Unitats de robot LEGO a través d'un laberint: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Es tracta d’un robot senzill i autònom dissenyat per conduir a través d’un laberint fins a una sortida. Està construït amb LEGO Mindstorms EV3. El programari EV3 s’executa en un ordinador i genera un programa, que després es descarrega a un microcontrolador anomenat EV3 Brick. El mètode de programació es basa en icones i és d’alt nivell. És molt fàcil i versàtil.

PARTS

1. Conjunt LEGO Mindstorms EV3
2. Sensor d'ultrasons LEGO Mindstorms EV3. No està inclòs al conjunt EV3.
3. Cartró ondulat per al laberint. Dos cartrons haurien de ser suficients.
4. Un petit tros de cartró prim per ajudar a estabilitzar algunes cantonades i parets.
5. Cola i cinta adhesiva per connectar peces de cartró.
6. Un sobre vermell de targeta de felicitació per identificar la sortida del laberint.

EINES

1. Ganivet utilitari per tallar el cartró.
2. Regla d’acer per ajudar al procés de tall.

MÈTODE DE RESOLUCIÓ DE MASOS

Hi ha diversos mètodes per navegar per un laberint. Si esteu interessats en estudiar-los, es descriuen molt bé al següent article de Viquipèdia:

He escollit la regla de seguidor de la paret de l'esquerra. La idea és que el robot mantingui una paret al costat esquerre prenent les decisions següents a mesura que passa pel laberint:

1. Si és possible girar a l’esquerra, feu-ho.
2. En cas contrari, aneu recte si és possible.
3. Si no pot anar cap a l’esquerra o recte, gireu a la dreta, si és possible.
4. Si cap de les anteriors no és possible, ha de ser un carreró sense sortida. Dóna la volta.

Una precaució és que el mètode podria fallar si el laberint té un bucle. Depenent de la ubicació del bucle, el robot podria continuar donant voltes i voltes al bucle. Una possible solució per a aquest problema seria que el robot canviés a la regla de seguidor de paret de la dreta si s’adonés que anava en bucle. No vaig incloure aquest refinament al meu projecte.

PASSOS PER CONSTRUIR EL ROBOT

Tot i que LEGO Mindstorms EV3 és molt versàtil, no permet més d’un de cada tipus de sensor connectat a un maó. Es podrien encadenar dos o més Bricks, però no volia comprar un altre Brick i, per tant, vaig utilitzar els següents sensors (en lloc de tres sensors d'ultrasons): sensor d'infrarojos, sensor de color i sensor d'ultrasons. Això va funcionar bé: els parells de fotos següents mostren com construir el robot. La primera foto de cada parell mostra les parts necessàries i la segona mostra les mateixes parts connectades entre elles.

Pas 1: Base del robot

El primer pas és construir la base del robot, utilitzant les parts que es mostren. La base del robot es mostra cap per avall. La petita part en forma de L a la part posterior del robot és un suport per a la part posterior. Es llisca a mesura que es mou el robot. Això funciona bé. El kit EV3 no té una peça de tipus bola rodant.

Pas 2: Part superior de la base

Els següents 3 passos són per a la part superior de la base del robot, el sensor de color i els cables, que són tots cables de 10 polzades (26 cm)

Pas 3: Sensors d'infrarojos i ultrasons

A continuació, es troben el sensor d’infrarojos (a la part esquerra del robot) i el sensor d’ultrasons (a la dreta). A més, els 4 pins per fixar el maó a la part superior.

Els sensors d’infrarojos i ultrasons es situen verticalment en lloc de l’horitzontal normal. Això proporciona una millor identificació de les cantonades o extrems de les parets.

Pas 4: Cables

Connecteu el maó i connecteu els cables de la manera següent:

• Port B: motor gran esquerre.
• Port C: motor gran dret.
• Port 2: sensor d'ultrasons.
• Port 3: sensor de color.
• Port 4: sensor d'infrarojos.

Pas 5: Pas final en la construcció del robot: decoració

Les ales i les aletes només serveixen per decorar.

