Введение:
Урок №12 курса «Практика» представляет разбор решения, наверное, самого популярного соревнования роботов — «Сумо». Главная задача робота-сумоиста состоит в том, чтобы вытолкнуть за пределы ринга своего соперника. Существует множество вариантов правил проведения этого состязания, накладывающих различные ограничения в первую очередь на размеры и конструкцию роботов, тем не менее, базовые алгоритмы поведения робота при этом очень похожи. Поэтому наш урок в значительной степени будет направлен на реализацию программы поведения, а в завершающей части урока рассмотрим некоторые советы по практической подготовке к соревнованию роботов.
12.1. Поле для проведения соревнования. Правила соревнования.
Не смотря на то, что соревновательная дисциплина «Сумо» большинством организаторов соревнований позиционируется как состязание, предназначенное для начинающих робототехников, она пользуется неизменным вниманием не только участников, но и зрителей! Соревнования проводятся на двух видах полей: либо белый круг, ограниченный черной окружностью, либо, наоборот, черный круг, ограниченный белой окружностью. Очень часто макет поля наносится на круглый подиум небольшой высоты. В этом случае побежденный робот принуждается к падению (бывает, что с подиума падают оба участника битвы).
Для нашего урока мы возьмем то же самое поле, которое использовали при разборе Урока №11 — «Кегельринг». Это поле представляет собой белый круг, ограниченный черной окружностью. С классическими правилами проведения соревнования «Сумо» по версии Российской ассоциации образовательной робототехники вы можете ознакомиться под спойлером ниже:
Регламент соревнований роботов «Сумо» по версии сайта RAOR.RU
Ссылка на страницу с правилами на сайте RAOR.RU
1. Общие правила
1.1. Робот должен вытолкнуть робота-соперника за черную линию (За пределы поля).
1.2. После начала состязания роботы должны двигаться по направлению друг к другу до столкновения.
1.3. После столкновения роботы должны пытаться контактировать друг с другом.
1.4. Во время проведения состязания участники команд не должны касаться роботов.
1.5. Два автономных робота выставляются на ринг (круглое поле). Роботы пытаются вытолкнуть соперника за пределы ринга.
1.6. Робот, выигравший большее количество раундов, выигрывает матч.
1.7. При игре «каждый с каждым», лучшим считается робот выигравший большее количество матчей.
1.8. При большом количестве участников можно организовывать ранжирование по «олимпийской системе» (на вылет).
2. Робот
2.1. Роботы должны быть построены с использованием только деталей конструкторов ЛЕГО Перворобот (LEGO-Mindstorms)
2.2. Во время всего раунда:
Размер робота не должен превышать 25х25х25см.
Вес робота не должен превышать 1кг.
2.3. Робот, по мнению судий, намерено повреждающий других роботов, или как-либо повреждающий покрытие поля, будет дисквалифицирован на всё время состязаний.
2.4. В конструкции робота строго запрещено использовать:
Клеящие вещества.
2.5. Перед матчем роботы проверяются на габариты и вес.
2.6. Робот может иметь множество программ, из которых оператор может выбирать каждый раунд.
2.7. Между матчами разрешено изменять конструкцию и программы роботов.
3. Поле
3.1. Белый круг диаметром 1 м с чёрной каёмкой толщиной в 5 см.
3.2. В круге, красными полосками отмечены стартовые зоны роботов.
3.3. Красной точкой отмечен центр круга.
3.4. Поле размещено на подиуме высотой 16 мм.
4. Проведение Соревнований
4.1. Соревнования состоят из серии матчей. Матч определяет, из двух участвующих в нём роботов, наиболее сильного. Матч состоит из 3 раундов по 30 секунд. Матч выигрывает робот выигравший большее количество раундов. Судья может использовать дополнительный раунд для разъяснения спорных ситуаций.
4.2. Раунды проводятся подряд.
4.3. В начале раунда роботы выставляются за красными полосами (от центра ринга) в своих стартовых зонах, все касающиеся поля части робота должны находиться внутри стартовой зоны.
4.4. По команде судьи отдаётся сигнал на запуск роботов, при этом операторы роботов должны запустить программу на роботах и отойти от поля более чем на 1 метр в течение 5 секунд. За эти же 5 секунд роботы должны проехать по прямой и столкнуться друг с другом.
4.5. Для начинающих: После столкновения роботы не могут маневрировать по рингу.
4.6. Для опытных: После столкновения роботы могут маневрировать по рингу как угодно.
4.7. Если роботы не сталкиваются в течение 5 секунд после начала раунда, то робот из-за которого, по мнению судьи, не происходит столкновения, считается проигравшим в раунде. Если роботы едут по прямой и не успевают столкнуться за 5 секунд, то робот, находящийся ближе к своей стартовой зоне, считается проигравшим в раунде.
5. Правила отбора победителя
5.1. Если робот не двигается, не находясь в контакте с другим роботом, больше 10 сек, то он считается проигравшим в раунде.
5.2. При касании любой части робота (даже не присоединённой к роботу) за пределы чёрной каёмки, роботу засчитывается проигрыш в раунде.
5.3. Если по окончании раунда ни один робот не будет вытолкнут за пределы круга, то выигравшим раунд считается робот, находящийся ближе всего к центру круга.
5.4. Если победитель не может быть определен способами, описанными выше, решение о победе или переигровке принимает судья состязания.
6. Судейство
6.1. Организаторы оставляют за собой право вносить в правила состязаний любые изменения, если эти изменения не дают преимуществ одной из команд.
6.2. Контроль и подведение итогов осуществляется судейской коллегией в соответствии с приведенными правилами.
6.3. Судьи обладают всеми полномочиями на протяжении всех состязаний; все участники должны подчиняться их решениям.
