Урок 09. Продолжаем изучать инфракрасный датчик
Введение
Наш очередной урок мы посвятим последнему режиму совместной работы инфракрасного датчика и инфракрасного маяка — режиму «Маяк». В этом режиме инфракрасный датчик способен обнаруживать излучение инфракрасного маяка, а также определять примерное направление и расстояние до него.
Инфракрасный датчик. Режим «Маяк»
Для того, чтобы использовать инфракрасный маяк в этом режиме, следует, нажав отдельную горизонтальную серую кнопку, перевести маяк в режим непрерывного излучения сигнала (Рис. 1 поз. 1). При этом на инфракрасном маяке загорится зеленый индикатор.
Давайте рассмотрим программный блок «Инфракрасный датчик» Желтой палитры в режиме «Измерение» — «Маяк». (Рис. 2) В этом режиме программный блок имеет один входной параметр, определяющий номер канала работы инфракрасного маяка (Рис. 2 поз.1), а также три выходных параметра: «Направление» (Рис. 2 поз.2), «Приближение» (Рис. 2 поз.3) и «Обнаружено» (Рис. 2 поз.4).
- Параметр «Обнаружено» выдает логическое значение «Да» — если инфракрасный маяк обнаружен датчиком, и «Нет» — в противном случае.
- Параметр «Приближение» выдает числовое значение в диапазоне от 0 до 100. Значение, равное 0, означает, что инфракрасный маяк находится очень близко. Значения, меньшие 100, сигнализируют о том, что инфракрасный маяк уверенно обнаруживается датчиком и находится в относительной удаленности от робота. Значение, равное 100 говорит нам о том, что инфракрасный маяк находится очень далеко или не обнаружен датчиком.
- Параметр «Направление» выдает числовое значение в диапазоне от —25 до 25. Значение, равное 0, означает, что инфракрасный маяк находится строго напротив инфракрасного датчика. Отрицательные значения свидетельствуют об отклонении инфракрасного датчика в левую сторону от направления датчика (против часовой стрелки), а положительные — в правую сторону от направления датчика (по часовой стрелке) (Рис. 3).
Попробуем применить полученные знания на практике и создать программу для робота, позволяющую ему находить инфракрасный маяк и следовать за ним.
Поиск инфракрасного маяка
На первом этапе приступим к созданию программы поиска роботом инфракрасного маяка.
Написать программу для робота, вращающегося вокруг своей оси и останавливающегося в направлении инфракрасного датчика.
- Используя программный блок «Независимое управление моторами», начать вращение робота вокруг своей оси против часовой стрелки (Рис. 4 поз. 1).
- Используя программный блок «Ожидание» в режиме «Инфракрасный датчик» — «Сравнение» — «Приближение маяка» (Рис. 4 поз. 2) с пороговым значением равным 80 (Рис. 4 поз. 3), ожидаем, пока робот не обнаружит инфракрасный маяк (значение параметра «Приближение» станет меньше 100).
- Так как наш робот вращается против часовой стрелки, то, когда инфракрасный датчик обнаружит маяк, его параметр «Направление» примет отрицательное значение. Поэтому, следующий программный блок «Ожидание» в режиме «Инфракрасный датчик» — «Сравнение» — «Направление маяка» (Рис. 4 поз. 4) даст возможность роботу вращаться до тех пор, пока робот не окажется напротив инфракрасного маяка (значение параметра «Пороговое значение» превысит 0 (Рис. 4 поз. 5)).
- Так как наш робот, вращаясь с большой скоростью, может повернуть чуть больше в результате сил инерции, то, на малой скорости, используя следующие два программных блока, повернем робота по часовой стрелке (Рис. 4 поз. 6, 7).
- Выключим моторы робота (Рис. 4 поз. 8).
Загрузите программу в робота, поверните робота спиной к инфракрасному маяку, включите маяк и запустите программу на выполнение. Наш робот должен остановиться напротив маяка. Получилось? Для того чтобы лучше понять принцип работы нашей программы, попробуйте, изменив направление начального вращения робота (по часовой стрелке), отредактировать необходимые программные блоки и добиться правильной её работы.
Следование за инфракрасным маяком
Написать программу следования робота за инфракрасным маяком.