Pas 6: pseudocodi del programa

1. Espereu 3 segons i digueu "Vés".
2. Comenceu el robot a avançar recte.
3. Si és possible girar a l'esquerra (és a dir, si el sensor d'infrarojos no detecta cap objecte a prop), digueu "Esquerra" i aneu a l'esquerra.
4. Avanceu aproximadament 15 cm per evitar un fals gir a l’esquerra. La raó és que després que el robot giri, el sensor veuria el llarg espai del qual acabava d’arribar i el robot pensaria que hauria de girar a l’esquerra, cosa que no és el correcte. Torneu al pas 2.
5. Si no és possible girar a l’esquerra, comproveu què veu el sensor de color davant del robot.
6. Si no hi ha color (és a dir, no hi ha objecte), torneu al pas 2.
7. Si el color és vermell, aquesta és la sortida. Atureu el robot, toqueu una fanfarria i atureu el programa.

8. Si el color és marró (és a dir, cartró marró al davant), atureu el robot.

   1. Si és possible girar a la dreta (és a dir, si el sensor d'ultrasons no detecta cap objecte a prop), digueu "Dret" i aneu a la dreta. Torneu al pas 2.
   2. Si no és possible girar a la dreta, digueu "Uh-oh", feu una còpia de seguretat d'uns 5,5 polzades (12,5 cm) i doneu la volta. Torneu al pas 2.

Pas 7: programa

LEGO Mindstorms EV3 té un mètode de programació basat en icones molt convenient. Els blocs es mostren a la part inferior de la pantalla de l’ordinador i es poden arrossegar i deixar anar a la finestra de programació per crear un programa. La captura de pantalla mostra el programa d’aquest projecte. Els blocs es descriuen al següent pas.

No he pogut esbrinar com configurar la descàrrega del programa per a la vostra gent, de manera que es descriuen els blocs al següent pas. Cada bloc té opcions i paràmetres. És molt fàcil i versàtil. No us hauria de trigar molt a desenvolupar el programa i / o canviar-lo segons les vostres necessitats. Com sempre, és una bona idea desar el programa periòdicament en desenvolupar-lo.

El maó EV3 es pot connectar a l'ordinador mitjançant un cable USB, Wi-Fi o Bluetooth. Quan està connectat i activat, s’indica en una petita finestra a l’angle inferior dret de la finestra EV3 de l’ordinador. El "EV3" a la part més dreta es torna vermell. Quan aquesta pantalla està configurada a Port View, mostra en temps real el que cada sensor està detectant. Això és útil per experimentar.

En construir aquest programa, suggeriria treballar d’esquerra a dreta i de dalt a baix i ampliar el bucle i canviar els blocs abans d’arrossegar altres blocs a dins. Vaig tenir problemes desordenats intentant inserir blocs addicionals dins abans d’ampliar-los.

Pas 8: Programació de blocs

1. A partir de la part esquerra del programa, el bloc inicial es presenta automàticament quan es desenvolupa un programa.
2. El següent és un bloc d’espera, que ens dóna 3 segons per col·locar el robot a l’entrada del laberint, després d’iniciar el programa.
3. Un bloc de so fa que el robot digui "Vés".
4. Un bloc de bucles conté la major part del programa. La pantalla s'hauria de reduir 4 o 5 vegades i aquest bloc de bucle s'hauria d'ampliar gairebé fins a la vora dreta del llenç de programació abans de començar a inserir blocs. Es pot fer més petit després.
5. El primer bloc dins del bucle és un bloc de direcció Move amb la direcció ajustada a zero i la potència configurada a 20. Això fa que els motors funcionin recte a baixa velocitat. Una velocitat més ràpida faria que el robot es mogui massa quan continua avançant mentre parla en els passos següents.
6. Un bloc de commutació en el mode de proximitat del sensor d'infrarojos comprova si hi ha algun objecte més lluny d'un valor de 30. Això equival a aproximadament 23 cm (9 polzades) per al cartró marró. Si el valor és superior a 30, s'executen els blocs 7, 8 i 9; en cas contrari, el programa passa al bloc 10 següent.
7. Un bloc de so fa que el robot digui "Esquerra".
8. Un bloc de direcció de moviment amb la direcció ajustada a -45, la potència configurada a 20, les rotacions a 1,26 i el fre al final a True. Això fa que el robot giri a l’esquerra.
9. Un bloc de direcció de moviment amb la direcció de zero, la potència de 20, les rotacions de 1,2 i el fre al final de True. Això fa que el robot avanci uns 15 centímetres (6 polzades) per evitar un fals gir a l’esquerra.
10. Un bloc de commutació al mode de mesura del sensor de color comprova quin color té davant del robot. Si no hi ha color (és a dir, no hi ha objecte), el programa es dirigeix fins al final del bucle. Si el color és vermell, s'executen els blocs 11, 12 i 13. Si el color és marró, el programa passa al bloc 14 següent.
11. Un bloc de direcció de moviment en mode apagat per aturar els motors.
12. Un bloc de so interpreta una fanfara.
13. Un bloc d'interrupció de bucle surt del bucle.
14. Un bloc de direcció de moviment en mode apagat per aturar els motors.
15. Un bloc de commutació en el mode de comparació de polzades de distància del sensor ultrasònic comprova si hi ha algun objecte superior a 20 cm (8 polzades). Si fa més de vuit polzades, s'executen els blocs 16 i 17; en cas contrari, el programa passa al bloc 18 següent.
16. Un bloc de so fa que el robot digui "correcte".
17. Un bloc de direcció de moviment amb la direcció ajustada a -55, la potència configurada a -20, les rotacions definides a 1,1 i el fre al final configurat a True. Això fa que el robot giri a la dreta.
18. Un bloc de so fa que el robot digui "Uh-oh".
19. Un bloc de tanc de moviment amb potència esquerra a -20, potència dreta a -20, rotacions a 1 i fre al final a True. Això fa que el robot faci una còpia de seguretat d’uns 12,5 cm (5 polzades) per fer espai per donar la volta.
20. Un bloc de tanc de moviment amb potència esquerra configurat a -20, potència dreta configurat a 20, rotacions a 1,14 i fre al final configurat a cert. Això fa que el robot giri.
21. A la sortida del bucle hi ha un bloc del programa Stop.