6.4. Если появляются какие-то возражения относительно судейства, команда имеет право в устном порядке обжаловать решение судей в Оргкомитете не позднее окончания текущего раунда.
6.5. Переигровка может быть проведена по решению судей в случае, когда робот не смог закончить этап из-за постороннего вмешательства, либо когда неисправность возникла по причине плохого состояния игрового поля, либо из-за ошибки, допущенной судейской коллегий.
6.6. Члены команды и руководитель не должны вмешиваться в действия робота своей команды или робота соперника ни физически, ни на расстоянии. Вмешательство ведет к немедленной дисквалификации.
6.7. Судья может закончить состязание по собственному усмотрению, если робот не сможет продолжить движение в течение 10 секунд.
12.2. Конструкция робота для соревнования «Сумо».
Базовое поведение робота в «Сумо» очень похоже на поведение робота в «Кегельринге». Роботу также необходимо найти внутри поля объект и вытолкать его за пределы круга. Различия, как водится, кроятся в деталях: теперь этот объект в свою очередь ищет нашего робота и тоже жаждет вытолкать его поскорее.
Тем не менее — сосредоточимся на своей цели: искать соперника нам по-прежнему будет помогать один из датчиков, способных определять предметы на расстоянии (инфракрасный или ультразвуковой), а своевременно определять черную границу поля будем с помощью датчика цвета. Поэтому для создания и отладки программы робота-сумоиста предлагаем вам использовать того же самого робота, которого мы подготовили для Урока №11 — Кегельринг.
Для того, чтобы защитить впереди расположенный датчик от взаимодействия с соперником, соорудим бампер и закрепим его на нашем роботе. Ниже приведены подробные инструкции для сборки, как из домашней, так и из образовательной версии конструктора Lego mindstorms EV3. Можете поэкспериментировать и придумать собственный вариант конструкции.
Lego mindstorms EV3 Home
Lego mindstorms EV3 Education
Получившийся элемент закрепим на передней балке нашего робота.
Lego mindstorms EV3 Home
Lego mindstorms EV3 Education
Наш учебный робот готов. Приступим к созданию программы робота-сумоиста. Замечательно, если у вас есть возможность отлаживать программу, используя ещё одного робота! Если же нет, то ничего страшного: можно задействовать в качестве соперника, например, радиоуправляемую модель автомобиля или те же кегли от «Кегельринга».
12.3. Создание программы для соревнования «Сумо».
Первая мысль, которая приходит в голову: использовать программу для «Кегельринга», внеся в неё косметические изменения. Действительно, алгоритмы поведения робота в «Кегельринге» и в «Сумо» очень похожи. Они реализуют поиск объекта и выталкивание его за пределы поля. Можно загрузить в робота-сумоиста программу для «Кегельринга», но работать такой сумоист будет не очень эффективно. Тем не менее, знания, полученные на предыдущем уроке, пригодятся нам сейчас.
Настало время загрузить в среду программирования наш проект «lessons-2», создать в нём новую программу «lesson-12» и подключить робота к среде программирования.
Поведенческую модель робота-сумоиста можно условно разделить на две части: поиск соперника и атака соперника. Сначала займемся реализацией первой части — поиска соперника.
Подробно пропишем последовательность действий нашего робота при обнаружении соперника на поле:
- вращаться вокруг своей оси, пока впереди расположенный датчик не обнаружит соперника;
- остановиться напротив соперника.
Эта последовательность действий полностью повторяет алгоритм поиска роботом кегли в «Кегельринге», но, так как, расстояние между роботами в «Сумо» может превышать расстояние от робота до кегли, то нам необходимо выбрать другое пороговое значение для используемого датчика.
Установим соперников на поле напротив друг друга, как показано на рисунке ниже.
Такое положение практически соответствует максимальному удалению роботов друг от друга во время состязания, поэтому текущее показание датчика, измеряющего расстояние до соперника можно взять за пороговое. Важно: так как пороговое значение будет достаточно большим — необходимо чтобы за пределами поля на расстоянии около 1 м. во время работы робота также отсутствовали посторонние предметы, способные помешать поиску.
На «Странице аппаратных средств», находящейся в правом нижнем углу среды программирования, выберем вкладку «Представление порта» (Рис. 1, 2 поз. 1) и снимем показание датчика, определяющего расстояние до соперника, установив соответствующий режим отображения показаний.
В нашем случае ультразвуковой датчик в режиме «Расстояние в сантиметрах» показывает значение — 56,1 (Рис. 1 поз. 2). За пороговое значение примем число — 57.
Рис. 1
Инфракрасный датчик в режиме «Приближение» показывает значение — 68 (Рис. 2 поз. 2). За пороговое значение примем число — 70.
Рис. 2
По аналогии с «Кегельрингом» мы можем запрограммировать нахождение роботом соперника, только, чтобы немного дистанцироваться от предыдущего урока, изменим направление вращения робота на противоположное:
Ультразвуковой датчик
- Для того, чтобы заставить робота вращаться вокруг своей оси, воспользуемся программным блоком «Независимое управление моторами» «Зеленой палитры», Режим работы блока установим «Включить», значение мощности для порта «B» установим равным -30, значение мощности для порта «C» установим равным 30 (Рис. 3 поз.1).
- Для поиска соперника используем программный блок «Ожидание» «Оранжевой палитры» в режиме «Ультразвуковой датчик — Сравнение — Расстояние в сантиметрах» с пороговым значением срабатывания датчика, равным 57 (Рис. 3 поз. 2).
- После того, как робот окажется напротив соперника, используя программный блок «Независимое управление моторами» «Зеленой палитры» выключим моторы (Рис. 3 поз. 3).
