˇcit, poté se zjist´ı, zda robot poslednˇe zatáˇcel doprava a podle tˇechto u ´daj˚ u robot zatoˇc´ı. private void black_line() { ... steerRate = 100 - (KP * sensor_value); // Zat´ ac ˇel jsem doprava? if (steeredRight) { steerRate = -steerRate; } ... pilot.steer(steerRate); }

Kontrola, zda pˇred robotem nen´ı pˇrekáˇzka. while(ultra_sensor.getRange() < SAFETY_DISTANCE){ pilot.stop(); }


3.1.6

38

V´ ysledek

V obou prostˇred´ıch se podaˇrilo robota u ´spˇeˇsnˇe naprogramovat tak, aby projel trat´ı. V prostˇred´ı NXC byl pˇri konceptu ”Sledován´ı ˇcáry”ˇcas 2 minuty 15 vteˇrin. Stejn´ ym konceptem implementovan´ ym v prostˇred´ı LeJOS dosáhneme ˇcasu 2 minuty 7 vteˇrin. Jako velmi efektivn´ı se ukázal koncept ”Zig-Zag”, pomoc´ı kterého robot dokázal projet trat’ za ˇcas 1 minuta 7 vteˇrin. Tedy o celou minutu rychleji, neˇz pˇri sledován´ı ˇcáry. Videa tˇechto pr˚ ujezd˚ u je moˇzno shlédnout na internetov´ ych stránkách [8], [9]. Oba koncepty byly u ´spˇeˇsnˇe pˇredvedeny na v´ ystavˇe AMPER dne 15.dubna 2010. Fotogalerii, která je vˇenována této v´ ystavˇe lze naj´ıt na webové stránce [11]


3.2

39

´ Uloha: Skladiˇ stˇ e

Návrh této u ´lohy byl pˇripraven jako nová u ´loha pro pˇredmˇet ROBOTI. V této u ´loze se vyuˇzije témˇeˇr vˇsechny souˇca´sti robota jak senzorické, tak i pohybové.

3.2.1

Pravidla

C´ıl u ´ lohy Z poskytnut´ ych LEGO d´ıl˚ u postavit a naprogramovat robota tak, aby samostatnˇe co nejrychleji dokázal pˇrem´ıstit pˇredmˇety na trati do vyznaˇcen´ ych prostor. Technick´ e prostˇ redky R MINDSTORMS R T´ ymu je na zaˇca´tku soutˇeˇze zap˚ ujˇcena základn´ı souprava LEGO Education (9797). Dále souprava doplˇ nkov´ ych technick´ ych d´ıl˚ u (9648) a s´ıt’ov´ y adaptér

(9833), které se po skonˇcen´ı soutˇeˇze vrát´ı v kompletn´ım stavu organizátorovi soutˇeˇze na Katedˇre ˇr´ıd´ıc´ı techniky. Robota lze sestrojit libovoln´ ym zp˚ usobem, ale pouze ze souˇcástek ze zap˚ ujˇcen´ ych d´ıl˚ u. Vyp˚ ujˇcován´ı si souˇca´stek od jin´ ych t´ ym˚ u je zakázáno. Pˇri vlastn´ı soutˇeˇzi je moˇzné pouˇz´ıt pouze akumulátor nebo baterie, nikoliv s´ıt’ov´ y adaptér. NXT kostku lze naprogramovat libovoln´ ym zp˚ usobem, ale pˇri odevzdán´ı mus´ı kostka obsahovat standardn´ı firmware LEGO MINDSTORMS.

3.2.2

Pl´ an soutˇ eˇ ze

Podrobnosti k pravidl˚ um Robot m˚ uˇze b´ yt um´ıstˇen kamkoliv do prostoru startovn´ıho pole, které je pˇred startovn´ı ˇca´rou. Po jeho spuˇstˇen´ı se mus´ı pohybovat zcela samostatnˇe a nesm´ı b´ yt jakkoliv navádˇen ze strany soutˇeˇz´ıc´ıch. Robot mus´ı nejprve zavést prvn´ı pˇredmˇet do skladovac´ıho prostoru (na obr. 3.5 vyznaˇcen zelenou barvou), poté mus´ı druh´ y pˇredmˇet pˇrem´ıstit do c´ılového prostoru (na obr. 3.5 vyznaˇcen fialovou barvou). Jednotlivé pˇredmˇety mohou b´ yt bud’ tenisov´ y m´ıˇcek nebo plechovka od nápoje. Mˇeˇr´ı se ˇcas od doby, kdy robot poprvé protne startovn´ı linii aˇz do chv´ıle, kdy robot projede c´ılovou lini´ı.


