ROBOTICS CCFZ. Programmeren van een BoE bot. Versie maart 2009

ROBOTICS CCFZ Programmeren van een BoE­bot Versie maart 2009.

Citaat Robotica, de naam voor de leer van de robotontwikkeling werd voor het eerst gebruikt in 1942  door de wetenschapper en schrijver Isaac Asimov die drie regels opstelde waar een goede robot  aan diende te voldoen. A. Een robot mag niemand kwaad doen en moet B. altijd luisteren naar  orders van mensen, tenzij zulke orders met de regels van de eerste wet in conflict komen. C. De  robot moet altijd zijn eigen bestaan verdedigen ­ tenzij dat doel met de eerste of tweede regel in  conflict zou komen. Inleiding Een robot programmeren is toch hartstikke moeilijk!  Daarvoor moet je gestudeerd hebben!  Hier proberen we op een eenvoudige manier uit te  leggen hoe een programma voor een robot in elkaar  steekt. Het is zeker niet de bedoeling van de auteur om een  robotbouwvoorschrift te geven van de eerste tot de  laatste handeling. Gepoogd wordt creativiteit te  stimuleren, waarbij voor het programmeren  ondersteuning wordt gegeven. Hopelijk werkt dat en  starten veel lezers met deze heel interessante High  Tech­activiteit. Als basis voor veel hobby­robots wordt vaak de BoE­ bot gekozen, die heel leerzaam is. (BoE = Board of  Education, Leerplaatje, beschikbaar op de robot). Ze  is ontwikkeld voor gebruik in Amerika voor leerlingen  vanaf een jaar of tien. De engelstalige beschrijving is  dan ook in een heel eenvoudige taal geschreven, met  een beperkte woordenschat. Deze handleiding gaat  over deze BoE­bot. De ervaring leert, dat jongeren  vanaf een jaar of twaalf met hulp er aan kunnen  beginnen.

De BoE­bot en ook het BoE­board ervan, wordt geprogrammeerd in Parallax­Basic, een  eenvoudige programmeertaal, die ontwikkeld is door de fabrikant van de BoE­bot. Bij het programmeren kun je kiezen uit heel veel opdrachten, commando’s. Er wordt gelukkig  om te beginnen van een programmeertaal maar een beperkt aantal commando’s gebruikt,  bijvoorbeeld om te bereiken, dat een robot met voelsprieten obstakelmijdend gedrag krijgt.  Dit gedrag is nodig voor de robotrace, die Robotics CCFZ jaarlijks organiseert.  Obstakelmijdend wil zeggen, dat als er een voorwerp in de baan van de robot aanwezig is  de robot van zijn weg afwijkt om dat voorwerp te ontwijken. Het geschreven programma wordt bewerkt, gecompileerd en naar het geheugen van de  robot overgebracht met een eigen programma, de compiler. De processor raadpleegt dat  geheugen om de taak uit te voeren. Wat dat allemaal inhoudt wordt verderop toegelicht in de  bijlage Programmaverwerking. Wat is een robot? Op  basisscholen laat ik zien hoe een robot geprogrammeerd kan worden. Groep 8  leerlingen en ik doen dat samen. De eerste vraag van mij is daarbij altijd wat ze willen  worden en of dat met techniek te maken heeft. Want dat wil ik proberen: de jeugd technische  dingen laten zien om ze daar later hun brood mee te laten verdienen. Techniek is gewoon  hartstikke leuk. De tweede vraag is: wat is een robot? Daar begint dan een discussie over. Ik vertel dan dat  het woord “robot” is bedacht door de Tsjech Karel Capek in 1921 en betekent “arbeider,  slaaf”. Een robot is bedacht om werk voor de mensen te laten doen. Bij de vraag wat een robot kan, komt de discussie. Een paar keer zijn we uitgekomen op: Een robot is een apparaat, dat zelfstandig een voor mij belangrijke taak verricht  en   dat kan doen, omdat er een computer in zit, die ik daarvoor heb geprogrammeerd. Er zijn in de wereld heel veel andere definities geschreven, maar ik vind deze best goed. Is een robot iets nieuws? Niet bepaald. Homerus, de grote  Griekse schrijver, die leefde van  800 – 750 voor Christus, beschreef  al mechanische huishoudelijke  hulpen, gegoten in goud door  Hephaestus, de god van de  metaalsmeden. Ook de Hebreeërs  hadden een mannelijke dienaar,  geboetseerd uit klei en tot leven  gebracht door Kabbalistische  magie. Leonardo da Vinci schetste  in de vijftiende eeuw plannen voor  een mechanische man.

Soorten robots Er zijn heel veel soorten robots, machines, die door een computer worden bestuurd. Vanaf  mechanische armen, die de werkstukken verplaatsen of in een inpakdoos plaatsen, tot  machientjes, die bloedmonsters in apparaten zetten, waarin die monsters onderzocht  worden. Maar ook robots, die landmijnen zoeken en kunnen ruimen, en robots, die  chemische tanks schoonmaken. Allemaal robots, die saai werk van de mensen overnemen,  of die gevaarlijk werk doen.  Er zijn ook robots, die veel op mensen (androïden) of dieren lijken. Firma’s maken die om te  laten zien hoe knap ze zijn. Het is dus reclame. De Japanse bedrijven Honda en Sony doen  dat. En er zijn allerlei robots, die door hobbyisten worden gemaakt. Die vinden dat gewoon leuk.  Die robots worden bij CCFZ gemaakt in clubverband, waarbij iedereen elkaar helpt als je  een keertje vastgelopen bent. Als de club er dan ook nog een wedstrijd aan verbindt,  waarmee geldprijzen zijn te winnen, dan blijft het nog een beetje betaalbaar ook.                                                         

Besturing robots De bestudering van een robot gebeurt heel gedetailleerd. Alle bewegingen gebeuren door  een aandrijving, die moeten worden aangestuurd. Het is daarbij een heel werk om alles op  de juiste volgorde in de juiste mate te programmeren.  Om maar wat te noemen: Veel robots hebben twee wielen met elk een eigen motor. Voor  een robot met twee aangedreven wielen moet elk wiel apart aangestuurd worden. Dat wil  zeggen: elk wiel apart moet opdracht krijgen om met een bepaalde snelheid in een gewenste  draairichting gedurende een vastgestelde tijd te draaien.   Voorkant

rijrichting

rijrichting

Voorkant

Draairichting wiel

Draairichting wiel

Figuur 1 In figuur 1 kun je zien wat dat betekent: de robot, het blauwe karretje met de twee  aangedreven grijze wielen en een paars sleepwiel, beweegt vooruit. Als je naar het  rechterwiel kijkt (linker plaatje) moet dat wiel rechtsom draaien. Het linkerwiel moet juist  linksom draaien om vooruit te bewegen. (rechter plaatje) En om rechtuit te rijden moeten  beide wielen even snel draaien. Het is dus echt niet moeilijk; je moet er wel op letten. En je  moet dat programmeren. Wil je deze robot op de eigen plaats laten draaien, (een pirouette laten maken) dan moeten  de wielen alle twee rechtsom of alle twee linksom draaien. Wil je de robot een bocht laten rijden, dan zou de snelheid van een van de twee wielen  kleiner of groter moeten zijn dan de snelheid van het andere wiel. En omdat het vooruitrijden  meestal met maximale snelheid gebeurt, kun je de robot een bocht laten rijden door een van  de twee wielen wat langzamer te laten gaan: een bocht naar rechts door het rechter wiel te 