Рис. 3
Инфракрасный датчик
- Для того, чтобы заставить робота вращаться вокруг своей оси, воспользуемся программным блоком «Независимое управление моторами» «Зеленой палитры», Режим работы блока установим «Включить», значение мощности для порта «B» установим равным -30, значение мощности для порта «C» установим равным 30 (Рис. 4 поз.1).
- Для поиска соперника воспользуемся программным блоком «Ожидание» «Оранжевой палитры» в режиме «Инфракрасный датчик — Сравнение — Приближение», с пороговым значением срабатывания датчика, равным 70 (Рис. 4 поз. 2).
- После того, как робот окажется напротив соперника, используя программный блок «Независимое управление моторами» «Зеленой палитры» выключим моторы (Рис. 4 поз. 3).
Рис. 4
На этапе отладки этого алгоритма вам придется, подбирая значения «Мощность» моторов «B» и «C» а также пороговое значение датчика, добиться от вашего робота точного обнаружения и остановки строго напротив соперника. Только после этого можно будет переходить к программной реализации алгоритма атаки.
Если поиск соперника в «Сумо» очень похож на поиск кегли в «Кегельринге», то выталкивание соперника имеет важное отличие! Начиная атаку, первое, что необходимо сделать, это прямолинейно устремиться на максимальной мощности моторов в сторону обнаруженного соперника, проверяя датчиком цвета обнаружение границы ринга. Но ведь наш соперник тоже может двигаться! Поэтому вполне возможна ситуация, когда соперник выйдет в сторону из-под направления нашей атаки. В этом случае, наш робот, промахнувшись, будет двигаться в сторону границы ринга, теряя соперника и драгоценное время.
Следовательно, нам необходимо во время прямолинейного движения вперед анализировать оба датчика и прекращать атаку в случае, если робот потеряет соперника ИЛИ робот достигнет границы ринга. Поэтому нам необходимо отказаться от использования программного блока «Ожидание» «Оранжевой палитры» и самостоятельно в цикле получать и обрабатывать показания двух датчиков.
Приступим к поэтапной реализации алгоритма атаки соперника: для этого создадим в проекте временную программу «lesson-12-1» и начнем её наполнение программными блоками.
- Возьмем программный блок «Цикл» «Оранжевой палитры».
- Внутрь блока «Цикл» поместим программный блок «Независимое управление моторами» «Зеленой палитры». Режим работы блока установим в значение «Включить» (Рис. 5 поз. 1), мощности моторов «B» и «C» установим в максимальное значение — 100 (Рис. 5 поз. 2).
Рис. 5
- Следом за блоком «Независимое управление моторами» поместим программный блок «Датчик цвета» «Желтой палитры». Режим работы блока установим в значение «Сравнение — Яркость отраженного света» (Рис. 6)
Рис. 6
В этом режиме программный блок «Датчик цвета» «Желтой палитры» визуально очень похож на программный блок «Ожидание» «Оранжевой палитры» в режиме «Датчик цвета — Сравнение — Яркость отраженного света». Но, в отличие от блока «Ожидание», этот программный блок не ждет выполнения условия, указанного параметрами «Тип сравнения» (Рис. 7 поз. 1) и «Пороговое значение» (Рис. 7 поз. 2), а сразу выдает логическое значение («Истина» или «Ложь») в выходном параметре «Результат сравнения» (Рис. 7 поз. 3) и измеренное значение — в выходном параметре «Освещение» (Рис. 7 поз. 4).
Параметры «Тип сравнения» и «Пороговое значение» на Рис. 7 поз. 1, 2 установим таким образом, чтобы выходной параметр «Результат сравнения» (Рис. 7 поз. 3) выдавал логическое значение «Истина» при пересечении датчиком цвета черной границы ринга.
Рис. 7
- В случае использования ультразвукового датчика за блоком «Датчик цвета» установим программный блок «Ультразвуковой датчик» «Желтой палитры». Режим работы блока установим в значение «Сравнение — Расстояние в сантиметрах» (Рис. 8 поз. 1). Параметр «Тип сравнения» (Рис. 8 поз. 2), параметр «Пороговое значение» (Рис. 8 поз. 3) установим таким образом, чтобы выходной параметр «Результат сравнения» (Рис. 8 поз. 4) выдавал логическое значение «Истина» в случае потери из виду роботом соперника.
Рис. 8
В случае использования инфракрасного датчика за блоком «Датчик цвета» установим программный блок «Инфракрасный датчик» «Желтой палитры». Режим работы блока установим в значение «Сравнение — Приближение» (Рис. 9 поз. 1). Параметр «Тип сравнения» (Рис. 9 поз. 2), параметр «Пороговое значение» (Рис. 9 поз. 3) установим таким образом, чтобы выходной параметр «Результат сравнения» (Рис. 9 поз. 4) выдавал логическое значение «Истина» в случае потери из виду роботом соперника.
Рис. 9
Давайте ещё раз проанализируем промежуточный код нашего алгоритма атаки: мы включили моторы на максимальную мощность и движемся вперед, постоянно в цикле опрашивая датчики. Если наш робот пересечет черную линию границы ринга, то значение выходного параметра «Результат сравнения» «Датчика цвета» примет значение «Истина». Если наш робот потеряет соперника, то значение выходного параметра «Результат сравнения» датчика, следящего за соперником, также примет значение «Истина». В любом из этих случаев нам следует прекратить атаку, завершив наш цикл. В этом нам поможет программный блок «Логические операции» «Красной палитры». Познакомимся с этим блоком подробнее: программный блок «Логические операции» предназначен для выполнения операций над логическими данными (Рис. 10).