40

Soutˇ eˇ zn´ı dr´ aha Do skladiˇstˇe i do c´ılového prostoru vede ˇcerná ˇcára, která nemá pravideln´ y tvar a zaˇc´ıná vˇzdy u protˇejˇs´ı stˇeny, na kterou je kolmá. Tato ˇcára je tvoˇrena ˇcernou elektrikáˇrskou lepic´ı páskou, ˇsirokou nejménˇe 1 cm. Povrch soutˇeˇzn´ıho plánu je tvoˇren b´ılou laminátovou deskou a v´ yˇska stˇeny je pˇribliˇznˇe 35 cm.

Obrázek 3.5: Soutˇeˇz´ı dráha pro u ´lohu Skladiˇstˇe


41

Obrázek 3.6: Fotografie soutˇeˇzn´ı dráhy pro u ´lohu Skladiˇstˇe

3.2.3

Hardwarov´ eˇ reˇ sen´ı u ´ lohy

V této u ´loze bude konstrukce robota o nˇeco sloˇzitˇejˇs´ı, neˇz v pˇredcházej´ıc´ı u ´loze. Budeme vyuˇz´ıvat vˇsechny 3 servomotory a vˇsechny senzory s v´ yjimkou zvukového. V rámci bakaláˇrské práce byly pouˇzity dvˇe r˚ uzná hardwarová ˇreˇsen´ı této u ´lohy. Prvn´ı varianta Prvn´ı ˇreˇsen´ı vycház´ı z pˇredchoz´ı u ´lohy. Jeden z rozd´ıl˚ u je v um´ıstˇen´ı ultrazvukového senzoru, kter´ y byl pˇrem´ıstˇen tˇesnˇe nad povrch desky. Rovnˇeˇz NXT kostka byla pˇrem´ıstˇena v´ıce dozadu, aby se robot vyváˇzil a vzniklo m´ısto pro tˇret´ı servomotor. Tento servomotor obsluhuje rameno, kter´ ym se zajist´ı pˇrepravovan´ y objekt tak, aby pˇri j´ızdˇe nevypadl. Na pˇredn´ı ˇcást tohoto ramene byly namontovány dotykové senzory, které slouˇz´ı k detekci stˇeny.


Obrázek 3.7: Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.1. Poloha = rameno nahoˇre

Obrázek 3.8: Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.1. Poloha = rameno dole

42


43

Druh´ e varianta Druhé ˇreˇsen´ı pouˇz´ıvá jako základ konstrukci, která byla pˇrevzata z webové stránky [12]. Tuto konstrukci m´ırnˇe uprav´ıme pouˇzit´ım jiného zadn´ıho koleˇcka a pˇridán´ım senzor˚ u. Svˇeteln´ y senzor um´ıst´ıme pod NXT kostku mezi dva servomotory tˇesnˇe nad povrch desky a ultrazvukov´ y senzor um´ıst´ıme pˇred nˇej. Pˇri um´ıstˇen´ı tˇret´ıho servomotoru, kter´ y bude obsluhovat rameno se necháme inspirovat návodem z webové stránky [13]. Pˇredn´ı ˇcást ramene, stejnˇe jako v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe, osad´ıme dotykov´ ymi senzory pro detekci stˇeny.

Obrázek 3.9: Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.2. Poloha = rameno nahoˇre


44

Obrázek 3.10: Konstrukce robota v u ´loze ”Skladiˇstˇe”var.2. Poloha = rameno dole

3.2.4

Program´ atorsk´ eˇ reˇ sen´ı

Pˇri ˇreˇsen´ı v obou programovac´ıch prostˇred´ıch budeme pouˇz´ıvat jednotn´ y koncept, a to následuj´ıc´ı: ˇ sen´ı u Reˇ ´lohy rozˇclen´ıme do nˇekolika menˇs´ıch ˇcást´ı: a) J´ızda k ˇca´ˇre b) Sledován´ı ˇca´ry c) Odvoz objektu do skladovac´ıch prostor d) J´ızda k protˇejˇs´ı stˇenˇe J´ızda k ˇ c´ aˇ re V této ˇca´sti u ´lohy mus´ıme nalézt ˇcernou ˇcáru, kterou posléze budeme sledovat. Budeme pˇredpokládat, ˇze ˇca´ra leˇz´ı pˇred robotem a ˇze mezi robotem a ˇca´rou nen´ı ˇzádná pˇrekáˇzka. Staˇc´ı, kdyˇz robot pojede rovnˇe a bude svˇeteln´ ym senzorem sn´ımat podklad, po kterém jede. Aˇz robot pˇrejede ˇcernou ˇca´ru (pojede tedy na levé stranˇe ˇcerné ˇca´ry), tak se otoˇc´ı o 90 stupˇ n˚ u doprava, protoˇze objekt k odvezen´ı bude um´ıstˇen v pravé ˇcásti skladiˇstˇe (z pohledu startu).