vertragen, een bocht naar links door het linker wiel langzamer te laten draaien. Denk er maar  eens over na of dit klopt. Probeer ook na te gaan welke kant de pirouette draait als beide  wielen linksom draaien. Servomotoraansturing De signalen, die de processor moet leveren hangen natuurlijk af van het soort apparaat  waarvoor ze bestemd zijn. Voor de aandrijving van wielen worden heel vaak servomotors  gebruikt. Een servomotor bevat een gelijkstroommotor met een electronische schakeling. De  servomotor heeft drie aansluitingen. Uit de voedingsbron, meestal 5­12 Volt wordt de  energie geleverd door een vrij grote stroom, meer dan de processor op kan brengen. Die  zou daarvan veel te warm worden en stuk gaan. De servomotor wordt daarom met de plus­  en de min­aansluitingen direct op de energiebron aangesloten. De snelheid van de  servomotor wordt gestuurd door pulsen uit de processor naar de derde , de signaalaan­ sluiting. Deze pulsen vragen heel weinig energie, dus de processor kan ze direct aan de  servomotor leveren. De pulsen komen met een ritme van 50 stuks per seconde. (50 Hz). Elke 20 duizendste van  een seconde (20 milliseconde, 20 msec) komt er daarbij een nieuwe puls. De breedte van de  pulsen bepaalt de draairichting en snelheid.  Het aansturen van de servomotor vindt plaats door de ingebouwde schakeling, die  processorpulsen ontvangt met een lengte tussen de 1,3 en 1,7 milliseconden (msec). Bij 1,5  msec staat de motor stil, bij 1,3 msec draait de servomotor met maximale snelheid linksom  en bij 1,7 msec met maximale snelheid rechtsom. Voor onze processor betekent dat, dat  tussen de 650 en 850 tijdseenheden van 2 µs (2 microseconden is 2 miljoenste seconde)  moeten worden afgegeven. Je komt dan uit op 1,3 en 1,7 msec. Veel servomotoren kunnen niet in een draaiichting onbeperkt doordraaien: ze kunnen maar  een half rondje draaien, waarna ze vastlopen  en alleen nog maar terug kunnen. Deze  worden vaak gebruikt in op afstand, radiografisch bestuurde autootjes voor het stuur­ mechanisme. Ze kunnen worden omgebouwd voor aandrijving van robots voor ons doel. In  de bijlage Servomotors ombouwen wordt uitgelegd, hoe je zo’n servo kunt ombouwen in een  servomotor die door kan draaien. Je moet daarvoor een nokje op een wiel verwijderen en de  elektronische schakeling veranderen. Tenslotte is het nog nodig de servomotor fijn te regelen, zodat hij precies stopt bij de aan­ gestuurde waarde van 750. Hieronder staat dat allemaal beschreven. Krijgt de servomotor  geen pulsen, dan staat hij gewoon stil. Hieronder is een kort programma vermeld, waarmee geëxperimenteerd kan worden met de  aandrijving van de servomotor. Dit programma moet worden ingetypt in het bij de BoE­bot, of  het BoE­board horende programma. Nadat de seriële kabel of de USB­kabel is aangesloten  op het BoE­board en de computer, kun je op de groene pijl klikken om het gecompileerde  programma in de BoE­bot te laden. Zet daarvoor wel de BoE­bot aan en wel in de middelste  stand van de schakelaar. In de meest uiterste stand vanaf de uit­situatie zal het programma  én de wielaandrijvingen functioneren en wellicht de robot wegrijden (van de tafel af??). In de  middelste stand van de schakelaar wordt alles wel geladen, alleen de wiel­aandrijvingen  staan dan nog uit.  Als je tikfouten hebt gemaakt wordt dat gemeld. Na verbeteren opnieuw proberen, net zo  lang totdat het programma meldt, dat alles goed is gegaan.

Alleen de rood gedrukte regels moeten worden ingetypt. Sluit de servomotor aan op de 5 V van de BoE­board en de  min op de aarde van het BoE­ board. De signaalaansluiting op punt 12 van de processor. Schrijf dan het programma. Motormeetprogramma Elk programma wordt geschreven in het Engels, Amerikaans. De opdrachten zijn engelse woorden, die  verkort de opdracht aangeven. Ze zijn niet moeilijk te onthouden. De motorsturing is aangesloten op een  van de aansluitpunten van de processor. We kozen voor punt 12. Het programma is: ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} DO   PULSOUT 12, 750   PAUSE 20 LOOP END Dat  is  pas  een kort  programma  toch? De  eerste  twee  regels  zijn  ervoor  om  aan te geven  om welke  processor het gaat (BS2) en met welk programma we aan het werk zijn. (Pbasic2.5) Daar hoeven we ons  verder helemaal geen zorgen over te maken. DO     …     … LOOP Dit zijn twee bij elkaar horende commando’s. De opdrachten, die genoemd worden na DO worden telkens  opnieuw uitgevoerd doordat bij LOOP weer teruggesprongen wordt naar DO. In dit geval zou dat dus  oneindig lang door kunnen gaan. Met Do en Loop wordt in het programma een lus doorlopen. PAUSE   20  bepaalt   de   herhalingsfrequentie,   de  50   Hz,   het   keer  per  seconde   ritme.   20  milliseconden  wachten en dan opnieuw beginnen, betekent 50 keer per seconde. Reken maar na. PULSOUT  geeft  op  aansluitpunt  12  een puls  met  een  breedte  van  750 eenheden.  Een eenheid  is  2  microseconden (2 miljoenste van een seconde). 750 eenheden is dus 1,5 milliseconde.  Voor de volledigheid: Dit is het programma voor de BoE, het door Parallax ontwikkelde printplaatje met daarom een processor op een zgn  Stamp, postzegel. Zie ook www.parallax.com. Ze worden geleverd door Antratek: zie www.antratek.nl. De programmeertaal is PBasic.

Kijk wat er gebeurt. En wat blijkt: de motor staat stil. Iets niet goed gedaan? Nee hoor. Bij  deze pulsbreedte van 750 staat de motor immers stil. De pulsbreedte is daarbij precies 1,5  msec van de 20 msec. Verander het getal 750 maar eens in 650 in het programma en klik  weer op RUN. En nu gaat de motor draaien. En verander het getal ook nog een in 850 en  Run het weer. Het blijkt, dat de motor de andere kant opdraait dan voor 650 het geval is. Bij een niet goed afgeregelde servomotor staat de as niet helemaal stil bij 750 pulsbreedte.  En het is handig dat wel goed af te stellen. Er zit een klein gaatje in de servomotor waar­ mee dat gebeurt. Een kleine schroevendraaier is daarvoor nodig. Draai voorzichtig het  eronder liggende potentiometertje in die stand, dat de motor stil staat als het programma  van hierboven met de waarde 750 uitgevoerd wordt.

Je zou kunnen tekenen hoe snel een servomotor draait bij welk getal, een grafiek ervan  maken. En dat is verstandig. Teken een lijn en zet daar op regelmatige afstanden bij de  cijfers 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 en 1000. Teken een lijn loodrecht op deze eerste lijn, waarop je de snelheid moet schrijven. Ik deed  dat door de motor vijf seconden, vijf tellen te laten draaien tegen een teller van een  cassetterecorder. Maar een tellertje van een kilometerteller van een fiets kan ook. Ik kreeg  de volgende grafiek. Pulsbreedte Draaisnelheid 400 ­25 450 ­24 500 ­25 550 ­25 600 ­24 650 ­23 700 ­15 750 1 800 15 850 22 900 24 950 25 1000 25

12 10 8 6

 

4 2 0

Je kunt zien, dat onder 650 en boven 850 de snelheden linksom en rechtsom niet veel meer  toenemen. Het heeft dus voor deze motor geen zin om een groter of kleiner getal te kiezen  voor de pulsbreedte. Maar tussen 650 en 850 kun je heel precies de snelheid van de  servomotor regelen. En dat is mooi, daar kun je gebruik van maken. Voor de andere motor moeten we hetzelfde doen. We sluiten die aan op de voeding van 5  volt en de pulssturing op aansluitpunt 13 van de processor. De eerste servomotor staat  immers op aansluitpunt 12.  De servomotor op stilstaan regelen met de waarde 750 met het  schroefje en ook weer proberen of de grafiek er vergelijkbaar uitziet. Willen we de twee motoren tegelijk laten draaien, elk in tegenovergestelde richting, zodat  de robot rechtdoor rijdt, dan hoort het programma te worden gemaakt als hieronder is  aangegeven. Als je het vorige begrijpt, moet het programma niet moeilijk zijn. Rijprogramma ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} DO PULSOUT 12, 650 PULSOUT 13, 850 PAUSE 20 LOOP END

Hiermee rijdt de robot dus de ene kant uit. Wat moet je doen om hem de andere kant uit te  laten rijden? Alle twee de servomotors een andere kant op laten draaien. Hoe?

