Robotika 2001

7. csapat - Mika Péter, Varga Tamás, Vad Zoltán

Mivel a feladatra az előttünk szereplő csapatok mind működőképes, bár igen változatos megoldásokat adtak, mi azt a célt tűztük magunk elé, hogy utolsó csapatként az eredményeiket összegezve és azokat némiképp továbbfejlesztve mind a hardver, mind a szoftver kérdésében egy letisztult megoldást mutassunk be.

Az alábbiakban röviden ismertetjük az elkészült robot és annak programjának felépítését. Noha külön ismertetjük a kettőt, a robotépítés legnagyobb tanulsága talán mégis a kettő elválaszthatatlansága volt: láttuk hogyan adhatók hardveres problémákra szoftveres megoldások (például az eltérő érzékenységű szenzorok esetén), illetve szoftveres problémákra hardveres megoldások...

A hardver

Az alapvető elgondolás az volt, hogy a robot szenzorai háromszög alakban legyenek. Így a három szenzor jelzései alapján a robot észlelheti, hogy hol van, és hogy milyen irányban áll az úthoz képest. A robot célja a középső szenzor úton tartása úgy, hogy a másik két szenzor adatai alapján változtat irányt. Ha a középső szenzor is lefut az útról, akkor a megfelelő irányú hátrafelé kanyarodással vissza fog kerülni az útra a robot.

Helyben megforduló robot lehet lánctalpas, vagy három kerekű. Mi a három kerekűt választottuk, mert így a robot elején lévő szenzorok közelebb kerülnek a forgási középponthoz. A robot első két kereke külön van meghajtva. Ha pl. ellentétes irányban forognak, akkor a robot helyben megfordul. Többszörös áttételek is kellettek, mert a motorok túl gyorsnak bizonyultak (lassúra állítva pedig gyengének).

A szoftver

A robot vezérléséhez használt programok készítésekor a korábbi munkák tanulságaiból okulva igyekeztünk az egyszerűségre és az áttekinthetőségre törekedni. Ebben némiképp akadályozott bennünket a fejlesztőeszköz és a hozzá tartozó egyszerű C-szerű nyelvhez készített fordítóprogram, amely egy programon belül csak nyolc szubrutint enged használni, és szubrutinból nem engedélyezi másik szubrutin hívását. A program készítésekor törekedtünk az általánosságra is, amennyiben egy célhardverre készült monolitikus program esetén egyáltalán beszélhetünk erről.

Felépítéséből adódóan a robotunk hatféle mozgást ismert, melyekhez egy-egy szubrutint írtunk: előremenet (go_forward), hátramenet (go_backward), balkanyar (turn_left), jobbkanyar (turn_right), balraforgás (sharp_turn_left), jobbraforgás (sharp_turn_right). Az utóbbi kettőt nagyon jól ki tudtuk a kezdeti útkeresésnél, illetve a bizonytalan helyzetekben. A robot helyzetének meghatározására három érzékelő szolgált, a kezdeti kalibráció után a mért értékek alapján meglehetősen nagy biztonsággal meg lehetett határozni, hogy utat vagy talajt érzékelnek.

Mindegyik program az út keresésével indul: ez helyben forgást jelent egészen addig, amíg a mért értékek eltéréséből arra lehet következni, hogy a bal és a jobb szenzor közül az egyik utat, a másik földet érzékel, a későbbi összehasonlításhoz a mért értékeket eltároljuk. A programok innentől kezdve egy végtelen ciklusban folyamatosan kiértékelik a robot helyzetét és változtatják a mozgás irányát a hajtott kerekek előre, illetve hátramozgatásával. Megállásra nincs szükség, és a motorok sebessége is állandó.