45

Sledov´ an´ı ˇ c´ ary V této ˇca´sti sledujeme ˇcernou ˇca´ru aˇz k objektu, kter´ y chceme pˇrepravit. M˚ uˇzeme pouˇz´ıt ˇreˇsen´ı konceptu ”Sledován´ı ˇca´ry”z u ´lohy ”Sledován´ı ˇca´ry s kˇr´ıˇzen´ım”, které m´ırnˇe uprav´ıme. Vynecháme z nˇej ˇcást, která zajiˇst’ovala pr˚ ujezd kˇriˇzovatkou, a m´ırnˇe pozmˇen´ıme u ´sek kódu, kter´ y zabraˇ noval sráˇzce s druh´ ym robotem. Ciz´ı objekt detekujeme pomoc´ı ultrazvukového senzoru. Toto je jeden z ménˇe spolehliv´ ych ˇclánk˚ u ˇretˇezce ˇreˇsen´ı celé u ´lohy, protoˇze tento senzor sice spolehlivˇe detekuje stˇenu, ale menˇs´ı pˇrekáˇzku, jako napˇr´ıklad m´ıˇc nebo plechovka, detekuje obt´ıˇznˇe. Odvoz objektu do skladovac´ıch prostor Nyn´ı jsme se dostali do situace, ˇze jsme se zastavili u nákladu, kter´ y je potˇreba odvést. V této ˇcásti objekt odvezeme do skladu, pˇriˇcemˇz budeme pˇredpokládat, ˇze ke skladu vede ˇcerné ˇcára namalovaná na podloˇzce. Robot nejdˇr´ıve sklon´ı pˇrepravn´ı rameno, ve kterém zajist´ı náklad, a poté bude pokraˇcovat ve sledován´ı ˇcerné ˇcáry. Sledován´ı ˇcáry se ukonˇc´ı, aˇz dotykové senzory um´ıstˇené na rameni detekuj´ı stˇenu, ˇc´ımˇz se zjist´ı, ˇze robot dojel do skladu. Poté robot kousek poodjede dozadu, aby mohl bezpeˇcnˇe zvednout pˇrepravn´ı rameno. Následnˇe postrˇc´ı objekt do skladu. Po tomto kroku se robot rozhodne jestli má pokraˇcovat a odvést dalˇs´ı náklad. Pokud jiˇz odvezl oba náklady, tak pouze vyjede ze skladiˇstˇe a zastav´ı. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe se otoˇc´ı o 180 stupˇ n˚ u a pojede k protˇejˇs´ı stˇenˇe. J´ızda k protˇ ejˇ s´ı stˇ enˇ e V této ˇcásti robot pojede k protˇejˇs´ı stˇenˇe, u které se otoˇc´ı. Jelikoˇz v tomto okamˇziku by robot mˇel m´ıt zvednuté pˇrepravn´ı rameno, tak se m˚ uˇze orientovat podle ultrazvukového senzoru. Pokud v bl´ızkosti detekuje stˇenu, tak se otoˇc´ı o 90 stupˇ n˚ u doprava a zaˇcne znovu ˇca´st ”J´ızda k ˇca´ˇre”.

ˇ ZN ˇ Í ULOHY ´ KAPITOLA 3. SOUTE V´ yvojov´ e diagramy

Obrázek 3.11: V´ yvojov´ y diagram pro skladiˇstˇe ˇ ast pro j´ızdu k ˇcáˇre C´

Obrázek 3.12: V´ yvojov´ y diagram pro ”Jed’ k ˇca´ˇre”

46

ˇ ZN ˇ Í ULOHY ´ KAPITOLA 3. SOUTE ˇ ast pro odvoz objektu do skladovac´ıho prostoru C´

Obrázek 3.13: V´ yvojov´ y diagram pro ”Odvez objekt do skladovac´ıho prostoru” ˇ ast pro j´ızdu ke stˇenˇe C´

Obrázek 3.14: V´ yvojov´ y diagram pro ”Jed’ ke stˇenˇe”

3.2.5

ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇ Reˇ red´ı NXC

Metoda pro j´ızdu k ˇcerné ˇcáˇre void runToLine(){ int i = 0; while(i<10){ if(ReadCalibratedSensor() > BLACK_LINE_THRESHOLD){ OnFwdReg(OUT_AC, SPEED,1); } else{ i++; } } }