Pas 9: CONSTRUIU un laberint

Dos cartrons de cartró ondulat haurien de ser suficients per al laberint. Vaig fer les parets del laberint de 12,5 cm d’alçada, però 10 cm haurien de funcionar igualment si no teniu cartró ondulat.

En primer lloc, vaig tallar les parets dels cartrons, a 25 cm (10 polzades) de la part inferior. Després vaig tallar al voltant de les parets a 5 centímetres del fons. Això proporciona diverses parets de 5 polzades. A més, vaig tallar els fons dels cartrons, deixant aproximadament 1 polzada (2,5 cm) enganxada a les parets per obtenir estabilitat.

Les diverses peces es poden tallar i enganxar o enganxar on sigui necessari per formar el laberint. Hi hauria d’haver un espai de 12 polzades (30 cm) entre les parets en qualsevol camí amb un carreró sense sortida. Aquesta distància és necessària perquè el robot giri.

És possible que calgui reforçar algunes de les cantonades del laberint. També cal evitar que es doblegin algunes parets rectes si inclouen una cantonada de cartró redreçada. Els trossos petits de cartró prim s’han d’enganxar al fons en aquests llocs, tal com es mostra.

La sortida té una barrera vermella que consta de mig sobre de targeta de felicitació vermella i una base feta de 2 peces de cartró prim, tal com es mostra.

Una precaució és que el laberint no ha de ser gran. Si els girs del robot tenen un lleuger angle respecte al correcte, les discrepàncies se sumen després d’uns quants girs. Per exemple, si un gir a l’esquerra està 3 graus de desactivació, després de 5 voltes a l’esquerra, el robot es redueix a 15 graus. Un laberint gran tindria més girs i un recorregut més llarg que un petit, i el robot podria córrer cap a les parets. Vaig haver de jugar diverses vegades amb la configuració de les rotacions dels girs per tal d’aconseguir una conducció amb èxit fins i tot fins al petit laberint que vaig fer.

MILLORES FUTURES

Un projecte de seguiment evident és fer que el robot sigui capaç de determinar un camí directe pel laberint mentre el navega, i després conduir aquest camí directe (evitant els punts morts) just després.

Això és molt més complicat que el projecte actual. El robot ha de recordar el camí que ha recorregut, eliminar els punts morts, emmagatzemar el nou camí i després seguir el nou camí. Tinc previst treballar en aquest projecte en un futur proper. Espero que sigui possible aconseguir-ho amb LEGO Mindstorms EV3 mitjançant blocs d’operacions de matriu i alguns blocs relacionats amb les matemàtiques.

Observació final

Aquest va ser un projecte divertit. Espero que també el trobeu interessant.