Рис. 10
Выбранный режим программного блока «Логические операции» «Красной палитры» определяет одну из четырех операций над логическими данными: «И (AND)», «ИЛИ (OR)», «Исключающее ИЛИ» и «Исключение (NOT)». Два входных параметра «a» и «b» (для операции «Исключение (NOT)» — один входной параметр «a») передают в программный блок входные значения, а результирующее значение выдается выходным параметром «Результат». Если вы ранее не сталкивались с логическими операциями, то можете ознакомиться с базовыми знаниями в прилагаемой справке под спойлером.
Логические операции осуществляются только над логическими значениями (данными), результатом логической операции также является логическое значение. Логическое значение может находиться в одном из двух состояний: «Истина» или «Ложь». Логические операции очень часто записываются в табличной форме в виде: «входной параметр 1» — «входной параметр 2» = «результат». Логические операции, реализуемые программным блоком «Логические операции» «Красной палитры» в табличной форме можно записать следующим образом:
Логическая операция «И (AND)»
Результатом логической операции «И (AND)» будет значение «Истина» только, если оба входных значения равны «Истина», во всех других случаях значение операции равно «Ложь».
| «a» | операция | «b» | результат | |
| «Ложь» | «И (AND)» | «Ложь» | = | «Ложь» |
| «Ложь» | «И (AND)» | «Истина» | = | «Ложь» |
| «Истина» | «И (AND)» | «Ложь» | = | «Ложь» |
| «Истина» | «И (AND)» | «Истина» | = | «Истина» |
Логическая операция «ИЛИ (OR)»
Результатом логической операции «ИЛИ (OR)» будет значение «Ложь» только, если оба входных значения равны «Ложь», во всех других случаях значение операции равно «Истина».
| «a» | операция | «b» | результат | |
| «Ложь» | «ИЛИ (OR)» | «Ложь» | = | «Ложь» |
| «Ложь» | «ИЛИ (OR)» | «Истина» | = | «Истина» |
| «Истина» | «ИЛИ (OR)» | «Ложь» | = | «Истина» |
| «Истина» | «ИЛИ (OR)» | «Истина» | = | «Истина» |
Логическая операция «Исключающее ИЛИ»
Результатом логической операции «Исключающее ИЛИ» будет значение «Истина» только, если одно из входных значений равно «Истина», во всех других случаях значение операции равно «Ложь».
| «a» | операция | «b» | результат | |
| «Ложь» | «Исключающее ИЛИ» | «Ложь» | = | «Ложь» |
| «Ложь» | «Исключающее ИЛИ» | «Истина» | = | «Истина» |
| «Истина» | «Исключающее ИЛИ» | «Ложь» | = | «Истина» |
| «Истина» | «Исключающее ИЛИ» | «Истина» | = | «Ложь» |
Логическая операция «Исключение (NOT)»
Логическая операция «Исключение (NOT)» применяется только к одному входному значению. Результатом логической операции «Исключение (NOT)» над входным значением является противоположное значение.
| «a» | операция | результат | |
| «Ложь» | «Исключение (NOT)» | = | «Истина» |
| «Истина» | «Исключение (NOT)» | = | «Ложь» |
- За программным блоком «Ультразвуковой датчик» или «Инфракрасный датчик» поместим программный блок «Логические операции» «Красной палитры».
- Выходной параметр «Результат сравнения» программного блока «Датчик цвета» (Рис. 11, 12 поз. 1) соединим с входным параметром «a» программного блока «Логические операции» (Рис. 11, 12 поз. 4).
- Выходной параметр «Результат сравнения» программного блока «Ультразвуковой (инфракрасный) датчик» (Рис. 11, 12 поз. 2) соединим с входным параметром «b» программного блока «Логические операции» (Рис. 11, 12 поз. 5).
- Режим работы программного блока «Логические операции» установим в «ИЛИ (OR)» (Рис. 11, 12 поз. 3). В этом случае результат выполнения логической операции будет принимать значение «Истина», только если будет выполнено одно из условий: датчик цвета пересёк черную линию, робот потерял соперника.
- Установив режим программного блока «Цикл» в значение «Логическое значение» (Рис. 11, 12 поз. 7), выходной параметр «Результат» программного блока «Логические операции» (Рис. 11, 12 поз. 6) соединим с входным параметром «Пока не будет истина» программного блока «Цикл» (Рис. 11, 12 поз.
. Данные настройки завершат выполнение цикла при «Истинном» результате выполнения логической операции.
. Данные настройки завершат выполнение цикла при «Истинном» результате выполнения логической операции.
Рис. 11
Рис. 12
Давайте протестируем получившийся алгоритм атаки! Для этого поместим нашего робота внутрь ринга, напротив установим неподвижного соперника и запустим программу атаки на выполнение. Наш робот должен уверенно вытолкать соперника за пределы ринга и остановиться над черной границей поля. Получилось? Значит наш сумоист верно контролирует границу ринга.
Проведем второй эксперимент: снова установим напротив робота неподвижного соперника и запустим программу атаки. Когда наш робот устремится к сопернику и приблизится достаточно близко, резко уберём соперника в сторону. Наш робот должен, потеряв соперника, остановиться.
Подведем итог: мы реализовали алгоритм поиска соперника и успешно его протестировали, также прошел проверку алгоритм атаки.