47

ˇ ZN ˇ Í ULOHY ´ KAPITOLA 3. SOUTE Metoda pro odvoz nákladu void transportCargo(){ ... armDown(); while((checkBothTouchSensors() == false)){ followLine(); } RotateMotor(OUT_AC, SPEED, -100); armUp(); RotateMotor(OUT_AC, SPEED, 80); RotateMotor(OUT_AC, SPEED, -220); cargo ++; }

Metoda pro dojezd ke zdi void runToWall(){ while(SensorUS(IN_2)>DISTANCE_TO_WALL){ OnFwdReg(OUT_AC, SPEED,1); } }

Hlavn´ı metoda void go(){ ... while(cargo<2){ runToLine(); // Otoc se o 90 stupnu doprava RotateMotorEx(OUT_AC, 45, 220, 100, true, true); ... // Sleduj caru dokud nenarazis na objekt while(close<2){ followLine(); if(checkCloseDistance()){ close++; } } close = 0; transportCargo(); // Odvezl si uz dva objekty if(cargo>1){ break; } ... // Otoc se o 180 stupnu RotateMotorEx(OUT_AC, 45, 447, 100, true, true); runToWall(); // Otoc se o 90 stupnu doprava RotateMotorEx(OUT_AC, 45, 220, 100, true, true); ... } ... }

48


3.2.6

ˇ sen´ı v programovac´ım prostˇ Reˇ red´ı LeJOS NXJ

Metoda pro j´ızdu k ˇcerné ˇcáˇre Promˇenná i uˇzitá jako parametr funkce while slouˇz´ı pro filtraci chyb senzoru. private void runToLine(){ int i = 0; while(i<12){ if(lightSensor.readValue() > BLACK_LINE_THRESHOLD){ pilot.steer(STRAIGHT_STEERING); } else{ i++; } } }

Metoda pro odvoz nákladu private void transportCargo(){ ... armDown(); ... while((checkBothTouchSensors() == false)){ followLine(); } pilot.travel(-40); armUp(); pilot.travel(30); pilot.travel(-100); cargo ++; }

Metoda pro dojezd ke zdi private void runToWall(){ while(ultraSensor.getRange()>DISTANCE_TO_WALL){ pilot.steer(STRAIGHT_STEERING); } }

Hlavn´ı metoda Promˇenná close uˇzitá jako parametr funkce while slouˇz´ı pro filtraci chyb senzoru. public void go(){ ... while(cargo<2){ runToLine(); pilot.rotate(90); ... // Sleduj caru dokud nenarazis na objekt while(checkCloseDistance()==false){ followLine(); } while(close<2){ followLine(); if(checkCloseDistance()){

49


50

close++; } } close = 0; transportCargo(); // Odvezl si uz dva objekty if(cargo>1){ break; } pilot.rotate(-190); runToWall(); pilot.rotate(90); } ... }

3.2.7

V´ ysledek

´ eˇsnˇe se podaˇrilo naprogramovat robota tak, aby pˇrem´ıstil oba pˇredmˇety (v naˇsem Uspˇ pˇr´ıpadˇe dva tenisové m´ıˇcky) do vyznaˇcen´ ych prostor. Záznam tohoto ˇreˇsen´ı lze shlédnout na internetové stránce [10]. Pˇrestoˇze byla u ´loha u ´spˇeˇsnˇe vyˇreˇsena, je tˇreba zm´ınit komplikace, které vyvstaly pˇri pouˇzit´ı ultrazvukového senzoru pro detekci pˇrepravovan´ ych pˇredmˇet˚ u. Ultrazvukov´ y senzor dokáˇze spolehlivˇe mˇeˇrit vzdálenost k nejbliˇzˇs´ı stˇenˇe, ale je nespolehliv´ y pro detekci menˇs´ıch objekt˚ u. Detekce, která je implementována ve v´ yˇse uvedeném programu je zaloˇzena na skuteˇcnosti, ˇze pokud je pˇredmˇet (v naˇsem pˇr´ıpadˇe tenisov´ y m´ıˇcek) pˇr´ıliˇs bl´ızko senzoru, tak senzor vrac´ı hodnotu 255. Pˇri pohledu do dokumentace zjist´ıme, ˇze ultrazvukov´ y senzor vrac´ı hodnotu 255 pouze v pˇr´ıpadˇe, ˇze v zorném poli senzoru nen´ı ˇza´dná pˇrekáˇzka. Naˇse detekce je tedy zaloˇzena na paradoxu, ˇze pokud senzor nevid´ı ˇzádnou pˇrekáˇzku, tak je v jeho tˇesné bl´ızkosti (cca do 7 cm) pˇrepravovan´ y pˇredmˇet. Z toho d˚ uvodu nen´ı tato detekce pˇr´ıliˇs spolehlivá. Detekovat pˇredmˇet pomoc´ı ostatn´ıch senzor˚ u je bohuˇzel nemoˇzné, protoˇze dotykové senzory nejsou dostateˇcnˇe citlivé a svˇeteln´ y senzor je potˇreba pouˇz´ıt pro sledován´ı ˇca´ry. Pˇrestoˇze naˇse ˇreˇsen´ı nen´ı pˇr´ıliˇs spolehlivé , tak se senzory, které máme k dispozici, ˇza´dné jiné patrnˇe neexistuje. Pˇrestoˇze to tedy nen´ı ideáln´ı ˇreˇsen´ı, tak ˇza´dné jiné, se senzory které máme k dispozici, nejsp´ıˇse neexistuje.

