Файл: Учебнометодическое пособие для педагогов 1 Оглавление введение.pdf

11 освещено естественным светом, а когда наступает темное время суток – электрическим. Это могут быть подъезды жилых домов, заезды в гаражи, тротуары, дороги, магазинные витрины и т.п.
Датчики цвета могут определять загрязнение пряжи в текстильной и легкой промышленности. Они устанавливаются в поточной линии передвижения пряжи. Изменение цвета пряжи указывает на ее загрязнения.
Когда загрязнение определено, то автоматическая система управления процессом останавливает линию. Это позволит сократить или полностью исключить вероятность человеческого факторами уменьшить ошибки при работе. За счет этого повышается точность, и промывка пряжи становится более эффективной.
Датчик цвета может проводить химический анализ. Несколько датчиков цвета помещаются вдоль зоны где происходит химическая реакция. По цвету отслеживается стадия на которой находится реакция. Датчики цвета применяются во многих областях и диапазон их применения постоянно расширяется.
ИНФРАКРАСНЫЙ ДАТЧИК
Инфракрасный датчик – является цифровым дистанционным датчиком.
Датчик предназначен для обнаружения инфракрасного света, который отражается от сплошных предметов (объектов).
Инфракрасное излучение также называют тепловое изучение.
Спектральная область инфракрасного излучения располагается между красным концом видимого света, которое имеет длину волны 0,74 мкм с

12 частотой 430 ГГц и микроволновым радиоизлучением 1-2 мм с частотой 200
ГГц.
Для ориентации в пространстве и охоты некоторые виды животных используют тепловое излучение. К таким живым организмам относятся кальмары, летучие мыши-вампиры, некоторые виды змей и другие животные.
Режимы и подключение инфракрасного датчика
Инфракрасный сенсор является бесконтактным датчиком. Для работы инфракрасному датчику необходим инфракрасный маяк, который предназначен для подачи инфракрасных световых сигналов. С помощью инфракрасного маяка можно организовать удаленное управление роботом.
Режимы работы датчика
1. В режиме приближение – определяет расстояние между сенсором и предметом. Для этого используются отраженные от объекта световые волны. Используются условные единицы от 0 что значит очень близко до 100 очень далеко. Приблизительное расстояние, на котором можно использовать датчик около 70 см. на точность измерения влияет размер и форма предмет.

13 2. В режиме маяк – этот режим позволяет приблизительно определить, где располоен инфракрасный маяк перед инфракрасным датчиком.
Датчик может выдавать лоическое значение истина или ложь при обнаружении маяка. В условных единицах от 0 до 100 показывает относительное расстояние до маяка. В этом режиме максимальное расстояние обнаружения маяка около двух метров. Также в условных единицах от -25 до 25 показывает направление маяка. При этом 0 означает, что мая находится перед датчиком.
3. В дистанционном режиме – можно управлять роботом дистанционно.
В этом режиме датчик может распознавать, какие кнопки нажаты на маяке.
Инфракрасный датчик не является очень точным, и погрешность измерения может достигать 20%. Инфракрасный датчик можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. По умолчанию датчик подключается к четвертому порту.
Область применения инфракрасного датчика
При помощи инфракрасного излучения можно изучать перегретые или переохлажденные местности. Использование тепловизоров позволяет на расстоянии измерить температуру какого-нибудь объекта.
В астрономии инфракрасные снимки помогают обнаруживать ещё не известные небесные тела.
Для обогрева помещений применяют инфракрасные обогреватели.
Принцип их работы заключается в том, что они направленно нагревают предметы интерьера и стены. После этого нагретые предметы отдают тепло в окружающее пространство.
Инфракрасное излучение применяются в пульте от телевизора, микроволновых печей, систем кондиционирования и т.д. Все они управляются при помощи инфракрасных лучей.

