А филиппов Робототехника для детей и родителей Под редакцией д ра техн наук, проф а л фрадкова Издание 3- е, дополненное и исправленное Санкт Петербург наука 2013

205
task main()
{
motor[motorB] = 100; //
моторы
вперед
с
motor[motorC] = 100; //
максимальной
мощностью
}
Обе команды выполняются практически мгновенно. Если сразу следом за ними выключить моторы, то тележка просто дернется и оста- нется стоять на месте (рис. 8.3):
Рис. 8.3. Остановка при попытке начать движение.
task main()
{
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = 100;
motor[motorB] = 0; //
стоп
мотор
motor[motorC] = 0;
}
Таким образом, для осуществления движения требуется некоторая задержка перед выключением моторов. Команды ожидания не произво- дят никаких конкретных действий, зато дают возможность моторам вы- полнить свою часть работы (рис. 8.4):
Рис. 8.4. Правильный порядок управления моторами.
task main()
{
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = 100;
wait1Msec(1000); //
Ждать
1000
мс
motor[motorB] = 0;
motor[motorC] = 0;
}
Движение вперед или назад, очевидно, определяется направлением вращения моторов (рис. 8.5). Для смены направления не требуется ос- тановка:
Рис. 8.5. Проехать секунду вперед, секунду назад и остановиться.

206
task main()
{
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = 100;
wait1Msec(1000);
motor[motorB] = -100; // «
Полный
назад
»
motor[motorC] = -100;
wait1Msec(1000);
motor[motorB] = 0;
motor[motorC] = 0;
}
В момент смены направления на высокой скорости возможен за- нос. Плавное торможение возможно. Для этого перед подачей команды
«назад» с моторов снимается напряжение и робот некоторое время едет по инерции (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Перед сменой направления полсекунды ехать по инерции.
Более краткий промежуток, чем 1 секунда, задается с помощью ко- манды «N/100» и модификатора. В Robolab 2.9.4 можно задавать время в миллисекундах командой «N/1000»:
task main()
{
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = 100;
wait1Msec(1000);
//
Включить
плавающий
режим
управления
моторами
bFloatDuringInactiveMotorPWM = true;
motor[motorB] = 0;
motor[motorC] = 0;
wait1Msec(500);
motor[motorB] = -100;
motor[motorC] = -100;
wait1Msec(1000);
//
Включить
режим
«
торможения
»
bFloatDuringInactiveMotorPWM = false;
motor[motorB] = 0;
motor[motorC] = 0;
}
В Robolab обычными командами моторы включаются в плавающем режиме, а в RobotC по умолчанию используется режим «торможения»,

207 который позволяет достичь более точного управления. Но и в Robolab существуют «продвинутые» команды управления моторами в режиме торможения да еще с диапазоном мощностей –100...100.
Повороты
Для выполнения поворота на месте достаточно включить моторы в разные стороны. Тогда робот будет вращаться приблизительно вокруг центра оси ведущих колес со смещением в сторону центра тяжести. Для более точного поворота надо подбирать время в сотых долях секунды
(рис. 8.7). Однако при изменении заряда батареек придется вводить но- вые параметры поворота:
Рис. 8.7. Поворот на месте.
task main()
{
motor[motorB] = 100; //
Моторы
в
разные
motor[motorC] = -100; //
стороны
wait1Msec(300);
motor[motorB] = 0;
motor[motorC] = 0;
}
Существует другой тип поворотов. Если один из моторов остано- вить, а другой включить, то вращение будет происходить вокруг стоя- щего мотора. Поворот получится более плавным (рис. 8.8):
Рис. 8.8. Плавный поворот.
task main()
{
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = 0;
wait1Msec(1000); //
вращается
только
мотор
B
motor[motorB] = 0;
}