Kapitola 4 Webov´ e str´ anky V rámci bakaláˇrské práci byly rovnˇeˇz vytvoˇreny webové stránky o programován´ı v jazyce JAVA LeJOS a rovnˇeˇz o obou soutˇeˇzn´ıch u ´lohách. Pˇri tvorbˇe webov´ ych stránek byly pouˇzity stejné kaskádové styly [14] a stejná hlaviˇcka [15], jaké se vyskytuj´ı na jiˇz funguj´ıc´ıch webov´ ych stránkách o robotech [16]. Bylo tak uˇcinˇeno z estetick´ ych d˚ uvod˚ u, protoˇze tyto novˇe vzniklé webové stránky budou k tˇem existuj´ıc´ım pˇridány. Celkem vznikly 3 soubory typu html (lejos navod.html, krizeni.html, skladiste.html ), které obsahuj´ı návod pro programovac´ı prostˇred´ı JAVA LeJOS a dvˇe v´ yˇse uvedené soutˇeˇzn´ı u ´lohy.

4.1

Webov´ a str´ anka: N´ avod pro JAVA LeJOS

Na této webové stránce se uˇzivatel dozv´ı, jaké jsou v´ yhody a nev´ yhody jazyka LeJOS a celkové srovnán´ı jednotliv´ ych programovac´ıch jazyk˚ u, ve kter´ ych je moˇzné NXT programovat. Dále je uveden návod pro instalaci prostˇred´ı LeJOS a seznam jeho nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch metod. V závˇeru stránky jsou uvedeny odkazy na webové stránky, které se také zab´ yvaj´ı LeJOS tématikou. Ukázku této webové stránky je na obrázku 4.1. Ukázky ostatn´ıch stránek nejsou z u ´sporn´ ych d˚ uvod˚ u pˇridány.

51

´ STRANKY ´ KAPITOLA 4. WEBOVE

52

Obrázek 4.1: Ukázka webové stránky o návodu pro JAVA LeJOS

4.2

Webov´ a str´ anka: Sledov´ an´ı ˇ c´ ary s kˇ r´ıˇ zen´ım

Na webové stránce o sledován´ı ˇca´ry s kˇr´ıˇzen´ım jsou uvedena pravidla a c´ıl této u ´lohy. Rovnˇeˇz je popsán a vyobrazen soutˇeˇzn´ı plán u ´lohy. Na závˇer jsou pro inspiraci uvedeny odkazy na internetové stránky [8] a [9], kde je um´ıstˇeno video s u ´spˇeˇsn´ ym vyˇreˇsen´ım u ´lohy.

4.3

Webov´ a str´ anka: Skladiˇ stˇ e

Webová stránka o u ´loze skladiˇstˇe je velmi podobná té pˇredchoz´ı. I zde jsou popsána pravidla a c´ıl u ´lohy, zobrazen soutˇeˇzn´ı plán a uveden odkaz na internetovou stránku [10] s ˇreˇsen´ım u ´lohy.