Законченная программа сумоиста должна в бесконечном цикле выполнять последовательно поиск соперника, а затем — атаку соперника. Можно было бы уже объединить обе части нашей программы, если бы не одно маленькое дополнение. Если наш робот остановился над границей ринга, то перед тем, как начать поиск, роботу следует, отъехав немного назад, вернуться внутрь ринга. Дополним нашу программу атаки следующим кодом: за пределами цикла атаки, воспользуемся программным блоком «Переключатель» «Оранжевой палитры». Режим работы блока «Переключатель» установим в «Датчик цвета — Сравнение — Яркость отраженного света». Параметры «Тип сравнения» и «Пороговое значение» установим аналогично ранее используемым в программном блоке «Датчик цвета» «Желтой палитры». Следовательно, если наш робот остановился над черной линией, то выполнение будет передано верхнему контейнеру программного блока «Переключатель». Именно в верхний контейнер поместим программный блок «Рулевое управление» «Зеленой палитры», с настройками параметров, заставляющими робота отъехать назад на один оборот моторов. В нижний контейнер программного блока «Переключатель» поместим программный блок, выключающий моторы (Рис. 13). Повторно протестировав алгоритм атаки, убедимся, что после того, как робот-сумоист вытолкал соперника за пределы ринга, он вернулся немного назад.
Рис. 13
Вот теперь можно завершить разработку программы для робота-сумоиста. Внутрь бесконечного цикла последовательно вложим программу поиска соперника, а затем программу атаки соперника. Попробуйте выполнить эту работу самостоятельно, не подглядывая в решение.
Программа робота-сумоиста
Заключение:
Программа, которую мы разобрали с вами на этом уроке, реализует только один прямой силовой алгоритм поведения робота-сумоиста. Она подразумевает, что в прямом силовом противостоянии робот должен непременно одолеть своего соперника. Но наш учебный робот, конечно же, совсем не похож на мускулистого борца-сумо. Для того, чтобы уверенно выступить в этом состязании, необходимо уделить самое пристальное внимание в первую очередь конструкции робота, создать прочную, защищенную платформу, с помощью дополнительных ведущих колес или гусениц повысить сцепление с поверхностью ринга. На популярном видеохостинге Youtube.com по запросу «сумо lego роботов» можно найти множество видеороликов с реальных соревнований роботов, из которых вы непременно почерпнёте для себя интересные идеи для реализации в собственных конструкциях.
Главная же цель этого урока — на практическом примере показать вам метод непрерывной обработки показаний от пары датчиков. Можно ли усовершенствовать нашу программу? Безусловно! Например, используя программный блок «Случайное значение» «Красной палитры», изменить алгоритм поиска соперника таким образом, чтобы задавать случайное вращение робота влево или вправо, тем самым, дезориентируя соперника. Попробуйте самостоятельно встроить в нашу программу этот дополнительный код. Подумайте так же над тем, какие изменения нужно внести в прорамму, в случае проведения соревнования на черном ринге с белой границей. Возможно, что у вас появятся собственные идеи улучшения: поделитесь ими в комментариях к уроку!
Motor Module
First Motor Assembly
Second Motor Assembly
Build a second motor assembly as a mirror image of the first.
Rear Skid Assembly
Bumper Assembly
First Bumper Assembly
Second Bumper Assembly
Build a second front bumper as a mirror image of the first.
Touch Sensor Module
Second Touch Sensor
Build a second touch sensor module as a mirror image of the first.
Light Sensor Module
Complete Assembly
Connect the left touch sensor to port 1 and the right touch sensor to port 2.
Note that the wires cross underneath the EV3 brick.
Connect the left motor to port C and the right motor to port B.
Congratulations
You have completed your EV3 sumo robot.
Контакты
Удиви меня
Программирование,
подготовка и комплектация борца-робота «СУМО» на базе конструктора Mindstorms LEGO EV3.
Мы живем в веке информационных технологий, поэтому робототехника
становится неотъемлемой частью учебного процесса. И если в рамках стандартной
школьной программы мы изучаем теоретические основы программирования, то с
помощью лего-роботов мы можем наглядно показать как выполняются те или иные
функции.
Робототехника поощряет детей мыслить творчески,
анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных
проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество
на соревнованиях дает стимул к учебе. Возможность делать и исправлять ошибки в
работе самостоятельно заставляет школьников находить решения.
Робототехника в школе приучает детей смотреть на проблемы
шире и решать их в комплексе. Созданная модель всегда находит аналог в реальном
мире. Задачи, которые ученики ставят роботу, предельно конкретны, но в процессе
создания машины обнаруживаются ранее непредсказуемые свойства аппарата или
открываются новые возможности его использования. Различные языки
программирования графическими элементами помогают школьникам мыслить логически
и рассматривать вариантность действия робота. Обработка информации с помощью
датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных
вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.
В
данной статье, мы рассмотрим программирование, подготовку и комплектацию
борца-робота «СУМО». По данному направлению в любом регионе России и в мире в
целом постоянно проводятся всевозможные мероприятия.
Цель: Научить учащихся к самостоятельному программированию
робота сумоиста, с применением датчиков: 2 датчика цвета, ультразвукового
датчика и датчика касания для дальнейшего участия в соревнованиях
борцов-роботов «СУМО».
Задача работы: Познакомить учащихся со способом
программирования робота сумо.
Новизна: По новым требованиям ФГОС нового поколения введены
новые направления в дополнительном образовании. Направление «Робототехника»
представляет собой конструирование и программирование робота, т.е. развивает
малую моторику, технические навыки у учащихся, а также укрепляет межпредметную
связь.
Данная
работа представляет собой инструкцию программирования робота с пояснениями.
Правила:
·
Роботы устанавливаются в центре
круга (на линии старта) в любом направлении (кроме как внутрь круга)
·
После включения программы робот
ожидает 3 секунды и начинает выполнять программу
·
Робот должен доехать до края
площадки (белая или черная линия)
·
Коснувшись линии робот
приступает к поиску соперника
·
В соревнованиях побеждает тот,
кто выталкивает робота соперника за черный круг.
Конструкция данного робота будет наглядно приведена
(изображения) в приложении к данной работе.