A két program alapvetően az általuk implementált állapotátmenet-táblában különbözik (fekete jelöli az utat, piros a talajt):

		Első program	Második program
1		előremenet	előremenet
2		előremenet	előremenet
3		előremenet	balkanyar
4		előremenet	jobbkanyar
5		balkanyar	balkanyar
6		jobbkanyar	jobbkanyar

A programokban közös az is, hogy a következő mozgás (akció) meghatározásához két bizonytalan állapot (7-es és 8-as) esetén felhasználják az előző állapotot is: ez az a két állapot, amikor a bal és jobb első érzékelő egyike sincs az úton:

Előző:
	balforgás	hátramenet
	előző mozgás	hátramenet
	balkanyar	balforgás
	jobbkanyar	jobbforgás
	balforgás	balforgás
	jobbforgás	jobbforgás
	előző mozgás	hátramenet
	hátramenet	előző mozgás

Bár a két program csak a két állapot (3-as és 4-es) esetén dönt eltérően, a robotok viselkedésében mégis jelentős eltérés figyelhető meg: míg az első programmal a robot egyenletesebben megy, addig a másodikkal sokkal inkább "riszál", egyenes úton is sokat forgólódik, viszont érzékenyebben reagál, jobban a kerekei között tudja tartani az utat. Az általunk épített tesztpályákon ugyanakkor mindkét robot hibátlanul végigment.

Picture 40.jpg	Picture 41.jpg
Picture 42.jpg	Picture 43.jpg

Van egy négyzet alakú terület és két robot. Az egyik robot (slave) áll a terület egy tetszőleges pontján. A másiknak (master) meg kell őt keresnie és vissza kell hoznia a kiinduló pontra. A kommunikáció a robotokat vezerlő RCX egység infravörös portján zajlik.

A kereső robot tervezési szempontjai

- tudjon megbízhatóan 90 fokot fordulni
- tudjon meghatározott hosszan előre menni
- tudja, hogy a koordináta rendszer melyik pontján van
- érzékelje, ha nekimegy valaminek (nem lett megvalósítva)

A kereső robot felépítése

- lánctalpas
- a fej része rögzitett, és ugyanolyan magasan van, mint a slave robotnál
- ütközője van abba az irányban, amerről a slave robotot várja

A kereső robot algoritmusa

- négyzetrácson közlekedik, így mindig tudja, hogy hol jár
- pásztázó módon végigjárja az egész területet
- ha meglátja a másikat, megáll es várja hogy az jelet adjon neki
- [a másik odamegy és amikor odaér jelet küld]
- a jelre ez elindul, es elmegy az alapvonalig, ott bevárja a másikat
- visszatér a kiinduló pontra, és folyamatosan küldi a jelet hogy hazaért

Az 'elveszett' robot tervezési szempontjai

Az 'elveszett' robot felépitése

- három kerekű
- a fej része forog, es érzékeli, hogy éppen merre áll
- érzékeli az ütközést

Az 'elveszett' robot algoritmusa

- nem a négyzetrácson közlekedik, csak a másikat követi
- kiinduló helyzetben a fejét ide-oda forgatja és várja, hogy megjelenjen a kereső
- ha meglátja a másikat, a testét a jel irányába forditja és előremegy egy kicsit
- ezt addig ismétli amig az ütközője nem jelez, most ott van a másik robot mögött
- küld neki egy jelet, hogy elindulhat
- addig követi és 'lökdösi' a másikat, amíg azt jelet nem kapja, hogy már otthon vannak
- különben ha elveszítette a jelet akkor keres (forgatja a fejét és néha megmozdul)

Nehézségek

- Nehéz volt 90 fokos kanyart beállitani. A robot most sem kanyarodik tökéletesen, néha kicsit kevesebbet, néha kicsit többet kanyarodik. Emiatt nem teljesen oda ér vissza, ahova kellene
- más fajta padlón egész máshogy kanyarodik, 90 fok helyett 15 fokot
- ha szemben áll a másikkal akkor távolról is látja, túl messziről
- ha viszont rossz irányból megy felé (a másik robot látószöge kb. 180 fok) akkor nekimehet úgy hogy nem érzekeli. Ez orvosolható lenne úgy, hogy a kereső roboton is lenne ütközes-érzékelő, és ha nekiütközött a masiknak, megkerülné azt
- az infravörös jeladó csak egy irányban képes adni, a vevő viszont széles szögben vesz. Emiatt előfordulhat az, hogy a kereső meglatja a másikat és megáll, de az 'elveszett' nem látja meg a keresőt. A jelenlegi algoritmusokkal ez patthelyzet, mert egyik sem mozdul meg
- ahhoz hogy mindkét robot nagy megbizhatósággal müködjön (pl. nagyobb területen) még sok minden javitani való lenne

Picture 45.jpg	Picture 47.jpg
Picture 48.jpg	Picture 49.jpg

Készült: 2001. április-május