Kapitola 5 Z´ avˇ er V této práci vznikl návod pro programovac´ı prostˇred´ı JAVA LeJOS, jak v podobˇe PDF souboru, tak v podobˇe webov´ ych stránek a prezentace. Tento návod pokr´ yvá základn´ı, m´ırnˇe pokroˇcilé a senzorové pˇr´ıkazy, se kter´ ymi se v tomto prostˇred´ı pracuje a na pˇr´ıkladech ilustruje jejich pouˇzit´ı. Programován´ı v JAVA LeJOS je pro znalce jazyka JAVA velmi pohodlné, d´ıky pˇr´ıvˇetivému prostˇred´ı NetBeans. Bohuˇzel se ale vyskytly pot´ıˇze s nˇekter´ ymi metodami, které LeJOS nab´ız´ı. Nˇekteré tu byly jiˇz zm´ınˇené. Jedná se o chyby ve firmwaru, kter´ y se jistˇe ˇcasem dolad´ı a problémy se odstran´ı. Dále byly navrˇzeny dvˇe soutˇeˇzn´ı u ´lohy. Jedna s názvem Sledován´ı ˇca´ry s kˇr´ıˇzen´ım. Bylo ukázáno, ˇze tuto u ´lohu lze ˇreˇsit r˚ uzn´ ymi zp˚ usoby. Bud’ metodou sledován´ı jedné ˇca´ry, ve které se uplatn´ı klasick´ y koncept ˇr´ızen´ı PD regulátorem, nebo metodou Zig-Zag, která vyuˇz´ıvá moˇznost´ı obou ˇcern´ ych ˇcar. Ta se op´ırá o správné naladˇen´ı konstant a dobr´ y odhad v nastaven´ı u ´hlu pˇrej´ıˇzdˇen´ı. Druhá metoda umoˇznila nastavit vyˇsˇs´ı rychlost robota d´ıky vyuˇzit´ı druhé ˇcáry, a t´ım se stala ˇcasovˇe efektivnˇejˇs´ı. Druhá soutˇeˇzn´ı u ´loha, která byla navrˇzena, byla nazvána Skladiˇstˇe. Tato u ´loha simuluje ˇ sen´ı se situaci, která m˚ uˇze nastat ve skladu pˇri pˇrem´ıst’ován´ı jednotliv´ ych kus˚ u nákladu. Reˇ op´ırá o pˇresn´ y sled instrukc´ı, které jsou postupnˇe vykonávány, jak robot proj´ıˇzd´ı skladem. Bohuˇzel toto ˇreˇsen´ı naráˇz´ı na nedokonalost pouˇzitého ultrazvukového senzoru pˇri detekci mal´ ych objekt˚ u, jako je tenisov´ y m´ıˇcek. V praxi by toto omezen´ı pˇr´ıliˇs nevadilo, protoˇze se ve skladu obvykle pˇreváˇzej´ı mnohem vˇetˇs´ı objekty, neˇz je tenisov´ y m´ıˇcek nebo plechovka od nápoje. Obˇe tyto u ´lohy byly vyˇreˇseny v programovac´ıch prostˇred´ıch LeJOS a NXC. V´ yvoj jednotliv´ ych program˚ u byl zevrubnˇe popsán slovnˇe i formou v´ yvojov´ ych diagram˚ u a okomentované zdrojové kódy jsou k nalezen´ı v pˇr´ıloze na CD. V grafickém prostˇred´ı NXT-G u ´lohy nebylo moˇzné naprogramovat, protoˇze byly pˇr´ıliˇs komplikované a jejich 53

´ ER ˇ KAPITOLA 5. ZAV

54

zdárné ˇreˇsen´ı vyˇzadovalo uˇzit´ı vyˇsˇs´ıho programovac´ıho jazyka. V práci je rovnˇeˇz uvedeno hardwarové ˇreˇsen´ı obou u ´loh. Dokumentace o konstrukci robota byly pˇrevzaty z r˚ uzn´ ych internetov´ ych stránek, na které jsou uvedeny odkazy. Pˇr´ıpadné odliˇsnosti byly vysvˇetleny a v´ ysledky fotograficky zaznamenány. Pro obˇe u ´lohy byly vytvoˇreny webové stránky, které seznamuj´ı se základn´ımi pravidly a ukazuj´ı moˇzné ˇreˇsen´ı jednotliv´ ych u ´loh. Styl tˇechto webov´ ych stránek byl vytvoˇren tak, aby se nechaly pˇridat k jiˇz existuj´ıc´ım internetov´ ym stránkám o pˇredmˇetu A3B99RO Roboti. Z toho d˚ uvodu byly pˇri tvorbˇe stránek pouˇzity stejné kaskádové styly a stejná hlaviˇcka, jaké jsou vyuˇzity na tˇechto internetov´ ych stránkách.

Literatura [1] LeJOS,

Java

2010-05-03].

for

Lego

Introduction

to

Mindstorms leJOS

[online].

NXJ.