14
В военной области получили распространение приборы ночного видения. Головки самонаведения для ракет, боеголовок и других систем также используют инфракрасное излучение.
Вопросы для проверки знаний
1. Какой датчик необходимо установить на робота для определения цвета поверхности?
2. В каких режимах работает датчик касания?
3. Какой датчик будет реагировать на восприятия звука?
4. Какой датчик необходимо использовать для дистанционного управления?
5. С помощью какого датчика робот может выполнить поворот под определенный градус?

15

16
МОДУЛЬНАЯ РОБОПЛАТФОРМА
Двухколесная двухмоторная робоплатформа на базе конструктора Lego
Education EV3 имеет несколько сменных модулей для крепления захватов и датчиков. С помощью одной модели можно решать множество задач. В названии используется слово «платформа» по аналогии с автомобильными платформами – унифицированными конструкциями автомобиля.
Давайте соберем три робоплатформы и проверим их в действии. Каждой команде необходимо собрать согласно инструкции свою робоплатформу.
1 вариант mrp-v1-modulnaja-roboplatforma-variant-1-v1.4.pdf (robo-wiki.ru)
2 вариант mrp-v2-modulnaja-roboplatforma-variant-2-v1.2.pdf (robo-wiki.ru)
3 вариант mrp-v3-modulnaja-roboplatforma-variant-3-v1.2.pdf (robo-wiki.ru)
Давайте определим достоинства и недостатки каждого варианта сборки
робота
№
п.п.
Особенности
Достоинства
Недостатки
1
Имеет несколько сменных модулей для крепления захватов и датчиков.

размер с установленным захватом и датчиками – не более 25х25х25 см;

проходит препятствие
«Горка» до 25 градусов за счет низкого центра масс, смещенного к передним колесам;

модульное быстросъемное крепление датчиков и захватов;

расстояние между 2-мя датчиками цвета регулируется;

простая сборка-разборка с небольшим количеством разнотипных деталей.

смещенный вперед центр тяжести
– тележка может опрокинуться при съезде с горки.

17 2
Имеет больше свободного пространства спереди. Это позволяет устанавливать дополнительные модули. Центр тяжести смещен ближе к центру модели.

размер с установленными датчиками – не более
25х25х25 см;

модульное быстросъемное крепление датчиков и захватов;

расстояние между 2-мя датчиками цвета регулируется;

простая сборка-разборка с небольшим количеством разнотипных деталей.
Центр тяжести выше по сравнению с моделью МРП-
В1. Это может негативно сказаться при прохождении крутых подъемов и спусков.
3
Центр тяжести смещен к задней опоре. Это дает возможность устанавливать в передней части тяжелые и большие по размеру модули.

размер с установленными датчиками – не более
25х25х25 см;

модульное быстросъемное крепление датчиков и захватов;

расстояние между 2-мя датчиками цвета регулируется;

простая сборка-разборка с небольшим количеством разнотипных деталей.

центр тяжести выше по сравнению с моделью
МРП-В1 и
МРП-В2 сильно смещен назад.
Это может негативно сказаться при прохождении крутых подъемов и спусков.

18
ДВИЖЕНИЕ ПО ЛИНИИ LEGO С ОДНИМ
ДАТЧИКОМ
На прошлом занятии мы собрали робота, давайте к нему подсоединим датчик цвета и запрограммируем его на движение по линии Lego EV3. Выводы по проделанной работе:
№ п.п. Алгоритм
Вывод
Итог
1
Алгоритм на распознавание цвета (белый-черный)
2
Один датчик с п- регулятором
3
Один датчик с пк- регулятором
Алгоритм на распознавание цвета (белый – черный)
Данный алгоритм является самым медленным, но самым стабильным.
Робот будет двигаться не строго по черной линии, а по ее границе, подворачивая то влево, то вправо и постепенно перемещаясь вперед.
Алгоритм очень простой: если датчик видит черный цвет, то робот поворачивает в одну сторону, если белый — в другую.
Реализация в среде Lego Mindstorms EV3 1. Блок «Цикл»
2. Блок «Переключатель» - выбираем «датчик цвета» - измерение – цвет.
В верхней половине ставим черный цвет, в нижней «белый» цвет.
3. Ставим Блок «Рулевое управление» - движение включено.

