FLL2011: Team3

Tým: Čapek Tomáš, Hřebíček Milan, Metelcová Miroslava

Úkol č. 1: Naprojektujte stavbu robota NXT pro absolvování několika misí

Návrh řešení Naše projektování začalo v říjnu roku 2011. Věnovali jsme mu cca. 4 vyučovací hodiny. Během nich jsme společně zjistili několik poznatků, které zde zmíním. Prvním krokem bylo zjistit, jaký bude nejvhodnější typ pohonu robota – velká terénní kola, menší silniční kola anebo univerzální pásy. Dle testů jsme vybrali pásy, které jsou průměrně rychlé a naprosto přesné. Navíc nabízely úžasnou možnost otočit robota na místě. Silniční kola dosáhla celkem slibných výsledků, byla rychlá, avšak o to méně přesná. Byla to naše volba číslo 2, a jak se ukázalo, velice přínosná. Jako nejhorší volba se jevila velká terénní kola, které si zvolili všichni ostatní. Pod váhou robota podléhají velkým deformacím a jsou díky tomu velice nepřesná. Zde jsme objevili velký poznatek a tím získali obrovský náskok před ostatními. Robot je přesný s odchylkou 2°, pokud se s motory pracuje v režimu stupňů, ne tím nejjednodušším způsobem přes časování. Odchylka 2° je způsobena opotřebováním servomotorů a jak se ukázalo, i ty 2° dokáží pořádně zadělat na problémy. Dalším problémem těchto servomotorů bylo to, že nedokáží zastavit, když dosáhnou cílové hodnoty. Motory se místo toho, aby se zastavily, volně dotočí a nastavení následující akce na zastavení nepomáhá. Druhým krokem bylo rozdělit si další průběh projektování. Mirka jako hlavní konstruktér měla na starost navrhnout robota dle předchozích testů. Návrh v programu Lego Digital Designer se nám všem zdál zbytečný a tak Mirka započala stavbu. Proto více informací o této části naleznete v úkolu č. 2. Já s Milanem jsme vybírali vhodné mise, pro které jsme navrhovali vhodná řešení. Nakonec jsme se dostali na 4 výjezdy robota ze základny a 2 úpravy konstrukce. Během prvního výjezdu měl robot splnit misi Desinfekce a cestou splnit polovinu mise Zhoršení znečištění. Následně se robot na základně poprvé přestaví a dojde k druhému výjezdu, kdy musí splnit misi Pozemní přeprava zmraženého zboží a vrátit se zpět. Následuje druhá mírnější přestavba a třetí výjezd, kdy robot splní druhou polovinu úkolu Zhoršení znečištění, následně splní úkol Sklizeň obilí a vrátí se na základnu. Nyní jej stačí vypustit k čtvrtému a poslednímu výjezdu splnit úkol Pozemní přeprava na velké vzdálenosti.

• 

Úkol č. 2: Sestavte podle projektu robota NXT

Mirka postupovala přesně dle návrhu a tak během následující hodiny dokázala postavit provozu schopného robota na pásovém podvozku. K jeho stavbě použila 2 servomotory a kostku NXT. Bohužel, po otestování jsme zjistili, že se pásy robotu rozjíždí do obou stran a že přesné manévrování je s tímto robotem nemožné. Proto jsme se v rychlosti rozhodli nepoužít pásy a přejít k záložní konstrukci se silničním druhem pneumatik viz obrázek 2. Mirka se rozhodla vycházet z originální konstrukce robota na obrázku 1. Došlo k několika následujícím změnám. V základní konstrukci byl odebrán zadní senzor dotyku. Ultrazvukový snímač se přesunul na místo, kde se do nedávna nacházel senzor dotyku. Jak již bylo zmíněno, pneumatiky byly zaměněny za silniční typ. Avšak po dalších testech přišlo další zklamání, protože robot stále měl „nemoc křivých kol“. Mirka však nalezla řešení a vhodně poupravila spojení servomotorů. Tato úprava je patrná na obrázku 5. Další stavbu rozdělím dle výjezdů, protože pro každý výjezd je zapotřebí mírně poupravit tuto konstrukci.