2006

Dostupné

[cit.

z

WWW:

hhttp://lejos.sourceforge.net/nxt/nxj/tutorial/Preliminaries/Intro.htmi. [2] ROBOTC.net [online].Carnegie Mellon University Robotics Academy, 2009 [cit. 2010-05-03]. Download ROBOTC for LEGO MINDSTORMS. Dostupné z WWW: hhttp://www.robotc.net/download/nxt/i. [3] Developer Resources for Java Technology [online]. c2010 [cit. 2010-05-03]. Java SE Downloads - Sun Developer Network (SDN). Dostupné z WWW: hhttp://java.sun.com/javase/downloads/index.jspi. [4] LeJOS, Java for Lego Mindstorms [online]. 2006 [cit. 2010-05-03]. NXJ Downloads. Dostupné z WWW: hhttp://lejos.sourceforge.net/nxj-downloads.phpi. [5] Welcome to NetBeans [online]. c2010 [cit. 2010-05-09]. Dostupné z WWW: hhttp://netbeans.org/i R [6] LEGO

MINDSTORMS

Education

NXT

Building

Instructions

[online].

R [s.l.] : LEGO, 2006 [cit. 2010-04-30]. LEGO MINDSTORMS Education

NXT

Building

Instructions

Driving

Base,

s.

.

Dostupné

z

WWW:

hhttp://cache.lego.com/downloads/education/BI Driving Base.pdfi. R [7] LEGO

Module

MINDSTORMS Down

[online].

Education [s.l.]

:

NXT

LEGO,

Building

2006

[cit.

Instructions

2010-04-30].

Light

R LEGO

MINDSTORMS Education NXT Building Instructions, s. . Dostupné z WWW: hhttp://cache.lego.com/downloads/education/BI Light Module Down.pdfi. [8] MARTINEC NXT

Line

Dan. Follower

Youtube With

[online]. Crossroad

2010 Race.

hhttp://www.youtube.com/watch?v=QWUiX Egaa0i. 55

[cit. Dostupné

2010-05-01]. z

WWW:

LITERATURA

56

[9] MARTINEC Dan. Youtube [online]. 2010 [cit. 2010-05-01]. NXT Zig-Zag Double

Line

Follower

With

Crossroad

Race.

Dostupné

z

WWW:

hhttp://www.youtube.com/watch?v=3MyySutVGHIi. [10] MARTINEC Warehouse

Dan.

Youtube

Automatic

[online].

Electric

Trolley

2010

[cit.

Displacer.

2010-05-07]. Dostupné

z

NXT WWW:

hhttp://www.youtube.com/watch?v=0myJS6ED-B4i. [11] ROBOTI [cit.

—

ˇ CVUT

2010-05-05].

-

Katedra

Fotogalerie

ˇr´ıd´ıc´ı

techniky

AMPER 2010.

[online].

Dostupné

z

2010 WWW:

hhttp://support.dce.felk.cvut.cz/roboti/fotogalerie/AMPER 2010/thumb.htmli. [12] NXT

Programs

-

Fun

Projects

for

your

LEGO

Mindstorms

NXT

[online]. 2007 [cit. 2010-05-04]. NXT Castor Bot. Dostupné z WWW: hhttp://www.nxtprograms.com/castor bot/steps.htmli. [13] NXT

Programs

-

Fun

Projects

for

your

LEGO

Mindstorms

NXT

[online]. 2007 [cit. 2010-05-04]. NXT Ball Hunter. Dostupné z WWW: hhttp://www.nxtprograms.com/ball hunter/steps.htmli. ˇ [14] ROBOTI — CVUT - Katedra ˇr´ıd´ıc´ı techniky [online]. 2009 [cit. 2010-05-05]. Roboti.css. Dostupné z WWW: hhttp://support.dce.felk.cvut.cz/roboti/roboti.cssi. ˇ [15] ROBOTI — CVUT - Katedra ˇr´ıd´ıc´ı techniky [online]. 2009 [cit. 2010-05-05]. Roboti head. Dostupné z WWW: hhttp://support.dce.felk.cvut.cz/roboti/img/head cs.jpgi. ˇ [16] ROBOTI — CVUT - Katedra ˇr´ıd´ıc´ı techniky [online]. 2009 [cit. 2010-05-05]. Dostupné z WWW: hhttp://support.dce.felk.cvut.cz/roboti/i.

Internetov´ e zdroje: [17] LeJOS, Java for Lego Mindstorms [online]. 2006 [cit. 2010-05-03]. Dostupné z WWW: hhttp://lejos.sourceforge.net/i. [18] LEGO.com MINDSTORMS : Home [online]. c2010 [cit. 2010-05-09]. Dostupné z WWW: hhttp://mindstorms.lego.com/en-us/default.aspxi [19] For LEGO Enthusiast’s: BrickEngineer [online]. 2008-09-05 [cit. 2010-05-09]. LEGO

NXT

Motor

Wiring

—

BrickEngineer.