208
Движение по квадрату
Используя полученные знания управления моторами, можно запро- граммировать движение по квадрату или другому многоугольнику с помощью цикла или безусловного перехода (рис. 8.9):
Рис. 8.9. Движение по многоугольнику с плавными поворотами.
task main()
{
while (true){
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = 100;
wait1Msec(1000);
motor[motorC] = 0;
wait1Msec(1000);
motor[motorB] = 0;
}
}
Уточнив длительность поворотов и число повторений, научим те- лежку объезжать квадрат по периметру 1 раз (рис. 8.10). Для точности поворотов снизим мощность моторов примерно вдвое. Задержки при- дется подобрать самостоятельно:
Рис. 8.10. Для поворота на 90 градусов длительность придется подобрать са-
мостоятельно.
task main()
{
for(int i=0;i<4;i++){ //
Цикл
выполняется
4
раза
motor[motorB] = 50;
motor[motorC] = 50;
wait1Msec(1000);
motor[motorC] = -50;
wait1Msec(400);
motor[motorB] = 0;
}
}

209
Управление
с
обратной
связью
Обратная связь
Появление обратной связи в системе означает то, что управляющий объект начинает получать информацию об объекте управления
(рис. 8.11).
Рис. 8.11. Управление с обратной связью.
Обратная связь осуществляется с помощью датчиков, прикреплен- ных, например, на корпус робота. Данные поступают в контроллер, ко- торый является управляющим объектом.
Точные перемещения
Чтобы поворот не зависел от заряда батареек, можно воспользо- ваться встроенным в двигатели датчиком оборотов, «энкодером», кото- рый позволяет делать измерения с точностью до 1 градуса. Для более эффективного управления задействуем в Robolab «продвинутые» ко- манды, считая что при повороте тележки на 90 градусов левое колесо поворачивается на 250 градусов вокруг своей оси (рис. 8.12):
Рис. 8.12. Точный поворот на месте.
task main() {
nMotorEncoder[motorB]=0; //
Инициализация
энкодера
motor[motorB] = 100;
motor[motorC] = -100;
//
Пустой
цикл
ожидания
показаний
энкодера
while(nMotorEncoder[motorB]<250);
motor[motorB] = 0;
motor[motorC] = 0;
}

224
Движение
вдоль
линии
Один датчик
Для первого опыта подойдут робот, созданный для задания «Танец в круге», и то же поле — черная окружность на белом фоне. Если уже все готово для изготовления полноценного поля для траектории, можно обратиться к разделу «Поле» в конце этой части. Единственная поправ- ка: датчик освещенности следует выдвинуть немного вперед, чтобы он образовывал вместе с ведущими колесами равносторонний или хотя бы равнобедренный прямоугольный треугольник (рис. 8.32).
Рис. 8.32. Варианты расположения датчика освещенности относительно ве-
дущих колес.
Задача такова: двигаться вдоль окружности по границе черного и белого. Решается элементарно применением релейного (или пропор- ционального) регулятора, который рассмотрен в главе «Алгоритмы управления». Только алгоритм будет записан не в виде ветвления, а с использованием блоков «Жди темнее» и «Жди светлее». Базовая конст- рукиця приведена на рис. 8.33—8.35, а простейшая программа для на- чинающих — на рис. 8.36. Без модификаторов предполагается, что дат- чик освещенности подключен к первому порту, а на моторы подается максимальная мощность.
Рис. 8.33. Крепление датчика освещенности к трехколесной тележке.

225
Рис. 8.34. Ось для регулировки высоты датчика может быть любой длины.
Рис. 8.35. Высота датчика над поверхностью поля — от 5 до 10 мм.
Рис. 8.36. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности.
Перед стартом ставим робота на линию так, чтобы датчик был чуть слева. По алгоритму робот плавно поворачивает направо, пока осве- щенность не понизится на 5 пунктов (по умолчанию). Затем поворачи- вает налево, пока освещенность не повысится на 5 пунктов. Движение получается похожим на «змейку».
Возможные проблемы
Перечислим трудности, которые могут возникнуть:
— робот крутится на месте, не заезжая на линию. В этом случае сле- дует либо стартовать с другой стороны линии, либо поменять подключения моторов к контроллеру местами;
— робот проскакивает линию, не успевая среагировать. Следует пони- зить мощность моторов;
— робот реагирует на мелкие помехи на белом, не доезжая до черно- го. Надо увеличить порог чувствительности датчика (например, не на 5, а