We kunnen nu door het programmeren van elk wiel in een heel kort programma een robot  laten bewegen zoals we willen: vooruit, achteruit, een pirouette linksom en rechtsom laten  draaien en slappe en scherpe bochten laten nemen. Door de getallen 650 en 850 te  veranderen. Probeer dat maar eens. Denk eerst na, wat er volgens jou staat te gebeuren  en controleer dat. Daarvan leer je het meest. Om dit hoofdstuk af te sluiten wordt nog een tweetal commando’s uitgelegd. In het  programma gebruikten we DO en LOOP om de lus te maken. Met DO en LOOP wordt een  programma nooit beëindigd, het gaat maar door. We kunnen de rijopdrachten ook een zelf  te bepalen aantal keren laten uitvoeren door het aantal lussen te tellen met en teller.  Hieronder zie je hoe dat gaat. Met uitleg.  Loops tellen ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} ‘variabelen bepalen teller VAR Word FOR teller = 0 TO 200 STEP 1   PULSOUT 12, 650   PULSOUT 13, 850   PAUSE 20   NEXT END We zien, dat we een variabele, “teller”, hebben benoemd, een variabele hebben gedeclareerd. De grootte van de  teller, tot waar hij moet kunnen tellen, moet van te voren worden vastgesteld. Als we willen tellen tot slechts 2, dan kunnen we met een Bit volstaan: “teller VAR  Bit”komt er dan te staan.  Willen we tot 16 tellen, dan hebben we een Nib nodig.  Met een Byte kun je tot 256 tellen.  En met Word tot 65536. En hoe ruimer de mogelijkheden worden gekozen, des te grotere ruimte wordt er in het geheugen voor deze  variabele gereserveerd.  Voor dit geval zou een Byte ons niet beperken in onze mogelijkheden. We zagen al, dat de rijroutine 20 msec duurt. Er gaan er 50 in een seconde. Als we de rijroutine dus 200 keer  laten doorlopen, dan rijdt de robot 4 seconden. Nemen we grotere stappen, bijvoorbeeld STEP 4, dan rijdt de robot dus 1 seconde. Ga dit allemaal maar na.  Normaal hoef je STEP 1 niet op te nemen in je programma. Zonder nadere aanduiding van de stapgrootte wordt  die op 1 gezet.

Met deze kennis kunnen we de motors alle twee op alle mogelijke manieren laten draaien.  Hebben we een rijdende robot met twee apart aangedreven wielen, dan kunnen we deze net  zo nauwkeurig als we willen aansturen: de snelheid en richting kunnen we heel precies  programmeren. Maar je hoeft niet met servomotors te werken. Verderop wordt een schakeling besproken,  waarmee gelijkstroommotors kunnen worden aangestuurd. Het wordt ingewikkelder, maar ook de aandrijving en sturen als in een auto gebeurt, is  natuurlijk mogelijk. Wat je maar bedenken kunt, zou best eens kunnen lukken als je maar  heel precies weet wat je wil.

Richting aangeven We kunnen met een linker en rechter lampje de richting aangeven, die de robot gaat inslaan.  En dat is ook weer echt niet zo erg moeilijk. We moeten weten, dat een lichtgevende diode (LED) via een weerstand R van bijvoorbeeld  220 ohm aangesloten moet worden op 5 Volt. In een elektronisch schema ziet er dat uit als  in Figuur 2: het aansluitpunt 4 van de processor wordt voor het linker lampje gebruikt. De  weerstand R wordt op dat aansluitpunt aangesloten. De andere kant van de weerstand komt  op de positieve aansluiting van de diode. Want een LED is polariteitgevoelig, wat wil zeggen  dat de aansluiting van plus en min van de spanning niet willekeurig kan zijn, zoals van een  weerstand. De langste aansluiting van de diode moet aan de plus komen, de kortste kunnen  we daarna aansluiten aan de massa, de min van de robot. Als de aansluitingen van de diode  zijn afgeknipt, dan kun je aan een plat kantje van de diode zien welke de min­aansluiting is.  Het rechter lampje wordt bediend door aansluitpunt 8 van de processor. Ook weer via een  weerstand R. De grootte van de weerstand R is 220 Ω . In de laatste bijlage staat  beschreven hoe de grootte van de weerstand kan worden bepaald door naar de kleuren van  de streepjes te kijken.

Figuur 2 Het programma om de lampjes aan en uit te zetten is heel simpel. Voor beide lampjes geldt  eigenlijk hetzelfde, alleen het cijfer voor de aansluiting moet je goed kiezen. Linker lampje

Rechter lampje

Do Do High 4 High 8 Pause 500 Pause 500 Low 4 Low 8 Pause 500 Pause 500 Loop Loop Met het commando High wordt er spanning van 5 V gezet op aansluitingen 4 (links) en 8 (rechts). De spanning  wordt weer weggehaald (weer 0 V), door Low 4 en Low 8 voor het linker en rechter lampje. Pause 500 betekent, dat telkens een halve seconde wordt gewacht. De lampjes gaan dus steeds een halve  seconde aan en een halve seconde uit.

Natuurlijk kun je hiermee spelen. De lichtgevende diodes kun je vinden in allerlei kleuren.  Zelfs met meer kleuren in één huisje. Voor de richtingaanwijzers neem je gewoonlijk rode  LED’s. Koplampen kunnen wit licht uitstralen, een lampje, dat aangeeft dat het apparaat aan 

staat, kun je groen kiezen. Oranje misschien voor gevaar? Kijk maar op internet naar welke  kleuren er bestaan voor de LED’s en maak er wat moois van. Omgeving bekijken met voelsprieten Tot nu toe stuurden we de servomotors aan zonder dat we naar de omgeving keken. De  omgeving heeft zo geen invloed op het rijgedrag van de robot. Natuurlijk hoort dat wel zo te  zijn. Als er wat in de weg staat, dan moet een robot daarop reageren. Dat kan natuurlijk door  ervan weg te draaien (obstakelmijdend gedrag) of er juist naar toe te gaan (obstakelzoekend  gedrag). Maar dan moet de robot wel een soort zintuigen hebben, waarmee de obstakels  kunnen worden “gezien”.  Voor de robotwedstrijd van Robotics CCFZ moet er voor  obstakelmijdend gedrag worden gekozen.

Figuur 3 Het “kijken” kan met verschillende soorten “zintuigen”, sensors, die constant alert zijn en  ieder een eigen soort waarneming doen. Zo kan er op gereflecteerd (infrarood) licht worden 

gereageerd, op warmte, op gereflecteerd geluid, op gereflecteerde elektromagnetische  golven, enzovoorts. Allemaal met sensors, die daarvoor geschikt zijn. Ze geven de  waarnemingen door aan de processor, allemaal op hun eigen manier. De processor moeten  we daarop programmeren, zodat de motors de robot de juiste richting opstuurt.  Obstakels kunnen ook worden ontdekt door voelsprieten, door uitstekende delen, die bij  aanraking bijvoorbeeld een signaal afgeven. Er kan bijvoorbeeld een schakelaar worden  gesloten. De schakelaar verandert de spanning op een aansluitpunt van de processor,die  daardoor weet, dat de robot iets “voelt”. Figuur 3 laat het schema van de aansluiting van het  voelsprietcontact aan de processor zien.

P7 is dus het aansluitpunt 7 van de processor voor de linker voelspriet; P5 het aansluitpunt 5  daarvan voor de rechter voelspriet. De werking van de schakeling is als volgt. Als de  contacten open zijn, dus er wordt niets aangeraakt door de voelspriet, geen contact gemaakt  met de omgeving, dan staat er via de weerstanden 10 K en 220 ohm ongeveer 5 volt op de  processorcontacten 5 en 7. Raken de voelsprieten iets aan, dan sluiten de contacten zich en  wordt 0 volt aan de punten 5 voor rechts en 7 voor links van de processor aangeboden. Hoe  dat geprogrammeerd wordt staat verderop. Maar eerst wordt een voorbeeld van een goed  bruikbare voelspriet getoond in figuur 4. Kijk maar na hoe dat werkt. De voelspriet is van buigzaam materiaal, bijvoorbeeld verenstaal. Sommigen gebruiken  elektriciteitsdraad van koper, maar dat buigt slecht terug. De ring moet niet te dicht bij het  schroefje, links op de tekening, zitten, want het buigtraject moet voldoende lang zijn om de  voelspriet de ring te kunnen laten raken als er rechts iets in de weg staat. Het aansluitpunt  van de processor wordt aangesloten via de weerstand van 220 ohm van het schema van  figuur 3. Ik zag ook iemand, die een klein koperen pijpje vast soldeerde op de aardplaat en  erdoorheen een veerdraad stak. Het werkt in principe hetzelfde. Natuurlijk kun je ook kiezen  voor microswitches, die contact maken, de contacten sluiten, als de voelspriet een obstakel  raakt, zoals hiernaast op de foto is te zien. Er zijn dus vele wegen, die hiervoor naar Rome  leiden.