Наш робот научился уверенно определять направление инфракрасного маяка и поворачивать в его сторону. Осталось только доехать до него и остановиться напротив. Решить эту задачу можно различными способами. Предлагаю вам воспользоваться возможностями, предоставляемыми программным блоком «Инфракрасный датчик» Желтой палитры, который мы рассмотрели в первой части сегодняшнего урока. Как поведет себя наш робот, если в бесконечном цикле мы подадим значение параметра «Приближение» (Рис. 5 поз. 1) программного блока «Инфракрасного датчика» на вход параметра «Мощность» (Рис. 5 поз. 2) программного блока «Рулевое управление» Зеленой палитры?
Поместим включенный маяк непосредственно перед роботом. Загрузим получившуюся программу (Рис. 5) в робота и запустим её на выполнение. Приближаясь к маяку, наш робот будет постепенно замедляться. Подъехав вплотную к маяку, робот остановится. Если отодвинуть маяк, то робот снова устремится в его сторону.
К сожалению, пока наш робот не умеет изменять направление движения. Если инфракрасный маяк переместить влево — вправо от направления движения робота, то, наш робот проедет мимо. Давайте научим движущегося робота поворачивать в сторону маяка. Для этого возьмем параметр «Направление» (Рис. 6 поз. 1) программного блока «Инфракрасный датчик», умножим его на 2 (Рис. 6 поз. 2) и подадим на вход параметра «Рулевое управление» (Рис. 6 поз. 3) программного блока «Рулевое управление». Для чего нам потребовалось умножение? Диапазон значений параметра «Направление» от -25 до 25. Получая значения из этого диапазона, робот будет поворачивать на недостаточный угол — умножение же расширяет диапазон значений от -50 до 50, что позволит роботу уверенно следовать за перемещениями маяка.
Снова поместим включенный инфракрасный маяк напротив робота. Загрузим исправленную программу (Рис. 6) в робота и запустим её на выполнение. Как только робот устремится в сторону инфракрасного маяка, начнем перемещать маяк влево или вправо от направления движения робота. Наш робот будет уверено поворачивать в сторону маяка!
Теперь наша программа отлично справляется с задачей следования за инфракрасным маяком. Но, если выключить маяк, то робот начинает вести себя непредсказуемо. Ведь мы никак не учитываем показание параметра «Обнаружено» (Рис. 7 поз. 1) программного блока «Инфракрасный датчик». Если робот теряет маяк, то значение параметра «Обнаружено» становится равным «Нет». Подадим значение параметра «Обнаружено» на вход программного блока «Переключатель», установленного в режим «Логическое значение». В контейнер логического значения «Нет» установим программный блок «Прерывание цикла» Оранжевой палитры (Рис. 7 поз. 2). Параметр «Имя прерывания» программного блока «Прерывание цикла» должно соответствовать имени цикла!
Протестируем получившуюся программу (Рис. 7) — стоит выключить инфракрасный маяк, как программный блок «Прерывание цикла» фактически остановит выполнение нашей программы!
Поиск и следование за инфракрасным маяком
Написать программу поиска и следования за инфракрасным маяком.
Настало время объединить полученные знания. Внутрь бесконечного цикла сначала поместим программу поиска маяка (Рис. 4), а затем — программу следования за маяком (Рис. 7). Получившуюся программу (Рис. 8) загрузим в робота и запустим на выполнение. Сначала наш робот будет вращаться на месте, пока не повернется в сторону инфракрасного маяка, а затем устремится в его сторону. Если маяк выключить, то робот остановится и снова начнет вращаться на месте, пока не обнаружит инфракрасный маяк.
Источник
Какие бывают датчики для роботов?
Датчики играют в робототехнике одну из важнейших ролей. При помощи различных сенсоров робот ощущает окружающую среду и может ориентироваться в ней. По аналогии с живым организмом — это органы чувств. Даже обычный самодельный робот не может полноценно функционировать без простейших датчиков. В этой статье мы подробно рассмотрим все виды датчиков, которые можно установить на робота, и полезность их применения.
Тактильные сенсоры
Тактильные сенсоры наделяют робота возможностью реагировать на контакты (силы), возникающие между ним и другими объектами в рабочей зоне. Обычно этими датчиками оснащают промышленные манипуляторы, а также роботов с медицинским применением. Машины, оснащенные тактильными сенсорами, эффективно справляются с операциями сборки и контроля, то есть функциями, требующими учитывать тонкости работы.
Разрабатывая современных гуманоидных роботов, производители оснащают их этими сенсорами, чтобы сделать машины ещё более «одушевленными», способными воспринимать информацию об окружающем мире буквально на ощупь.