První výjezd Tato modifikace naší základní konstrukce měla splnit misi Desinfekce a polovinu mise Zhoršení znečištění. Z tohoto důvodu je robot vybaven velkým sběrným košem na přídi robota, který slouží pro sběr bakterií z plošin. Přední vysunutý hák slouží ke sražení modrého míče na hrací plochu a tím i splnění poloviny mise Zhoršení znečištění. Tento robot není vybaven žádným dalším senzorem a ani žádným novým motorem. Absence senzorů se pak ukázala velice nepřínosná. Tuto modifikaci je možno vidět na obrázku 3.

Druhý výjezd Během tohoto výjezdu má robot za úkol splnit misi Pozemní přeprava zmraženého zboží. Pro tuto modifikaci jsme využili zkušenosti z minulého výjezdu – robot se již dokáže řídit sám podle okolí a tím mírně eliminovat nepřesnosti. V tomto úkolu bylo zapotřebí nějakým způsobem zapřáhnout kamionový návěs. První řešení bylo v podobě obyčejného háku, které ovšem nefungoval dle našich představ a snů. Z tohoto důvodu Mirka vyvinula speciální ovladatelný hák, který se po přijetí robota na správné místo dokázal zvednout do pozice, ve které bylo možné s návěsem manipulovat. Zde jsme opět narazili na problém servomotorů, jejichž opotřebování způsobovalo mírný volný pohyb háku. Tato modifikace dostala navíc jeden servomotor na pravém boku a světelný senzor na příď robota pro jeho lepší orientaci.

Třetí a čtvrtý výjezd Pro tento výjezd již není potřeba tolik zásadních změn. Dostačuje odebrání háku a vylepšení přední konstrukce pro splnění misí Sklizeň obilí, Přeprava na velké vzdálenosti a druhé poloviny úkolu Zhoršení znečištění. Robot dostal na příď na pravou stranu beranidlo a senzor dotyku na levou stranu. Servomotor na levé straně z předchozího výjezdu je zachován z důvodu ušetření času při přestavbě. Tohoto robota můžete vidět na obrázku 5.

Úkol č. 3: Naprogramujte robota NXT

Z technických důvodů zde nejsou screenshoty jednotlivých programů, ale pouze podrobný popis jednotlivých programů a schéma jednotlivých jízd robota NXT.

Popis řešení jízdy vpřed Pro jízdu byly použity servomotory v režimu stupňů z důvodu jejich přesnosti nezávisle na stavu akumulátoru. Na rozdíl od řešení typu „jeď rovně 5 sekund“ robot poměrně dobře drží stopu. V kombinaci s pneumatikami silničního typu se jednalo o velice přesnou zbraň na sběr bodů.

Upozornění Z technických důvodů se zde nenacházejí screenshoty jednotlivých programů. Na místo toho je zde velice podrobný popis řešení dané úlohy.

První výjezd Při prvním výjezdu jsme vsadili na jednoduchost a na to, že se ty 2° odchylky někde ztratí. Takže program pro první výjezd obsahoval pouze samé otáčení motorků dopředu, dozadu atd. atd. I přes jejich poměrně vysokou přesnost jsme s nimi nedosahovali tak pěkných výsledků. Pro splněnou misi se proto robot musí nasadit s přesností na nanometry. Podrobnější statistiky o této špatné volbě naleznete v úkolu číslo 4. Schéma jízdy vidíte níže. Za povšimnutí stojí bod A, kde se robot pootočí a srazí modrou kouli a tím splní polovinu úkolu Zhoršení znečištění.

Druhý výjezd V tomto výjezdu jsme se již poučili z předchozích chyb a tak jsme již nepoužívali metodu obyčejného naskládání motorků za sebe. Zde jsme již využívali různých technických vymožeností robota NXT. Zde již stačí pouze robota nasadit na start a spustit program. Robot jede rovně, dokud světelný senzor nedetekuje bílou nebo jinou barvu než černou. To pro něj znamená, že se dostal do bodu A. Nyní se otočí o 90° doleva a pustí se směrem na sever mapy. Malá poznámka: Otočení robota o 90°znamená, že robot nejprve otočí levým nebo pravým kolem dle požadovaného směru vpřed tak, aby se ve finále otočil o 45°. Následně kolem, které doteď stálo, otočí vzad tak, aby se robot otočil opět o 45°. Tato otočka se provádí z důvodu zmenšení prostoru potřebného pro otočení robota. Světelný senzor nyní detekuje všechny barvy do té doby, než nalezne černou čáru. To je bod B. Následně plynule zastaví a otočí se vpravo o 90°. Následně opět sleduje černou čáru, až na její konec do bodu C. Zde robot mírně couvne z důvodu polohy vozíku. Nyní následuje couvací otočka o 90° vpravo a couvání, kdy robot couvá, dokud mu ultrazvukový měřič vzdálenosti neukazuje vzdálenost menší než 16 cm. V tento okamžik se robot dostal do bodu D, kdy sepne zavěšený motor na levé straně robota a otočí jím o 180°. Tím spustí důmyslný mechanismus, který dá do pohybu Mirky závěsný systém. Nyní robot obyčejně bez jakýchkoliv zbytečností dojede na základnu.