Voelsprietprogramma Linker lampje op punt 4, rechter voelspriet op punt 5 van de processor. Die combinatie eerst. ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} DO    IF (IN5 = 0) THEN       High 4       PAUSE 1000       LOW 4    ENDIF LOOP Als de van buiten Inkomende spanning op punt 5 van de processor 0 is door aanraking van de voelspriet en  sluiting van het contact, dan gaat lampje 4: 1000 milliseconden aan. Dat is dus 1 seconde. (Als = IF; dan =  Then). Afsluiten met ENDIF. En weer opnieuw kijken of de voelspriet iets raakt via de LOOP. Als de spanning  op punt 5 niet nul is, dan slaat het programma een paar regels over en gaat naar ENDIF. Via LOOP wordt  teruggegaan naar DO om opnieuw te controleren of er iets aan de hand is. Voor de andere combinatie moeten we iets vergelijkbaars invoeren. ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} DO    IF (IN7 = 0) THEN Hier staat het voelsprietprogramma. Hierin is geregeld, dat als de rechter voelspriet contact        High 8 maakt, dat dan het linker lampje een seconde aan gaat. Als de linker voelspriet zich meldt,        PAUSE 1000 dan gaat het rechter lampje een seconde aan. Daarna controleert het programma of de        LOW 8 voelspriet weer vrij is.    ENDIF LOOP De voelspriet op punt 7, het lampje op punt 8 van de processor. Voor de rest zelfde programma. Als het niet   goed gaat, dan kunnen beide voelsprieten tegelijk een obstakel raken. We zouden dan moeten regelen, dat de  robot achteruit gaat. Helemaal paniek natuurlijk. Het detectieprogramma kan als volgt luiden: beide lampjes  gaan aan. ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} DO    IF (IN5 = 0) OR (IN7 = 0) THEN       High 4       High 8       PAUSE 1000       LOW 4       LOW 8    ENDIF LOOP OR betekent of.

Voelspriet rijprogramma Het rijprogramma om aan de hand van de informatie van de voelsprieten van obstakels weg  te gaan (obstakelmijdend gedrag) gaan we nu behandelen. Want dat is natuurlijk de  bedoeling: aan de hand van de voelsprieten zo gaan rijden, dat botsingen voorkomen  worden: obstakelmijdend gedrag. Als de linker voelspriet aanspreekt, moet de robot iets rechts uitwijken. Als de rechter  voelspriet contact maakt, dan moet de robot linksaf bewegen. Zo simpel is het dus. In eerste  instantie wordt het recht toe ­ recht aan programma getoond. Daarna zullen we het  programma wat structureren. Achter een ’ wordt de stap van het programma toegelicht. In  het programma kan zo een commentaar worden toegevoegd.  ‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} ‘ variabelen aanwijzen teller   VAR Byte DO          PULSOUT 12, 650                  PULSOUT 13, 850                PAUSE 20            IF (IN7 = 0) THEN                       HIGH 8                                    FOR teller = 0 TO 25 STEP 1           PULSOUT 12, 650                PULSOUT 13, 800                PAUSE 20       NEXT       LOW 8                              ENDIF    IF (IN5 = 0) THEN                      HIGH 4                                   FOR teller = 0 TO 25 STEP 1          PULSOUT 12, 700                 PULSOUT 13, 850          PAUSE 20       NEXT       LOW 4                               ENDIF

 ‘ linker motor maximale snelheid  ‘ rechter motor maximale snelheid

  ‘ check linker voelspriet.    ‘Als er een obstakel is, dan is punt 7 geen nul volt.   ‘ rechter lampje aan   ‘ 25 keer, dus een halve seconde lang   ‘  rechter motor vertraagt

   ' rechter lampje uit

   ‘ check rechter voelspriet    ‘ linker lampje aan    ‘ linker motor vertraagt.

   ‘ linker lampje uit

LOOP END

Als beide motors dezelfde snelheid hebben, maar wel in tegengestelde richting draaien, dan  gaat onze robot rechtuit. Als geen voelspriet wordt geraakt, dan wordt dat geconstateerd voor de linker voelspriet  doordat IN7 niet gelijk is aan 0. Dan springt het programma meteen door naar ENDIF en 

controleert of de rechter voelspriet contact maakt (IN5). Als die niet gelijk is aan 0, ook dan  springt het programma door naar de andere ENDIF. Via de LOOP worden opnieuw de beide  motors met maximale snelheid aangedreven. In dit langere programma zijn dus delen van de korte eerder besproken programma’s terug  te vinden: dit lange programma is samengesteld uit delen van de vorige kortere program­ ma’s. Om de structuur van de kortere programma’s zichtbaar te houden kun je dit lange  programma door middel van zogenaamde routines schrijven. Dan maak je een kort hoofd­ programma, waarin je aparte routines noemt, die verderop preciezer worden uitgeschreven.  Een routine benoemen gebeurt met een naam, afgesloten door een dubbele punt, :. Het hoofdprogramma is maar heel kort en eindigt bij END. Vanuit dit hoofdprogramma  worden de subroutines benoemd. Het voordeel is overzichtelijkheid. Vooral bij langere  listings, programmateksten, is deze werkwijze voordeliger. Je ziet in de subroutines de korte  programma’s van vorige voorbeelden terug. Voor sommige robots zijn deze subroutines voorbereid. Zo wordt bij de Conrad Robot Robby  gewerkt met BLK’s, blokken programma, die aan elkaar geregen kunnen worden ongeveer  zoals in het hoofdprogramma hierboven is gebeurd. Ook de Mindstream van LEGO werkt in  wezen zo: grafische eenheden (NQC’s) duiden routines aan, die ook achter elkaar worden  geplaatst. Enerzijds vergemakkelijkt deze werkwijze het programmeren, anderzijds heb je  zelf minder invloed op de werkwijze binnen een subroutine. Of je moet deze blokken  programma zelf kunnen redigeren. Vergt aparte studie. Ondertussen hebben we nu een programma geschreven, dat een robot met voelsprieten  goed doet functioneren voor de jaarlijkse Robotwedstrijd van de Computer Club Fort­ Zeekant!

‘ {$STAMP BS2} ‘ {$PBASIC 2.5} ‘ variabelen aanwijzen teller   VAR Byte DO      GOSUB Rechtuit                                           ‘ Spring naar subroutine Rechtuit         IF (IN7 = 0) THEN       GOSUB Buigrechts ‘ Spring naar subroutine Buigrechts ELSEIF (IN5 = 0) THEN                         ‘ Nieuw commando: ELSEIF, oftewel ofwel       GOSUB Buiglinks ‘ Spring naar subroutine Buiglinks ENDIF LOOP END

Rechtuit:   PULSOUT 12, 650    PULSOUT 13,   PAUSE 20 RETURN

‘Subroutine Rechtuit:  

‘Terug naar waar vandaan gesprongen is

Buigrechts:   HIGH 8   FOR teller = 0 TO 50 STEP 1      PULSOUT 12, 650            PULSOUT 13, 800      PAUSE 20    NEXT    LOW 8 RETURN

‘Subroutine Buigrechts:

Buiglinks:       HIGH 4       FOR teller = 0 TO 50 STEP 1          PULSOUT 12, 700          PULSOUT 13, 850          PAUSE 20       NEXT       LOW 4 RETURN

‘Subroutine Buiglinks:

‘Terug naar waarvandaan gesprongen is

‘Terug naar waar vandaan gesprongen is

  Licht detecteren Bij het verkennen van de omgeving met voelsprieten wordt er door de voelsprieten contact  gemaakt met de omgeving. Natuurlijk is het leuker om op een andere manier de omgeving te 

“bekijken”, meer vanaf een afstand. Daarvoor zijn andere onderdelen geschikt. Hiervan  wordt de lichtgevoelige weerstand eerst behandeld. In figuren 2 en 3 zagen we al weerstanden. Deze zorgen voor een beperking van de stroom  als er spanning op de uiteinden wordt gezet. Een spanning van 10 volt met een weerstand  van 5 Ω  geeft een stroom van 10/5 = 2 ampere. In de figuren 2 en 3 werden weerstanden  gebruikt, die een vaste waarde hebben. 10 kΩ  (= 10.000 Ω ), en 220 Ω .  200 Ω  bij 5 volt geeft dus een stroom van 0,025 ampere, is 25 milliampere, 25 mA. We gaan er hier niet diep op in. Er zijn boekjes, waarin deze elektrotechniek duidelijk wordt  uitgelegd. Om licht te detecteren kun je lichtgevoelige weerstanden gebruiken. (LDR = engels van Light  Depending Resistance). Hiervan is de waarde van de weerstand in ohms afhankelijk van de  hoeveelheid licht, die op de diode valt: hoe meer licht, des te kleiner de weerstand en  andersom: bij  volledige duisternis is de weerstand 100 kΩ , bij daglicht ongeveer 10 Ω .  Daar kunnen we gebruik van maken om de robot te besturen. De schakeling van figuur 5  gaan we hiervoor gebruiken.