226 на 8 пунктов). Вообще говоря, это число можно рассчитать. Для этого сле- дует снять показания датчика на белом, затем на черном, вычесть одно из другого и поделить пополам. Например, (56 – 40) / 2 = 8.
Усовершенствованная программа показана на рис. 8.37.
Рис. 8.37. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности:
понижена скорость, увеличена разность между черным и белым.
Более устойчиво алгоритм работает, если использовать моторы с управлением скоростью –100...100. В этом случае есть возможность от- регулировать плавность поворота в соответствии с кривизной линии
(рис. 8.38).
Рис. 8.38. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности:
улучшено управление моторами.
В этом алгоритме притормаживающие моторы на повороте не ос- танавливаются полностью, а лишь понижают скорость до 20 пунктов.
Это делает поворот более плавным, но может привести и к потере ли- нии на резком повороте. Поэтому числа 80 и 20 поставлены условно, их стоит подобрать самостоятельно.
П-регулятор
И, наконец, для сравнения надо посмотреть, как будет работать
П-регулятор для одного датчика. Этот пример уже приводился в гла- ве 7. Но его стоит повторить с некоторыми дополнениями (рис. 8.39).
Рис. 8.39. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности на
пропорциональном регуляторе.

227
Число 48, использованное в формуле управления u, — это среднее арифметическое показаний датчика освещенности на черном и на бе- лом, например (40 + 56) / 2 = 48. Однако показания датчиков часто ме- няются по разным причинам: другая поверхность, изменение общей ос- вещенности в помещении, небольшая модификация конструкции и т.п.
Поэтому имеет смысл научить робота самостоятельно вычислять сред- нее арифметическое, т. е. значение границы белого и черного.
Есть несколько способов выполнить калибровку датчика. В про- стейшем случае вместо вычисления среднего арифметического просто понижается значение белого. Смысл способа в том, что робот снимает показания на белом, вычитает из него некоторое предполагаемое значе- ние и полученное число считает границей белого и черного. Например,
56 – 7 = 49 можно считать значением серого (рис. 8.40).
Рис. 8.40. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности на
пропорциональном регуляторе с предварительной калибровкой (определени-
ем значения серого).
task main()
{
int u, v=50;
float k=2;
int red=SensorValue[S1]-7;
while(true)
{
u=k*(SensorValue[s1]-red);
motor[motorB]=v+u;
motor[motorC]=v-u;
wait1Msec(1);
}
}
По умолчанию значение освещенности с датчика на порту 1 считы- вается в красный контейнер, после чего оно уменьшается на число 7, и в формуле управления u используется уже измененное значение красного контейнера red. Если указывать все модификаторы, программа будет выглядеть так, как показано на рис. 8.41.

228
Рис. 8.41. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности на
пропорциональном регуляторе — с модификаторами.
Надо иметь ввиду, что такой способ калибровки не учитывает все возможные варианты, а только экономит время на программирование и отладку. Если же времени достаточно, есть другой способ, при котором действительно производится расчет среднего арифметического показа- ний датчика освещенности на черном и на белом (рис. 8.42).
Рис. 8.42. Алгоритм движения по линии с одним датчиком освещенности на
пропорциональном регуляторе с расчетом значения серого.
task main()
{
int u, v=50;
float k=2;
int c4=SensorValue[S1];
PlaySound(soundBeepBeep);
wait1Msec(2000);
int c5=SensorValue[S1];
PlaySound(soundBeepBeep);
int grey=(c4+c5)/2;
while(true)
{
u=k*(SensorValue[S1]-grey);
motor[motorB]=v+u;
motor[motorC]=v-u;
wait1Msec(1);
}
}
Предложенный алгоритм обладает некоторым неудобством: при запуске потребуется быть внимательным и не пропустить звукового сигнала, после которого робота надо переместить так, чтобы датчик ос- вещенности оказался над белым полем. Понятно, что в начале следует