Рис. 1 Программа СУМО
робота
По
регламенту соревнования роботы должны находиться внутри круга с диаметром 122
см с черной или белой границей в 4 см, в середине круга расположены две линии
старта, после сигнала они должны стоять на линии в течение 3 секунд, только
потом начинать движения, поэтому необходимо использовать оператор времени,
настроив его на время.
Рис.
2
Далее робот
движется до белой или черной линии (границы круга)
Рис.
3
Коснувшись линии, робот приступает к поиску соперника. То
есть начинаем кружиться вокруг. Это можно сделать с помощью блока независимого
управления моторами, который так же будет действовать в цикле с постусловием.
Но здесь мы будем использовать показания другого датчика в качестве условия.
Ультразвуковой датчик отправляет ультразвуковой сигнал и замеряет скорость, за
какой промежуток времени сигнал приходит обратно. Таким образом этот датчик в
состоянии определить расстояние до объекта. Поскольку наше поле диаметром 122
см, наш робот продолжит выполнять программу после того, как обнаружит объект на
расстоянии меньшем или равном 90 см.
Рис. 4
Далее, как только датчик расстояния заметит перед собой
цель, программа переключается на независимое управление моторами, движением
вперед моторамиA и B. Для этого просто включим оператор управления с
независимыми моторами, присоединённых к порту A и B, на движение
вперед. Тем самым обеспечив роботу движение вперед. Но не стоит забывать, что
робот соперника, может совершить маневр, и мы проедем мимо него. Или
попытавшись вытолкнуть соперника, наш робот сам может покинуть пределы
площадки. Чтобы избежать этого нам помогут датчики цвета. В нашем роботе
используется 2 датчика. Так как на практике столкнулись с ситуацией. Когда
датчик, расположенный с одной стороны просто не успевает среагировать, когда
робота выталкивают с площадки другой стороной. И это будет одной из самых
сложных частей программы, так как для считывания информации параллельно с обоих
датчиков, придется использовать логическую операцию и работу датчиков цвета
разбирать во вложенном цикле. Потребуется логическая операция ИЛИ, известная
каждому школьнику, и значение истинности одного из условий. После того, как
один из датчиков цвета обнаружил линию черного или белого цвета ему необходимо
отъехать назад от края площадки и вновь приступить к поиску противника.
Рис.
5
Рис.
6
Для того,
чтобы нашего робота было не так просто вытолкнуть за пределы поля, если он не
успел развернуться и увидеть робота, или если проехал мимо и оказался в
невыгодном положении, когда робот соперника находится сзади и уже выталкивает с
поля, мы используем датчик касания. Его работа будет выполняться в параллельном
цикле, который начнет свое действие только тогда, когда будет произведено
нажатие. И остановит выполнение основного цикла. После нажатия датчика робот
совершит маневр разворота с радиусом, чтобы избежать своего соперника, при этом
учитывая данные показаний датчиков цвета, чтобы не покинуть пределы площадки.
Рис.
7
После чего
мы начинаем выполнение основной программы. Таким образом получается следующее:
Рис.
8
Приложение
1
Конструкция
робота (фото)
Роботика – это захватывающая область, которая предлагает множество возможностей для творчества и изучения технологий. Роботы сумо – это особый вид роботов, который демонстрирует их соревновательный дух и силу. Сейчас мы познакомимся с EV3, сумо-роботом, который не только соревнуется, но и умеет программироваться.
EV3 – это самый новый и продвинутый робот в семействе LEGO Mindstorms. Он обладает мощными возможностями, которые позволяют создавать уникальные роботы с помощью конструктора LEGO. Сумо-робот EV3 – это прекрасная возможность попробовать свои силы в создании и программировании роботов, а также поучаствовать в захватывающих соревнованиях.
Сборка робота EV3 – это увлекательный и творческий процесс. Вам потребуется LEGO Mindstorms EV3 набор, который включает в себя разнообразные детали, моторы и датчики. Следуя инструкциям и соблюдая правила безопасности, вы сможете собрать своего собственного сумо-робота EV3.
После сборки робота EV3, вы получаете возможность его программирования. Существует несколько способов программирования EV3, но наиболее популярным и доступным является программирование в среде LEGO Mindstorms EV3. С помощью этого программного обеспечения вы сможете создавать сложные алгоритмы, управлять движением робота, реагировать на сенсорные сигналы и даже взаимодействовать с другими роботами.
Таким образом, робот сумо EV3 – это увлекательный проект, который объединяет технику, программирование и соревнование. Этот проект позволит вам раскрыть свои творческие возможности, развить логическое мышление и научиться применять полученные знания на практике. Приступите к сборке и программированию вашего робота EV3 и погрузитесь в увлекательный мир робототехники!
Сборка робота сумо EV3
Процесс сборки робота сумо EV3 состоит из нескольких этапов, которые нужно выполнить последовательно. Перед тем как приступить к сборке, убедитесь, что у вас есть все необходимые детали и инструменты.
Для сборки робота сумо EV3 потребуются следующие детали:
| Название детали | Количество |
|---|---|
| EV3 Intelligent Brick | 1 |
| Моторы EV3 Large | 2 |
| Колеса EV3 | 2 |
| Сенсор сопротивления | 1 |
| Сенсор цвета | 1 |
| Светодиоды (красный, зеленый) | 2 |
| Модуль Bluetooth | 1 |
| Рамка для робота EV3 | 1 |
Инструменты, которые могут понадобиться:
- Отвертка
- Набор гаечных ключей
- Пинцет
Процесс сборки робота сумо EV3 требует внимательности и точности. Следуйте инструкциям, предоставленным производителем, и не пропускайте ни одного шага. Обратите внимание на правильное подключение деталей и фиксацию элементов.