Figuur 5 Zoals je ziet worden de schakelingen aangesloten op de punten 6 (links) en 3 (rechts) van  de processor. Als het donker is, dus als er geen of weinig licht valt op de LDR’s, dan is de  weerstand ervan hoog, waardoor een groter deel van de spanning over de LDR komt te  staan. De spanning op de punten 6 en 3 zal daardoor lager worden, komt dichter bij Vss = 0  volt te liggen. Staan de LDR’s in het licht, dan daalt de weerstand ervan en wordt de  spanning op de punten 6 en 3 hoger, komt dichter bij Vdd, de 5 volt. Nu is het zo, dat op de punten van de processor niet helemaal 0 volt of 5 volt hoeft te zijn  voor een hoge of lage spanningsdetectie. De grens ligt bij 1,4 volt. Een hogere spanning dan  1,4 volt ziet de processor als een 1, een lagere als een nul. 1,4 volt wordt de drempel­ spanning genoemd. Met deze schakeling kan worden bepaald of er al dan niet een bepaalde hoeveelheid licht  wordt waargenomen door de lichtgevoelige weerstanden. Het bijbehorende programmadeel  staat hieronder.

LDR­routine De loop en de algemene programmaregels laten we maar even weg, alleen het specifieke deel van het  werken met de schakeling van figuur 5 wordt hier genoteerd. Moeilijk is het niet. Kort wel. IF (IN6 = 0) THEN   GOSUB Buigrechts ENDIF IF (IN3 = 0) THEN   GOSUB Buiglinks ENDIF We maken hierbij dus weer gebruik van de routines die we eerder bespraken.

De enige informatie, die we uit de LDR’s betrekken is of er een bepaalde hoeveelheid licht  op de LDR’s valt. Is er minder, dan ervaart de processor een 1, is er meer, dan merkt hij een  0. Het programma reageert navenant. Het is ook nog mogelijk om de hoeveelheid licht te meten met een LDR. Daar gaan we in het  volgende deel naar kijken. Het wordt wel wat moeilijker. Hoeveelheid omgevingslicht meten Met een condensator, die lading opslaat en via een LDR sneller of langzamer afgeeft wordt  een tijd gemeten tot aan de drempelwaarde van de processor. Figuur 6 is het schema.

Figuur 6 De condensators C zijn 0,01 µ F groot. Een dergelijke schakeling heet een RC­circuit, dat  als volgt werkt. Stel je de condensator voor als een kleine batterij. Als P6, respectievelijk P3 een 5 volts­ spanning afgeven, dan laadt de bijbehorende condensator op tot ongeveer 5 volt. De  weerstand van de LDR is namelijk nogal wat groter dan de 220 ohm. Als de aansluiting van  de processor na enkele milliseconden omschakelt van 5 volt naar observeren, dan verliest  de condensator de lading en de spanning neemt af. Hoe lang dat duurt hangt af van de  weerstand van de LDR: hoe minder licht, des te hoger de weerstand en des te langer  daardoor de RC­tijd, de tijd, die de condensator nodig heeft om tot de 1,4 volt te ontladen.  De processor laten we nu meten hoe lang het duurt voordat de spanning op punt 6 voor links  en punt 3 voor rechts, afneemt tot minder dan 1,4 volt.  Een testprogramma vind je hieronder.

' {$STAMP} ' {$BASIC 2.5} rctime        VAR      word do high 6 pause 2 rctime 6,1,rctime debug home,”rctijd = “,DEC5 rctime pause 1000 loop

Een viertal nieuwe commando’s zijn in deze figuur op te merken. Dat zijn rctime,  Debug en  DEC. Die worden hieronder toegelicht. Rctime meet dus de tijd, die nodig is om de condensator te ontladen. Bij het testen van de  schakeling varieerde die van 70 tot 2000 eenheden van 2 microseconden. Is dus eigenlijk  maar heel kort. (een microseconde is een miljoenste seconde). Debug is een opdracht om de erachter staande gegevens naar de PC terug te sturen, waar  ze in een apart Window worden getoond. Home plaatst daarbij de cursor daarbij in de linker  bovenhoek. Na telkens 0,2 seconden (PAUSE 1000) wordt een nieuwe waarneming gedaan  en het oude getal overschreven via de Do en Loop opdrachten. DEC geeft voor het getal aan hoeveel decimalen er getoond moeten worden. In dit geval dus  vijf, vijf cijfers. Dit programma is dus alleen maar bedoeld om te werking van de LDR te meten. Als je wil  dat er een reactie wordt geregeld in het gedrag van de Robot, dan moet je met IF … THAN  ‘… (en eventueel ELSEIF) aangeven wat dat dan is, zoals Buiglinks of Buigrechts of nog  andere dingen. Buiglinks en Buigrechts zijn in vorige voorbeelden al beschreven. Ultrasone obstakeldetectie Geluid, dat zo’n hoge frequentie heeft, zo hoge toon is, dat je het niet meer kunt horen, heet  ultrasoon geluid. De mensen kunnen ongeveer geluid horen van 250 tot 4000 trillingen per  seconde, 250 – 4000 Hertz. Ultrasone obstakeldetectie werkt bij ongeveer 40.000 trillingen  per seconde, 40 kHz. Zelfs honden en katten horen (gelukkig) deze toonhoogte niet. (Anders  zouden we in hun buurt problemen kunnen verwachten.) Ultrasone obstakeldetectie gebeurt met een schakeling, die vanuit een ultrasoon zender  (klein, speciaal luidsprekertje) een toon uitzendt, die reflecteren, weerkaatsen kan tegen een  obstakel. Het teruggekaatste geluid wordt opgevangen door een ultrasoon ontvanger, een  soort microfoon. Het geluid verplaatst zich in onze gebieden met een snelheid van ongeveer  1 cm in 29 miljoenste seconde (29 microseconden). Ultrasone obstakeldetectie gaat met een vrij goedkope schakeling, die vaststelt of er zich  een obstakel bevindt binnen een vastgestelde afstand. Dat komt, omdat het ultrasone geluid  continue wordt uitgezonden. Als de ontvanger het teruggekaatste geluid opvangt, dan wordt  het teken: obstakel aanwezig afgegeven. De detectiegevoeligheid hangt af van de sterkte 

van het geluid en de gevoeligheid van de ontvanger. Die worden met een potentiometer in­ gesteld. Deze soort ultrasoon afstandsdetectie (fabrikaat KEMO B124) kost nog geen € 10.­  en is bij veel zaken te koop, onder meer als parkeerhulp voor auto’s. Er gaat een lampje aan  als je bij het achteruitrijden weinig ruimte meer over hebt.  Het geluid gaat in een smalle bundel uit de zender. Het teruggekaatste geluid is, afhankelijk  van het oppervlak van het obstakel, meer verspreid. Daardoor is het niet mogelijk  om met  twee ultrasoon sensors te werken. De hele ultrasoon obstakeldetector wordt op een  mechanisme opgesteld, dat de detector heen en weer beweegt. Bij de verwerking van de  gegevens door de processor moet dus rekening worden gehouden met de stand van de  detector, met de richting van de geluidsstroom op het moment, dat het obstakel wordt  gedetecteerd. De uitgang van de schakeling is normaal gesproken een LED. De spanning  over die diode kan aan de processor worden aangeboden. Ultrasone afstandsmeting Er bestaat ook een schakeling, die echt de tijd meet, die het geluid er over doet om terug te  kaatsen van het obstakel. Als je die tijd weet, dan kan de afstand tussen de afstandsmeter  en het obstakel vaststellen. Je moet er bij die berekening wel op letten, dat het geluid de  heen­ en terugweg af moet leggen. De geluidsbron geeft hiervoor elke 0,75 ms geluids­ pulsen van 0,2 ms af. De ultrasone afstandsmeter bevat een veel ingewikkelder schakeling  en is dan ook nogal watl duurder. Ook hiervoor geldt, dat er slechts één afstandsmeter op  een robot geplaatst kan worden, die heen en weer moet zwaaien om links en rechts naar  obstakels te zoeken. Infrarood afstandsmeting Ging het hierboven om omgevingslicht, het is ook mogelijk om met eigen lampjes (van de  robot) eventuele obstakels te ontdekken. Dat gaat onder meer goed met infrarood LED­ lampjes en infrarood detectors TSOP. Dit is echt wel een ingewikkeld verhaal,  maar lees het  rustig door. Als je het niet begrijpt, doe dan gewoon alle stappen en kijk wat er gebeurt. Ook  dan kun je tot een goed werkende infrarood afstandmeting komen. De infrarood detectors  werken niet bij een constante lichthoeveelheid, het licht moet met een bepaald ritme aan en  uit worden gezet, worden gemoduleerd met een bepaalde frequentie. Die frequentie is  ergens tussen de 33.000 en 43.000 keer per seconde, tussen 33 en 43 kHz (kiloHertz). Dat  lijkt een nadeel, maar het heeft ook grote voordelen. Dat wordt uitgelegd. Voor het moduleren hebben we weer een nieuw commando voor Freqout, de schakeling  staat in figuur 7. Laten we die eerst maar eens bekijken. 