Třetí výjezd Tento výjezd měl dokončit misi Zhoršení znečištění a provést misi Sklizeň obilí. Robot byl naprogramován, aby se po spuštění přemístil na čáru A, kterou měl sledovat do místa B. Tím, že dorazí na místo B, beranidlem shodí žlutý míček na podložku a tím dokončí misi Zhoršení znečištění. Následně po nalezení konce černé čáry robot zacouvá a po přesně určené vzdálenosti pootočí pravým kolem tak, aby odstrčil červený kombajn a splnil tak misi Sklizeň obilí. Následně robot dle přesně dané hodnoty zacouvá zpět na základnu.

Čtvrtý výjezd Zde není nic extra. Robot se pouze rozjede, otočí o 90° vpravo, následně se otočí o 90° vlevo. Zde se otáčí pouze vnějším kolem robota. Nyní robot pojede tak dlouho, dokud se snímač dotyku nevyužitý v předchozím výjezdu nestiskne. To robotovi nahlásí, že se dotýká východní strany. Robot tedy zastaví a spustí vítězný potlesk a poděkuje obecenstvu.

Úkol č. 4: Otestujte funkčnost

ČAS: 2‘ 18“ z toho 1‘ 53“ stráveno jízdou robota a 0‘ 25“ stráveno přestavbami na základně SCORE: 132 bodů z toho je 82 bodů za splněné mise a 50 bodů za nedotknutí se robota

Poznámky k řešení

První výjezd Úspěšnost: 1 z 23 Klady řešení: jednoduchost na programování, nenutnost přemýšlet jako programátor Zápory řešení: požadavky na přesnost startu, nutné pevné nervy, pro přesnou jízdu je nutné si odměřit vzdálenosti, omezená rychlost Náročnost řešení: z počátku nejjednodušší řešení, ke konci extrémně náročné Hlavní problémy řešení: vůle servomotorů, nepřesnost při nasazení robota

Druhý výjezd Úspěšnost: 1 z 1 Klady řešení: extrémní přesnost robota, libovolná rychlost – nemá vliv na servomotory Zápory řešení: náročnost pro programátora Náročnost řešení: zpočátku velmi náročné, časem se z náročných věcí stane rutina Hlavní problémy řešení: chvíli to trvá, než se to člověk naučí

Třetí výjezd Úspěšnost: 1 z 2 Klady řešení: poměrně přesný robot – kombinace prvních dvou řešení, není tolik náročné Zápory řešení: už není tolik přesný jako u druhého řešení Náročnost řešení: poměrně lehké Hlavní problémy řešení: části, kde se robot řídí přesně danými hodnotami

Čtvrtý výjezd Úspěšnost: 1 ze 4 Klady řešení: jednoduchost na programování Zápory řešení: nepřesnost v zatáčení Náročnost řešení: velmi lehké Hlavní problémy řešení: přesně dané hodnoty

Úkol č. 5: Pořiďte si video záznam splněné mise

B2-Capek-Hrebicek-Metelcova-FLL.wmv Bohužel jsme nenatočili přestavbu robota. Doufám, že tento malý nedostatek ve výsledném hodnocení přehlédnete. Pokud nebude video na školním disku, je k vidění zde http://www.youtube.com/watch?v=Rb24ETqfz_I&feature=youtu.be

Pomůcky: NXT číslo 3, stavebnice, hrací pole FOOD FACTORY 2011 Literatura a zdroje informací: http://wiki.sps-pi.com/NXT http://wiki.sps-pi.com/FLL SW: NXT-G - grafické prostředí pro tvorbu programu