Оптические датчики
При построении робота просто не обойтись без оптических датчиков. С помощью них аппарат будет «видеть» все вокруг. Эти сенсоры работают с помощью фоторезистора. Датчик отражения (излучатель и приемник) позволяет определять белые или черные участки на поверхности, что позволяет, к примеру, колесному роботу двигаться по нарисованной линии или определить близость препятствия. Источником света часто служит инфракрасный светодиод с линзой, а детектором — фотодиод или фототранзистор.
Отдельного внимания заслуживают видеокамеры. По сути, это глаза робота. Этот тип датчиков на сегодняшний широко используется благодаря росту технологий в сфере обработки изображений. Как понимаете, кроме роботов, применений видеокамерам достаточно: системы авторизации, распознавания образов, обнаружения движения в случае охранной деятельности и т.п.
Звуковые датчики
Эти датчики служат для безопасного передвижения роботов в пространстве за счет измерения расстояния до препятствия от нескольких сантиметров до нескольких метров. К ним относятся микрофон (позволяет фиксировать звук, голос и шум), дальномеры, которые представляют собой датчики, измеряющие расстояние до ближайших объектов и другие ультразвуковые сенсоры. УЗ особенно широко используются практически во всех отраслях робототехники.
Работа ультразвукового датчика основана на принципе эхолокации. Вот как это работает: динамик прибора издает УЗ импульс на определенной частоте и замеряет время до момента его возвращения на микрофон. Звуковые локаторы излучают направленные звуковые волны, которые отражаются от объектов, и часть этого звука снова поступает в датчик. При этом время поступления и интенсивность такого возвратного сигнала несут информацию о расстоянии до ближайших объектов.
Для автономных подводных аппаратов преимущественно используются технологии подводных гидролокаторов, а на земле звуковые локаторы в основном используются для предотвращения столкновений лишь в ближайших окрестностях, поскольку эти датчики характеризуются ограниченным диапазоном.
К числу других устройств, альтернативных по отношению к звуковым локаторам, относятся радары, лазеры и лидары. Вместо звука, в этом типе дальномеров используется отраженный от препятствия лазерный луч. Эти датчики получили более широкое применение в разработке автономных автомобилей, так как позволяют транспортному средству более эффективно справляться с дорожным движением.
Датчики положения
Этот вид датчиков используется в основном в беспилотных транспортных средствах, промышленных роботах, а также устройствах, требующих самобалансировки. К датчикам положения относятся GPS (система глобального позиционирования), ориентиры (исполняют роль маяка), гироскопы (определение угла вращения) и акселерометры. GPS – это спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение робота в пространстве. GPS позволяет беспилотным наземным, воздушным и водным транспортным средствам находить свой маршрут и без труда двигаться от одной точки к другой.
Гироскопы в робототехнике также распространенная вещь. Они отвечают за балансировку и стабилизацию любого устройства. А за счет того, что эта деталь относительно недорогая, её можно установить в любой самодельный робот.
Акселерометр — это датчик, позволяющий роботу измерять ускорение тела под действием внешних сил. Этот прибор похож на массивное тело, способное передвигаться вдоль некоторой оси и соединено с корпусом прибора пружинами. Если такой прибор толкнуть вправо, то груз сместится по направляющей влево от центра оси.
Датчики наклона
Данные сенсоры используются в роботах, где нужно контролировать наклон, для поддержания равновесия и во избежание переворота аппарата на неровной поверхности. Существуют как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами.
Инфракрасные датчики
Самый доступный и простой вид датчиков, которые применяются в роботах для определения приближения. Инфракрасный датчик самостоятельно посылает инфракрасные волны и, поймав отраженный сигнал, определяет наличие препятствия перед собой.
В режиме «маяк», данный датчик посылает постоянные сигналы, по которым робот сможет определять примерное направление и удаленность маяка. Это позволяет запрограммировать робота таким образом, чтобы он всегда следовал в сторону этого маяка. Низкая стоимость этого датчика позволяет устанавливать его практически на все самодельные роботы, и таким образом, оснащать их способностью уходить от препятствий.
Датчики температуры
Датчик температуры — еще один полезный прибор, который часто используется в современных устройствах. Он служит для автоматического измерения температуры в различных средах. Как и в компьютерах, в роботах прибор используется для контролирования температуры процессора и его своевременного охлаждения.
Мы рассмотрели все самые основные сенсоры, которые используются в робототехнике и позволяют роботу быть более ловким, маневренным и производительным.
Источник