Figuur 7 De aansluitpunten van de processor zijn nog niet gekozen. Het zal in de loop van de  toelichting al wel duidelijk zijn geworden, dat je zelf een vrije aansluiting van de chip­ processor kunt kiezen, je hoeft dezelfde cijfers, aansluitpunten, die hier vermeld zijn, niet  precies over te nemen, maar kunt andere kiezen. Het nummer van de aansluiting in het  programma moet daarop natuurlijk worden aangepast. Dus wel even apart noteren wat je  waar aansluit. De IR­detector heeft drie aansluitingen: een plus, de min en de signaalaansluiting. De IR­ diode, het IR lampje dus, heeft als alle andere lichtgevende diodes, twee aansluitingen.  Deze wordt via een weerstand van 1 kΩ  aangesloten op de processor. Het is mogelijk deze  weerstand te verkleinen om meer licht te geven. Kleiner dan 200 Ω  kun je hem niet maken  zonder gevaar voor een te grote belasting voor de processor te krijgen. Op een printplaatje kan het er dan zó uitzien. Ik heb de IR­detectors op langere aansluit­ draden gemonteerd om twee redenen: In de eerste plaats kun je ze zo in de gewenste  richting buigen om nog nauwkeuriger de werking in  te stellen. (ze iets naar buiten laten 'kijken'. In de tweede plaats mag de detector zeker niet te  warm worden van het solderen. Ik blies al eens  twee exemplaren op door de soldeerbout te lang op  de aansluiting te houden. Een gewaarschuwd mens  telt voor twee!  Ook kun je zien, dat de IR­lampjes in een zwart  buisje zijn gemonteerd. Dit is om te voorkomen, dat  het licht direct van het lampje naar de detector gaat. 

Want dan werkt het natuurlijk niet: de obstakels moeten het licht opvangen en terugkaatsen  naar de detectors. De buisjes zijn een stukje van een oude balpenmet een geschikte  diameter. Aan de onderkant zie je nog de zes aansluitpunten voor spanning en aarde en  voor zowel een linker als een rechter IR­afstandmeetsysteem. Tel maar na. Ook op het  schema. Elke combinatie van lichtgevende diode en IR­detector moet worden geijkt. Want we weten,  dat de gevoeligheid van de detector afhankelijk is van de frequentie, waarmee het opvallen­ de IR­licht aan en uit gaat.  In de volgende grafiek is dat weergegeven. De getallen op de  horizontale as van de grafiek zijn kHertz. In het getekende geval is de combinatie het meest  gevoelig bij 38 kHertz. Bij een lagere  frequentie, en ook bij een hogere is de combinatie  minder gevoelig. Dat betekent, dat bij 44 KHertz de meest veraf aanwezige obstakels nog kunnen worden  gezien. Bij de hogere en bij de lagere frequenties moeten de obstakels dichterbij staan om  nog te worden gedetecteerd. En bij nog lagere of hogere nóg dichterbij….. Realiseer je je dat  je hiermee de afstand tot de detector kunt meten? Veraf is alleen zichtbaar bij 38 kHertz, Op  bijvoorbeeld driekwart van die afstand ziet ook de combinatie dat obstakel bij 37 kHertz. Op  de helft van de verste afstand wordt de het gezien bij 37 kHertz. Enzovoorts tot iets van 34  kHertz. Dan moet het obstakel heel dichtbij staan. En lagere frequenties werken helemaal  niet meer. Frequentie  (kHz)

Gevoeligheid

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

5 6 8 15 24 28 30 29 26 18 8 6 5

12 10 8 6

 

4 2 0

Frequentiegevoeligheid van de IR­combinatie

Elke combinatie moet worden geijkt. Daarbij moet blijken of inderdaad de top van de grafiek  ligt bij 36 kHertz of misschien toch een beetje verschoven. Want elke diode en elke detector  wijkt iets af. We moeten dus eerst weer experimenteren. Dat doen we met de processor en  de IR­combinatie moeten we daarvoor aansluiten. 

Op de foto zien we het  printplaatje gemonteerd op  een voertuig van Fisher  techniek. Het is  aangesloten op de  processor van de Board of  Education van Parallax.  Eerst proberen of de twee  IR­combinaties goed  werken. In het volgende  plaatje staat het  programma. We zien weer  een aantal nieuwe  commando’s. ' {$STAMP} ' {$BASIC 2.5} irdetectielinks          VAR    Bit irdetectierechts       VAR    Bit freqselect                VAR    Nib irfreqency                Var      Word DO    DEBUG  Home      FOR freqselect = 0 to 4          LOOKUP freqselect, (35500, 36500, 37500, 38500, 39500), irfrequency          FREQOUT 0,1, irfreqeuncy          irdetectielinks  = IN1          FREQOUT 14,1, irfrequency          irdetectierechts = IN15          DEBUG CR, “IR­frequentie; “dec5 irfrequency          DEBUG “IR­detectielinks = “,BIN1 irdetectielinks          DEBUG “IR­detectierechts = “,BIN1 irdetectierechts     NEXT LOOP

Vier variabelen zijn vastgesteld. Gedefinieerd: irdetectielinks, irdetectielinks, freqselect en  irfrequency.  DEBUG betekent weer: stuur het volgende terug naar je computer en HOME wil zeggen: ga  helemaal links bovenin het scherm staan met de cursor. En dan LOOKUP. Die zoekt het getal op met het volgordenummer freqselect van 0 tot 4, dat  wil zeggen vijf keer en bepaalt, dat dat getal kan worden opgeroepen door irfreqency. 0 tot 4 

wordt geregeld met For freqselect = 0 to 4 en, op het laatst, next. Als freqselect = 0, dan  wordt dus irfrequency 37500, het eerste getal, de eerste waarde. Freqout stuurt dan op aansluiting 0 gedurende 1 tijdseenheid van 2 microseconden de  frequentie naar het lampje links. Irdetectielinks kijkt dan of er iets wordt waargenomen. Is dat  niet het geval, dan is irdetectie 1. 

Staat er iets dichtbij genoeg in het licht van het lampje, dan wordt irdetectielinks 0. Freqout 14, en IN15 doet hetzelfde voor de rechterkant. Op de computer wordt het resultaat zichtbaar gemaakt met de DEBUG­regels, die hierop  volgen. Eerst wordt de irfrequency in niet meer dan 5 cijfers getoond, en er naast of iets zichtbaar is.  Voor zowel links als rechts. Kijk maar, dit is de schermafdruk. Er was een stuk wit papier zo ver van detectors gehouden, dat er in het midden een nul komt  te staan. Daar is de detector het meest gevoelig dus: bij 40.000 Hertz, bij 40.000 trillingen  per seconde. De gevoeligheid van deze detector ligt dus bij een hogere frequentie dan bij  ons programma. Hangt af van de IR­detector. Koop de juiste met zo laag mogelijke  frequentie. We kunnen de juiste frequenties invullen voor de afstandsmeting. Hiervoor gebruiken we het  volgende programma.

' {$STAMP} ' {$BASIC 2.5} freqselect        VAR    Nib irfrequency      VAR    Word afstandlinks     VAR    Nib afstandrechts   VAR   Nib Do   afstandlinks = 0   afstandrechts = 0   DEBUG  Home     FOR freqselect = 0 to 4        LOOKUP freqselect, [37000,38000,38700,39500,40000], irfrequency     FREQOUT 0,1, irfrequency     irdetectielinks = IN1     afstandlinks = afstandlinks + irdetectielinks    FREQOUT 14,1,irfrequency    irdetectierechts = IN15    afstandrechts = afstandrechts + irdetectierechts    NEXT    DEBUG “Afstandlinks = “,DEC1 afstandlinks    DEBUG “Afstandrechts = “, DEC1 afstandrechts LOOP

In dit programma halen we nog een grapje uit, door telkens als er geen obstakel wordt  gezien, en er dus een 1 als resultaat van het kijken met een frequentie ontstaat, dat die 1­en  worden opgeteld. Afstandlinks wordt daarom eerst 0 gemaakt. Na een keer meten wordt  afstandlinks verhoogd met het resultaat van de meting irdetectielinks. Daarna gaat de loop,  de lus verder en begint de meting van de volgende frequentie. Als daar weer een 1 als  resultaat gevonden wordt, dan wordt afstandlinks, die 1 is, verhoogd met weer 1 tot 2. En zo  5 keer achter elkaar.