После того, как робот будет полностью собран, остается только его программирование, чтобы он мог участвовать в соревнованиях. Для программирования робота сумо EV3 можно использовать специальное программное обеспечение, которое поставляется в комплекте.
При сборке и программировании робота сумо EV3 не забывайте о безопасности и следуйте инструкциям. Помните, что неправильная сборка или неправильное программирование может привести к некорректной работе робота или даже его поломке. Всегда будьте осторожны и консультируйтесь с профессионалами при необходимости.
Начальные настройки и подключение EV3
Перед началом работы с роботом EV3 необходимо выполнить несколько начальных настроек и подключить устройство к компьютеру.
1. Включите робота, нажав кнопку питания на задней панели.
2. Установите необходимые драйверы на компьютер, если они не установлены автоматически. Для этого посетите официальный сайт LEGO Mindstorms и скачайте драйвера для вашей операционной системы.
3. Подключите робота к компьютеру с помощью USB-кабеля.
4. Запустите программное обеспечение EV3 на компьютере, чтобы убедиться, что оно корректно распознало подключенное устройство.
5. При необходимости выполните дополнительные настройки, такие как выбор языка или обновление прошивки робота. Следуйте инструкциям программного обеспечения EV3 для выполнения этих действий.
| Операционная система | Логин (имя пользователя) | Пароль (предоставлен компьютером) |
|---|---|---|
| Windows | admin | admin |
| Mac OS | admin | admin |
| Linux | root | root |
После выполнения всех начальных настроек и подключения EV3 вы готовы начать работу с роботом. Теперь вы можете приступить к сборке и программированию своего собственного робота-сумо.
Выбор программного обеспечения для программирования
Одной из популярных программных сред для программирования роботов EV3 является LEGO MINDSTORMS EV3 Software. Она предоставляет интуитивно понятный интерфейс и обширные возможности для создания и редактирования программ.
Если вы предпочитаете текстовый программирование, то можно использовать RobotC, мощное среда разработки, основанная на языке Си. RobotC обеспечивает высокий уровень контроля над роботом и позволяет писать сложные программы.
Кроме того, есть выбор использования других сред разработки, таких как Scratch или Python, которые изначально не были созданы для EV3, но способны работать с этой платформой.
В конечном итоге, выбор программного обеспечения для программирования робота сумо EV3 зависит от ваших предпочтений и уровня опыта. Важно выбрать программное обеспечение, которое подходит вам лучше всего и поможет вам полностью раскрыть потенциал этой удивительной техники.
Основы программирования робота сумо EV3
Программирование робота сумо EV3 отличается своей гибкостью и простотой использования. С его помощью вы можете разработать и управлять своим роботом для участия в соревнованиях сумо. Эта специальная программа позволяет вам установить желаемое поведение вашего робота и оптимизировать его тактику во время боя.
Один из ключевых элементов программирования робота сумо — использование блоков программирования. EV3 предоставляет вам набор готовых блоков, которые вы можете просто добавлять и соединять между собой, чтобы создать логику движения и реакции робота на окружающую среду.
Каждый блок программирования выполняет определенную функцию, например, движение вперед или обнаружение препятствий. Программируя робота сумо EV3, вы можете создавать сложные последовательности действий, включая повороты, остановки, сканирование окружающей среды и многое другое.
Вам нужно будет использовать блоки программирования для задания условий и настроек движения вашего робота. Вы сможете изменять параметры блоков, чтобы настроить их на объекты, с которыми ваш робот будет сталкиваться на поле сумо. Кроме того, вы можете создавать собственные пользовательские блоки программирования для более гибкой настройки поведения робота.
Программирование робота сумо EV3 может быть достаточно сложным делом, но с практикой и опытом вы сможете создавать все более эффективные стратегии для победы в боях сумо. Важно уметь анализировать ситуацию на поле и использовать свои знания программирования, чтобы сделать оптимальные решения в режиме реального времени.
Запрограммируйте своего робота сумо EV3 и погрузитесь в увлекательный мир робототехники, соревнуясь с другими роботами и совершенствуя свои программные навыки!
Разработка алгоритма поведения робота на ринге
Для успешного выступления на сумо-ринге необходимо разработать эффективный алгоритм поведения робота. Алгоритм должен позволять роботу определить местоположение соперника, принять решение о стратегии атаки или обороны, а также управлять движением робота на ринге.
Первым шагом в разработке алгоритма является анализ правил соревнований и изучение особенностей работы робота. Необходимо понять, какие действия могут принести роботу победу, и какие управляющие команды и сенсоры робота могут помочь в реализации выбранной стратегии.
Далее следует определить оптимальное поведение робота на ринге в различных ситуациях. Например, если робот обнаруживает препятствие или соперника в своей зоне видимости, то он может реагировать различными способами – двигаться вперед, отступать, поворачиваться и т.д. Важно определить, какие действия будут наиболее эффективными в каждой ситуации.
После определения оптимального поведения робота необходимо реализовать выбранные стратегии в коде программы. Для этого можно использовать язык программирования, поддерживаемый вашим роботом, и его программное обеспечение. В процессе программирования следует учесть ограничения и возможности вашего робота.
Важным этапом разработки алгоритма является тестирование. После написания программы следует протестировать ее на реальном ринге или симуляторе, чтобы убедиться в ее работоспособности и эффективности. В ходе тестирования можно внести необходимые корректировки в алгоритм или программу.
После тщательной разработки и тестирования алгоритма, можно приступить к его использованию на соревнованиях. В ходе соревнования следует анализировать действия соперника и принимать быстрые решения, основанные на текущей ситуации на ринге.