229 поместить робота точно над черной линией. В контейнере с номером 4
(обозначается c4) будет сохранено значение черного, в контейнере с номером 5 (c5) — значение белого. В переменную grey помещается зна- чение серого, которое используется в регуляторе. Сразу после второго звукового сигнала робот начнет движение.
Калибровку можно сделать более управляемой. Для этого после каждого считывания данных необходимо вставить ожидание какого- либо внешнего события, например нажатия на датчик касания, умень- шения расстояния на ультразвуковом датчике или просто нажатия на кнопку NXT.
Рассмотрим простейший пример с дополнительным датчиком ка- сания, подсоединенным ко второму порту. Запустить программу имеет смысл, аккуратно установив тележку датчиком освещенности над чер- ной линией (рис. 8.43).
Рис. 8.43. Калибровка датчика освещенности с ожиданием касания.
task main()
{
int u, v=50;
float k=2;
int c4=SensorValue[S1];
PlaySound(soundBeepBeep);
while(SensorValue[S2]==0); //
Жди
,
пока
не
нажато
wait1Msec(100); //
Защита
от
залипаний
while(SensorValue[S2]==1); //
Жди
,
пока
нажато
wait1Msec(100);
int c5=SensorValue[S1];
PlaySound(soundBeepBeep);
int grey=(c4+c5)/2;
while(SensorValue[S2]==0);
wait1Msec(100);
while(SensorValue[S2]==1);
while(true)
{

230
u=k*(SensorValue[S1]-grey);
motor[motorB]=v+u;
motor[motorC]=v-u;
wait1Msec(1);
}
}
После первого звукового сигнала нужно переставить тележку так, чтобы датчик освещенности оказался над белым. После второго сигнала подготовиться к старту (датчик освещенности на границе между чер- ным и белым) и по нажатию кнопки стартовать.
Аналогичный опыт можно провести, используя датчик расстояния вместо датчика нажатия. Преимущество здесь в том, что старт робота будет осуществляться бесконтактно. Это поможет стартовать в точно выбранном положении. Только надо быть внимательным и несвоевре- менно не провести рукой возле датчика расстояния (рис. 8.44).
Рис. 8.44. Калибровка датчика освещенности с ожиданием объекта (руки).
В примере использованы именованные контейнеры (black и white), которые по сути являются переменными, как в обычном языке про- граммирования. Обратите внимание, что звуковой сигнал между двумя ожиданиями изменения расстояния способствует тому, чтобы робот не среагировал дважды подряд на одно приближение руки.
Полученный опыт стоит применить для окончательного выталки- вания кеглей из круга, если таковые еще остались на границе. Дорабо- тайте самостоятельно алгоритм, приведенный на рис. 8.31.
Поле для следования по линии
Более интересную траекторию, чем окружность, стоит сделать са- мостоятельно на светлой поверхности достаточно большой площади с помощью той же черной изоленты. В качестве поверхности подойдет лист фанеры или оргалита, обратная сторона листа линолеума, белая

231 клеенка и многое другое. Размеры поля желательно делать не меньше, чем 100
´ 150 см. При разметке траектории следует учесть отступ от линии до края поля не менее 20 см, чтобы колеса робота не съезжали с трассы во время движения.
Имея определенный навык, можно наклеить изоленту так, что по- лучится замкнутая кривая. Если не получается с одним куском изолен- ты, смело пользуйтесь ножницами, чтобы изгибы с малым радиусом кривизны составить из нескольких кусочков. Для начала не стоит рисо- вать слишком резких поворотов. Линию можно составить как из одной, так и из двух и даже трех полос изоленты. Тогда роботу будет легче ориентироваться и не съехать с курса. Помимо изоленты может быть использована матовая черная самоклеющаяся пленка. И, наконец, оп- тимальное решение
¾ печать графического файла на баннерной ткани.
Стоимость такой печати обычно не превосходит 400 руб. за 1 м
2
. Не- большое поле для движения по линии приведено на рис. 8.45.

перейти в каталог файлов