Het resultaat staat hierboven. Een wit stuk papier is redelijk dichtbij de IR­detectors  gehouden en wordt goed ontdekt door onze schakeling. Houdt het papiertje verder weg en  de getallen nemen toe. Haal je het papier helemaal weg, dan staat er twee keer een vijf. Op deze manier werkt dus de Infrarood detector en dit programma is heel geschikt om de  processor er goed op te laten reageren.

De programmaregels zijn best wel ingewikkeld.  Maar als je stap voor stap alle regels netjes  overtikt, en kijkt wat er gebeurt, dan krijg je deze  afstandmeting vast goed aan het werk. Robots programmeren moeilijk? Dat weten we  pas echt als we voor een rijdende robot een  programma hebben geschreven en dat hebben  ingevoerd in de computer van die robot. Daarbij  gaan we uit van een robot met obstakelmijdend  gedrag, geschikt voor de race van Robotics  CCFZ, zoals die elk jaar wordt georganiseerd, in  2006 voor het eerst. Laten we eerst maar bepalen van welke  apparaten die robot is voorzien. Apparaten, die  iets met het programma te doen geven. De foto laat de robot zien. Een robot met twee aangedreven wielen, IR­afstandmeting en  twee rode richtingaanwijzers. Dit is een ander printplaatje voor de IR­afstandsmeting dan  hierboven is getoond. De schakeling en de werking zijn wel hetzelfde. Je kunt ook de blauwe  batterij zien, die onder het printplaatje is gemonteerd. Deze batterij is oplaadbaar, wat best  wel handig is. Ben jij de eerste, die vergeten heeft een goede plaats voor de batterij in je  voertuig te reserveren? Opmerking: deze robot nam inderdaad deel aan die wedstrijd. Je kunt hem zien opereren op  de site van Computer Club Fort­Zeekant. Daar kun je ook constateren, dan de snelheid van  deze robot niet groot genoeg is, ondanks dat de bouwer er grotere wielen (twee  afsluitdeksels van rioolpijpen) op gemonteerd heeft. Jammer voor hem… Alle aansluitpunten van de processor op een rijtje. Aansluitfunctie Rechter wiel Linker wiel Rechter IR Lamp Rechter IR detector Linker IR lamp Linker IR detector Rechter richtingaanwijzer Linker richtingaanwijzer

Nummer 12 13 2 0 8 9 1 10

Wil je andere aansluitpunten gebruiken, dan is daar natuurlijk helemaal geen bezwaar tegen.  Het programma moet dan wel daaraan worden aangepast. Maar dat kan eenvoudig. Als je  een dergelijk lijstje maakt, dan kun je goed in de gaten houden, dat elk aansluitpunt maar  één keer wordt gebruikt. We kunnen de gebruikte variabelen ook even nagaan. Dat helpt sneller te programmeren en  voorkomt fouten, als we dat achteraf nog moeten doen, of, als er achteraf nog aanvullingen  nodig zijn.

Naam teller irfrequentie freqselect irdetectierechts irdetectielinks afstandrechts afstandlinks Het programma zal er dan zo uit kunnen zien.

Grootte Byte (tot 256) Word (Tot 65536) Nib (tot 16) Bit (tot 2) Bit Nib Nib

‘{$STAMP BS2} ‘{$PBASIC 2.5} ‘variabelen teller irfrequentie freqselect irdetectierechts irdetectielinks afstandrechts afstandlinks

VAR VAR VAR VAR VAR VAR VAR

Byte Word Nib Bit Bit Nib Nib

‘Hoofdprogramma, IR­afstandsmetingen DO afstandrechts = 0 ‘ het meetresultaat moet worden opgeteld. Dus met 0 ‘ beginnen afstandlinks = 0 FOR freqselect = 0 to 4 LOOKUP freqselect, [37500, 38250, 39500, 49500, 41500], irfrequentie FREQOUT 2, 1, irfrequentie ‘rechter IR meetset Irdetectierechts = IN0 afstandrechts = afstandrechts + irdetectierechts FREQOUT 8, 1, irfrequentie ‘linker IR meetset Irdetectielinks = IN9 Afstandlinks = afstandlinks + irdetectielinks NEXT IF (afstandlinks < 3) AND (afstandrechts < 3) THEN ‘ < betekent  ‘is kleiner dan” GOSUB letop ENDIF             IF (afstandrechts < 3) then ‘ rechts wordt een object “gezien”    GOSUB buiglinksaf               ELSEIF (afstandlinks < 3) THEN ‘ links wordt een object “gezien”    GOSUB buigrechtsaf             ELSE    GOSUB voorwaarts             ENDIF LOOP ‘subroutines

‘alle subroutines moeten nu in detail worden beschreven

letop: IF (afstandlinks = 0) AND (afstandrechts = 0) THEN   ‘ in dit geval is er flink wat mis              HIGH 1              ‘ we rijden dan ook maar even achteruit              HIGH 10 ‘ waarna we twee keer draaien GOSUB terug GOSUB draailinks  GOSUB draailinks LOW 1 LOW 10 ENDIF

‘vervolg van vorige bladzijde terug:

‘Let op de draairichting van de wielen

FOR teller = 1 TO 40 PULSOUT 12, 650 PULSOUT 13, 850 PAUSE 20 NEXT RETURN draailinks: HIGH 10 FOR teller = 1 TO 20 PULSOUT 12, 650 PULSOUT 13, 650 PAUSE 20 NEXT LOW 10 RETURN buigrechtsaf: HIGH 1 FOR teller = 1 to 10 PULSOUT 12, 760 PULSOUT 13, 650 PAUSE 20 NEXT LOW 1 RETURN buiglinksaf: HIGH 10 FOR teller = 1 to 10 PULSOUT 12, 850 PULSOUT 13, 730 PAUSE 20 NEXT

             ‘de wielen draaien nu elk dezelfde kant op ‘het voertuig maakt dan een pirouette.

‘het rechterwiel draait langzamer

‘het linkerwiel draait langzamer

LOW 10 RETURN END

De volgende toelichtingen kunnen nog worden belangrijk zijn. Bij voorwaarts is PAUSE 10 gekozen, omdat telkens terug wordt gesprongen naar het  hoofdprogramma. Dat kost ook tijd. De toelichtingen achter de ‘ zijn niet dik gedrukt. Je zou ze weg kunnen laten.

Overzicht behandelde sensors Hieronder een overzicht van alle behandelde sensors met de voor­ en nadelen. Voelsprieten Voordeel: onafhankelijk van kleur of oppervlaktesoort van het obstakel. Nadeel: reikwijdte is beperkt; je ziet het obstakel niet “aankomen”. Een ander nadeel is Lichtdetectie Voordeel: reikwijdte groter. Het obstakel kan helderder of donkerder zijn. Nadeel: het obstakel moet altijd minstens in een bepaalde mate afsteken tegen de  achtergrond, het helderder of donkerder zijn.  Lichthoeveelheid meten Voordeel: reikwijdte groter. Hiermee kan de absolute hoeveelheid licht worden bepaald. Nadeel: de kleur van het obstakel beïnvloedt de meting. Ultrasoon obstakeldetectie Voordeel: de sensor produceert het eigen meetmedium: ultrasoon geluid. Nadeel: het meetresultaat wordt beïnvloed door de aard van het oppervlak van het obstakel:  harde of zachte delen. Ook de grootte van het obstakel beïnvloedt de meting. Het werken met  één sensor, die heen en weer zwaait maakt het programma complexer. Ultrasoon afstandsmeting Voordeel: de sensor produceert het eigen meetmedium. Nauwkeurige afstandmeting kan  worden bereikt. Nadeel: het meetresultaat wordt beïnvloed door de aard van het oppervlak van het obstakel.  Evenals de grootte ervan. De sensor is veel complexer. Het zwaaien van de sensor maakt  het programmeren complexer. Infrarood afstandsmeting Voordeel: de sensor produceert het eigen meetmedium: infrarood licht. Nauwkeurig  meetresultaat kan worden bereikt. Nadeel: het meetresultaat wordt beïnvloed door de aard van het oppervlak van het obstakel.  Zoals in de inleiding al staat geschreven: er zijn heel veel soorten sensors mogelijk. Hier zijn  nu de belangrijkste, de meest gebruikte behandeld. In de handel komen we verder nog tegen: aardmagnetismemetingen, drukmetingen,  radioactiviteitmetingen, hoogtemetingen, enzovoorts. Deze sensors kunnen deel uit gaan  maken van een complexer geheel. Bijvoorbeeld kan een druksensor toegepast worden bij  het maken van een evenwichtsorgaan. Zo zijn er meer mogelijkheden. Belangrijk is je  fantasie en creativiteit alle ruimte te geven. Hiermee hebben we een robot gemaakt, waarbij de besturing plaatsvindt door een  processor, die door signalen van zintuigen zijn weg vindt. De robot heeft twee apart  aangedreven wielen. En eigenlijk is dit alles: afhankelijk van waarnemingen via een  processor met programma conclusies trekken en motoren aansturen, zodat een  bestuurd apparaat optimaal het werk doet, waarvoor het is gemaakt .