19
Один датчик с п-регулятором
Действие алгоритма основано на том, что в зависимости от степени перекрытия, пучка подсветки датчика чёрной линией, возвращаемые датчиком показания градиентов варьируются. Робот сохраняет положение датчика света на границе чёрной линии. Преобразовывая входные данные от датчика света, система управления формирует значение скорости поворота робота.
Так как на реальной траектории датчик формирует значения во всём своём рабочем диапазоне (0-100), то значением, к которому стремиться робот, выбрано 50. В этом случае значения передаваемые функции поворота формируются в диапазоне -50 - 50, но этих значений недостаточно для крутого поворота траектории. Поэтому следует расширить диапазон в полтора раза до

20
-75 – 75. Более устойчиво алгоритм работает, если использовать моторы с управлением скоростью –100...100.
В этом случае есть возможность отрегулировать плавность поворота в соответствии с кривизной линии.
Один датчик с пк-регулятором
Вы наверно заметили, что в прошлом примере робот излишне раскачивался, что не давало ему достаточно разогнаться. Сейчас мы постараемся немного улучшить эту ситуацию.
К нашему пропорциональному регулятору мы добавляем ещё и простой кубический регулятор, который добавит изгиб в функции регулятора. Это позволит уменьшить раскачивание робота рядом нужной границей траектории, а также совершать более сильные рывки при сильном удалении от неё.

21
ДВИЖЕНИЕ ПО ЛИНИИ LEGO С ДВУМЯ
ДАТЧИКАМИ
Установим к вашему роботу второй датчик цвета.
Датчики нужно установить таким образом, чтобы черная линия проходила между ними.
Сделайте вывод.
№ п.п. Алгоритм
Вывод
Итог
1
Простейший алгоритм
2
Движение робота с помощью логических операций
3
Алгоритм линейного пропорционального регулятора с двумя датчиками
Алгоритм линейного регулятора с двумя датчиками
Простейший алгоритм
Простейший алгоритм будет следующий:
• Если оба датчика видят белый цвет – двигаемся вперед;
• Если один из датчиков видит белый, а другой черный – поворачиваем в сторону черного;
• Если оба датчика видят черный цвет – мы на перекрестке (например, остановимся).
Для реализации алгоритма нам потребуется отслеживать показания обоих датчиков, и только после этого задавать движение роботу. Для этого будем использовать переключатели, вложенные в другой переключатель. Таким образом, мы опросим сначала первый датчик, а потом, независимо от показаний первого, опросим второй датчик, после чего зададим действие.
Подключим левый датчик к порту №1, правый – к порту №4.

22
Программа с комментариями:
Движение робота с помощью логических операций
Познакомимся с логическими операциями Ev3.
Для того, чтобы робот Ev3 двигался постоянно вдоль черной линии в программе используется бесконечный цикл в нем происходит считывание данных с датчиков цвета, освещенности, анализ данных датчиков и соответсвующие маневры робота.

23
В нашем роботе левый датчик цвета подключен к порту 3, правый датчик подсоединен к порту 1. Левый мотор подключен к порту В, правый мотор к порту А.
На рисунке показан блок считывания данных с датчика освещенности.
Если значение меньше 5 (знак сравнения 4) , то значит датчиком мы заехали на черную линию.
Если значение больше 5 (знак сравнения 2), то заехали на белое поле
Алгоритм движения:
Если робот заехал левым датчиком на черную линию, то робот сворачивает (съезжает с линии) налево. Если робот заехал правым датчиком на черную линию, то поворачивает направо. Если обоими датчиками видит белое поле, то робот едет вперёд. Если обоими датчиками он видит чёрную линию, то это перекрёсток, он едет вперёд и съезжает с перекрестка.
Чтобы обрабатывать одновременно данные с нескольких датчиков, необходимо использовать логические операции. Для того чтобы выполнялись оба условия, используется логическая операция И.
У нашего робота левый датчик освещенности подключен к порту 3, правый датчик освещенности подключен к порту 1.