Dostupné

z

WWW:

hhttp://www.brickengineer.com/pages/2008/09/05/lego-nxt-motor-wiring/i.

LITERATURA

57

[20] Team Hassenplug [online]. c2007 [cit. 2010-05-09]. NXT Programming Software. Dostupné z WWW: hhttp://www.teamhassenplug.org/NXT/NXTSoftware.htmli [21] Robot

Magazine

-

artificial

intelligence

Solutions

for

the

The

latest

[online]. LEGO

hobby,

science

c2009

[cit.

Mindstorms

and

consumer

2010-05-09].

NXT.

Dostupné

robotics,

Programming z

WWW:

hhttp://www.botmag.com/articles/10-31-07 NXT.shtmli R motor internals. Dostupn´ [22] Philo’s Home Page [online]. 2007 [cit. 2010-05-09]. NXT e

z WWW: hhttp://www.philohome.com/nxtmotor/nxtmotor.htmi [23] SLUKA,

Jim.

Controller

For

Jim

Sluka

Lego

[online].

Mindstorms

2009

[cit.

Robots.

2010-05-03].

Dostupné

z

PID WWW:

hhttp://www.inpharmix.com/jps/PID Controller For Lego Mindstorms Robots.htmli. [24] HANSEN, John. NBC/NXC - NeXT Byte Codes and Not eXactly C [online]. 2007-10-10 [cit. 2010-05-03]. The NXC Guide. Dostupné z WWW: hhttp://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/NXC Guide.pdfi. [25] BENEDETTELLI, Danny. Programming Lego Robots using NXC [online]. 2007-10-10

[cit.

2010-06-07].

The

NXC

Guide.

Dostupné

z

WWW:

hhttp://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/NXC Guide.pdfi.

Kn´ıˇ zn´ı zdroje: ´ [26] TROJANEK,

Pavel.

Vyuˇzit´ı robota

LEGO MINDSTORMS pˇri v´ yuce. ˇ e vysoké uˇcen´ı technické v Praha, 2009. 94 s. Bakaláˇrská práce. Cesk´ Praze, Fakulta elektrotechnická, Katedra ˇr´ıd´ıc´ı techniky. Dostupné z WWW: hhttp://support.dce.felk.cvut.cz/e-kurzy/file.php/24/BP Pavel Trojanek.pdfi.

[27] BAGNALL , Brian. Maximum LEGO NXT : Building Robots with Java Brains. 2nd edition. [s.l.] : Variant Press, 2010. 524 s. ISBN 0973864958, ISBN-13: 978-0973864953. [28] FERRARI, Mario; FERRARI, Guilio. Building Robots with LEGO Mindstorms NXT. Burlington (Massachusetts) : Syngress, 2007. 524 s. ISBN 1597491527, ISBN-13: 978-1597491525.

LITERATURA

58

[29] GASPERI, Michael; HURBAIN, Philippe E.; HURBAIN, Isabelle L. Extreme NXT : Extending the LEGO MINDSTORMS NXT to the Next Level. [s.l.] : Apress, 2007. 312 s. ISBN 1590598180, ISBN-13: 978-1590598184.

Pˇ r´ıloha A Pˇ r´ıloha CD K této práci je pˇriloˇzeno CD, na kterém je uloˇzena elektronická verze této práce, vytvoˇrené webové stránky, vzniklé zdrojové kódy a videa dokumentuj´ıc´ı vyˇreˇsen´ı jednotliv´ ych u ´loh. • \Codes – \JAVA Tento adresáˇr obsahuje vˇsechny zdrojové kódy napsané v jazyce JAVA, které byly pouˇzity v této práci. – \C V tomto adresáˇri se nacház´ı vˇsechny zdrojové kódy napsané v jazyce NXC, které byly pouˇzity v této práci. • \Documents Zde lze nalézt elektronickou verzi této práce, návod na instalaci LeJOS, ukázky nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch metod z prostˇred´ı LeJOS, prezentaci o prostˇred´ı LeJOS a naskenované zadán´ı bakaláˇrské práce. • \Video Tento adresáˇr obsahuje videa, které dokumentuj´ı ˇreˇsen´ı jednotliv´ ych u ´loh. • \Web V tomto adresáˇri jsou uloˇzeny webové stránky vytvoˇrené v rámci této práce.

i

Fakulta elektrotechnická Katedra řídicí techniky. Využití robota LEGO MINDSTORMS při výuce předmětu A3B99RO Roboti

Recommend Documents