Programmaverwerking De besturing van een robot gebeurt door een processor met en al dan niet op de chip  gemonteerd geheugen. In dat geheugen wordt het door de programmeur gemaakte  programma opgeslagen. Dat gebeurt in de vorm van nullen en enen in een zeer compacte  vorm, die direct geschikt is voor de processor. Een voorbeeld wordt hieronder getoond,  waarbij steeds zestien nullen en enen omgecodeerd zijn in een cijfer­ en lettercombinatie: de  hexadecimale codering. (het blauwe deel van de tabellen). Rechts zie je de hoeveelheid  geheugen, die wordt gebruikt voor het programma. D 2 kB geheugenruimte van de  EEPROM is ruim voldoende.

Ook met deze hexadecimale codering kunnen programma’s worden geschreven. Maar dat  vergt een zeer grote precisie, ook al omdat de opeenvolgende tekens ons weinig zegt. Een  dergelijke wijze van programmeren hoeven we gelukkig niet te doen: daar zijn programma’s  voor, heel veel verschillende. Elk van die programma’s helpt op zijn eigen manier om een  programma voor de processor te maken. De programma’s worden daarmee geschreven in  een eigen programmeertaal. BASIC is een eenvoudige taal. Maar ook Java, C++, Fortran,  Pascal en nog meer worden er gebruikt. En sommige van deze talen hebben ook nog  meerdere uitgiftes, elk met eigen commando’s, opdrachten, die in de juiste volgorde moeten  worden genoteerd. Toch lijken ze allemaal wel een beetje op elkaar. Welk programma de voorkeur heeft is moeilijk te zeggen. Want in de verschillende  programmeertalen gemaakte hexadecimale codes kunnen onderling nogal afwijken. De ene  taal leent zich gemakkelijker tot compileren, waardoor een meer effectieve werking bereikt  wordt. BASIC is gemakkelijker te leren en alle voorbeelden uit dit boekje zijn hiermee  gemaakt. Een geschreven programma in welke taal dan ook, kan meestal door het programma worden  gecontroleerd. Of er geen fouten in jouw programma zitten. Als die er zijn, dan wordt je  daarop geattendeerd, zodat je de fouten kunt verbeteren. Als alles in orde is, wordt jouw  programma gecompileerd, omgezet in de nullen en enen, die naar het geheugen van de  processor moeten gezonden. Afhankelijk van de lengte van jouw geschreven programma  duurt dat langer of korter, maar meestal valt de tijdsduur nogal mee. 

Servomotors ombouwen We zagen eerder al, dat servomotors een aparte voeding hebben naast een aansluiting,  waarop 50 pulsen per seconde worden gezet. En de duur van die pulsen bepaalt de  draairichting en de snelheid van de as. Nu zijn er daarvan twee soorten servomotors: een  met neutrale stand, en een soort zonder. De servomotor met de neutrale stand kan niet doordraaien: er zit een stop in, zodat de as  maar over een boog van ongeveer 170 graden kan draaien. Verder gaat niet. In het midden,  dus op ongeveer 85 graden, is er een neutrale stand. Als er geen pulsen worden gestuurd  over de stuuraansluiting, dan keert deze soort servomotor terug naar de neutrale stand. Voor  radiografisch bestuurde voertuigen bijvoorbeeld is dat handig. Als er geen signaal komt  stuurt deze servomotor het voertuig rechtuit. Voor ons doel is dat niet zo handig. Wij willen er wielen mee aandrijven en daarvoor kunnen  we geen maximale draaiing gebruiken. De andere soort servomotor is dus voor ons doel  beter geschikt. Heb je een motor met eindstop, dan kan die wel worden  omgebouwd. Dat is een nauwkeurig werkje, maar mij lukte  het en hier beschrijf ik hoe ik te werk ging. Schroef eerst de servomotor voorzichtig open en kijk hoe  de tandwielen gemonteerd zijn. Die moet je later weer  terug kunnen plaatsen. Bij mij zat een tandwiel op een as  van een potentiometer, een variabele weerstand.  Je ziet op de foto hiernaast dat een servomotor aardig  ingewikkeld in elkaar zit. Het motortje zit op een  printplaatje met daarnaast wat elektronische onderdelen,  zoals transistors, condenstors en weerstanden. De  potentiometer zat rechts, naast het gaatje. Op de foto heb ik die al losgeknipt: drie draden  doorgeknipt. Als je goed kijkt zie je ze nog op het  printplaatje zitten. De potentiometer ligt naast het  printplaatje. De potentiometer blijkt een weerstand te  hebben van 5000 ohm. (5 kΩ , spreek uit 5 kilo­oom). Die  potentiometer, die een  met een middenaftakking heeft,  moeten we vervangen door twee vaste weerstanden.  Soldeer dus eerst de drie achtergeleven stukken  aansluitdraad van de potentiometer los. Let er wel op, dat  je bij het solderen de print deze niet beschadigt. Gebruik  bijvoorbeeld desoldeerdraad om het soldeer te  verwijderen. Ik koos voor twee weerstanden van elk 3300  ohm (3,3 kΩ ) als vervanger voor de potentiometer van 5  kΩ . De kleurcodering van deze weerstand is oranje­ oranje­rood. De rechter van de twee kijkt op de foto  hiernaast om het hoekje. Omdat de aansluitpunten van de  potentiometer dik zijn kon ik de ene aansluiting van de  twee weerstanden in een gat solderen. Daar zat dus de  middenaansluiting van de potentiometer. De andere zijden van de weerstand komen in de 

eindaansluitingen van de potentiometer. Hiermee is de helft van de ombouw gereed. We moeten nu nog de nok van een tandwiel verwijderen. Zoek het bewuste tandwiel op. Bij  mij was dat tandwiel gemonteerd op de as van de potentiometer. Hieronder op de linker foto  is het afgebeeld met nok rechts.

Op de rechter foto zie je dat ik de nok heb weggeknipt, de stukjes liggen ernaast. Het is altijd spannend hoe het resultaat er uit ziet: werkt het? Nou, nadat ik alles weer voorzichtig in elkaar heb gezet, ook alle tandwieltjes op de juiste  plaats in de juiste volgorde, de proef op de som genomen: de aansluitingen gemaakt en het  testprogramma geschreven. En dan draaien maar? Ja hoor, in beide richtingen en met  snelheden, die netjes te regelen zijn. Zo moet het dus. En als ik dat kan …..

Weerstandswaarden in code Kleur Zwart Bruin Rood Oranje Geel Groen Blauw Violet Grijs Wit

Waarde 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ezelsbrug Zal Beste Rie Ons Geen Groenten Blijven Verkopen Grijs Wit

Op weerstanden staan gekleurde bandjes, die een code zijn voor de weerstandswaarde  ervan. Om de kleuren te onthouden is er een ezelsbruggetje toegevoegd, dat vaak gebruikt wordt.  Als je heel veel met weerstanden werkt hoef je dat ezelsbruggetje op den duur niet meer te  kennen. De kleur van het eerste bandje bepaalt het eerste cijfer. De kleur van het tweede bandje bepaalt de kleur van het tweede cijfer. De kleur van het derde bandje bepaalt het aantal nullen, dat moet worden toegevoegd. De kleur van het vierde bandje bepaalt de nauwkeurigheid van de weerstand: Zilver 10 %, goud, 5 % tolerantie. Voor robotica is eigenlijk maar een beperkt aantal weerstanden belangrijk. De waarden met  de codes vind je in onderstaande tabel. Weerstandsgrootte 100 Ω 220 Ω 470 Ω 1000 Ω  = 1 kΩ 10 kΩ

Eerste bandje bruin rood geel bruin bruin

Tweede bandje zwart rood violet zwart zwart

Derde bandje zwart zwart zwart rood oranje

Met een universeelmeter, waarmee ook weerstanden kunnen worden gemeten, kun je de  weerstand natuurlijk ook even vaststellen. Voor robotica worden ook een paar condensators gebruikt. Dat zijn 0,01 µ F (microfarad) en  0,1 µ F. Met heel kleine letters en cijfers staat de waarde hierop aangegeven.

Slotopmerkingen: Martin Lange dank ik zeer voor de vele opmerkingen en correcties, die hoog nodig bleken. Correcties, aanvullingen en suggesties: [email protected]. Deze worden zeer op prijs gesteld. Dank, H. Dorst