Техники детектирования противника
1. Использование ультразвукового датчика
Ультразвуковой датчик позволяет роботу сумо определить расстояние до противника. Он излучает ультразвуковые волны и затем измеряет время, которое требуется для отражения волн от объекта. Исходя из времени и скорости звука, робот может вычислить расстояние до противника. Это позволяет роботу максимально точно атаковать противника и избегать столкновений с его стенами.
2. Использование цветового датчика
Цветовой датчик позволяет роботу определить цвет противника. Это может быть полезно, когда применяется стратегия атаки в зависимости от цвета противника. Например, робот может быть настроен на атаку противников определенного цвета, а избегать других цветов. Это может способствовать более успешной стратегии атаки и повышению шансов на победу.
3. Использование гироскопического датчика
Гироскопический датчик позволяет роботу определить угловую скорость и поворот. Это может быть полезно при определении движения противника. Если робот видит, что противник поворачивает влево или вправо, он может подстроить свою стратегию атаки или защиты в соответствие с этим движением. Такая информация может быть ключевой для успеха в битве с противником.
4. Использование инфракрасного датчика
Инфракрасный датчик позволяет роботу детектировать тепловое излучение объектов. Это может быть полезно при определении местоположения противника на арене. Робот может использовать эту информацию для определения оптимальной стратегии атаки или защиты.
Техники детектирования противника являются ключевыми для успешного участия в соревнованиях по робо-сумо. Они позволяют роботу адаптироваться к действиям противника и принимать решения в реальном времени. При правильной настройке и программировании датчиков, робот сумо EV3 может быть мощным и успешным участником в битве с противником.
Стратегии атаки и защиты
Когда речь идет о соревнованиях роботов сумо EV3, необходимо разработать эффективные стратегии атаки и защиты. Цель стратегии атаки заключается в том, чтобы победить соперника и вытолкнуть его за пределы ринга.
Одной из самых распространенных стратегий атаки является прямолинейное движение робота вперед с высокой скоростью. Это может позволить роботу совершить быструю атаку и сбить соперника с траектории движения.
Важной частью стратегии атаки является тактика подхода к сопернику. Она может быть основана на избегании столкновений с противником или, наоборот, на нанесении ему удара вбок. Эффективная тактика способна нарушить баланс и стабильность соперника и помочь в победе.
Стратегия защиты также играет важную роль. Основная задача стратегии защиты состоит в предотвращении атаки соперника и сохранении баланса, чтобы не быть вытолкнутым за пределы ринга. Для этого робот может использовать свою массу и силу, чтобы сопротивляться ударам противника.
Важно разработать идеальное соотношение между стратегиями атаки и защиты, чтобы обеспечить максимальную эффективность робота. Каждая стратегия должна быть тщательно проработана и протестирована, чтобы достичь лучших результатов в соревнованиях.
Анализ ошибок и их исправление
При работе с роботом сумо EV3 могут возникать различные ошибки, которые могут привести к неверному выполнению программы или сбоям в работе робота. Для успешного исправления ошибок необходимо провести анализ и определить их причину.
Одной из типичных ошибок является неправильное подключение датчиков и моторов к роботу EV3. Перед началом работы с роботом следует проверить правильность подключения и убедиться, что все кабели с внешними устройствами надежно зафиксированы.
Еще одной распространенной ошибкой является неправильная программная логика. В случае возникновения ошибки в программе необходимо просмотреть код и убедиться, что все блоки программы расположены в правильном порядке и правильно настроены. Также следует проверить, что все переменные и сенсоры правильно идентифицированы в программе.
Возможной ошибкой может быть неправильное использование сенсоров EV3. В таком случае необходимо убедиться, что сенсоры правильно настроены в программе и верно реагируют на внешние воздействия. При необходимости следует проверить состояние сенсоров и подстроить настройки для получения корректных данных.
Если после анализа ошибок не удается найти и исправить причины, можно обратиться к руководству пользователя для более подробной информации о возможных проблемах и их решениях. Также можно обратиться к сообществу пользователей EV3 для получения помощи и советов.
Правильный анализ ошибок и их исправление являются важной частью работы с роботом сумо EV3. Благодаря этому процессу можно достичь более надежного и эффективного функционирования робота и добиться успешного выполнения задач.
Тренировки и соревнования с роботом сумо EV3
После того как вы собрали и настроили своего робота сумо EV3, вы готовы приступить к тренировкам и участию в соревнованиях. Это увлекательное занятие поможет вам совершенствовать свои навыки программирования и стратегии сражений.
Перед началом тренировок стоит определиться с целями, которых вы хотите достичь. Можете поставить перед собой задачу улучшить время реакции вашего робота, придумать новую эффективную тактику или научиться использовать различные датчики и механизмы более эффективно.
В процессе тренировок очень важно уметь анализировать свои ошибки и улучшать свои навыки. Обратите внимание на каждый вариант боя и попробуйте выявить слабые места вашего робота. Внесите изменения в программу, настройте параметры моторов и датчиков для достижения лучших результатов.
Кроме тренировок, вы также можете принимать участие в соревнованиях с роботом сумо EV3. В зависимости от места проведения соревнований, правила могут отличаться. Подготовьтесь к соревнованиям заранее, изучите правила и требования, чтобы быть готовым к любым условиям.
Участвуя в соревнованиях, вы получите ценный опыт и сможете показать свои навыки перед другими роботистами. Будьте готовы к разнообразным стратегиям соперников и стремитесь к непрерывному улучшению своего робота.
Не забывайте, что самый важный аспект тренировок и участия в соревнованиях — это учиться на своих ошибках и не останавливаться на достигнутом. Только постоянная практика, анализ и улучшение позволят вам стать настоящим мастером роботизированного сумо!